Ogniwa NiMH chwali się za pracę na mrozie – wiele zachowuje użyteczne parametry rozładowania znacznie poniżej zera – ale ładowanie na mrozie to inna i bardziej niebezpieczna sprawa. Niska temperatura spowalnia każdy proces, od którego zależy ładowanie: dyfuzję protonów, kinetykę elektrod i przede wszystkim rekombinację tlenu, która utrzymuje ciśnienie w szczelnej komórce pod kontrolą. Wprowadź zwykłe szybkie ładowanie do zamarzającego ogniwa, a gaz gromadzi się szybciej, niż może zostać zużyty, podnosząc ciśnienie w stronę zaworu, mimo że napięcie wygląda normalnie. Niniejsza praca wyjaśnia, dlaczego mróz ogranicza prąd ładowania, kwantyfikuje mechanizmy i szczegółowo opisuje bezpieczne strategie – kwalifikację, kondycjonujące rozgrzewanie, wielostopniowe ładowanie o obniżonym prądzie – które pozwalają sprzętowi zewnętrznemu, przechowywanemu zimą i z łańcucha chłodniczego niezawodnie ładować NiMH przez mróz.
Niższa temperatura zmniejsza przewodnictwo jonowe stężonego elektrolitu KOH (który wykazuje nawet niemonotoniczną zależność przewodnictwo–stężenie, wrażliwą na zamarzanie), spowalnia dyfuzję protonów w masie czynnej niklu i podnosi opór przeniesienia ładunku – wszystko widoczne jako powiększony niskotemperaturowy półokrąg EIS i opór DC z Paper 17. Napięcie na zaciskach pod prądem jest w związku z tym wyższe, co może zmylić ładowarkę i sprawić, by sądziła, że ogniwo jest bliskie pełna, podczas gdy jest po prostu zimne i oporowe.
Ujemny elektrod wodorkowy również wolniej absorbuje wodór na mrozie, więc jego efektywna akceptacja ładowania i zapas pojemności kurczą się właśnie w momencie, gdy dodatni zaczyna wydzielać tlen; margines, który czyni szczelne przeładowanie znośnym, zwęża się właśnie na mrozie.
Decydującym ograniczeniem na mrozie jest rekombinacja tlenu: opiera się na dyfuzji gazu przez separator i katalizie powierzchniowej na ujemnym, oba silnie zależne od temperatury. Prąd, który przy 20 C sprawnie się rekombinuje, przy 0 C i poniżej gromadzi tlen, więc ciśnienie wewnętrzne rośnie wcześniej i szybciej – ten sam mechanizm co nadmierny prąd w temperaturze pokojowej (Paper 3), ale osiągany na mrozie przy znacznie niższym progu prądu.
Ryzyko otwarcia zaworu jest zatem powodem, dla którego szybkie ładowanie w układach IC jest bramkowane przez zimne odcięcie blisko 0 C: zakaz jest konserwatywną ochroną szczelnego systemu, a nie preferencją dla ciepłej pracy, i poniżej progu prąd musi zostać zmniejszony do tego, co zimna rekombinacja zdoła zużyć.
Ponieważ mróz podnosi opór i napięcie na zaciskach, oparta na napięciu zmiana etapu lub ograniczenie maksymalnego napięcia uruchamia się wcześnie i niedoładowuje ogniwa; odwrotnie, ładowarka ignorująca podwyższone napięcie i dążąca do stałego napięcia przeładowuje, gdy tylko ogniwo się ociepli. Solidne ładowanie na mrozie opiera swoje decyzje na prądzie, kompensuje progi napięcia względem temperatury i oporu wewnętrznego i opiera się na dostarczonym ładunku i dT/dt, a nie na napięciu bezwzględnym.
Szczyt -delta-V również jest zniekształcony na mrozie – większy i opóźniony – więc progi zakończenia zweryfikowane w temperaturze pokojowej trzeba wydłużyć, albo kontroler powinien stosować skompensowaną temperaturowo, wielokryterialną decyzję zamiast stałego spadku w miliwoltach.
Tam, gdzie system może wpływać na temperaturę, preferowanym rozwiązaniem jest doprowadzenie ogniwa do jego okna szybkiego ładowania przed podaniem wysokiego prądu. Może to być środowiskowe (ładowanie sprzętu po zaaklimatyzowaniu w pomieszczeniu), oparte na grzałkach w szafach zewnętrznych lub elektryczne: niewielki prąd kondycjonujący, którego ciepło I-do-kwadratu-R i rekombinacji łagodnie podnosi temperaturę ogniwa, dodając przy tym nieco ładunku, przy czym kontroler monitoruje dT/dt i przechodzi do szybkiego prądu dopiero po przekroczeniu przez NTC zimnego progu – brama kwalifikacji z Paper 12 zastosowana do przypadku mrozu.
Samoogrzewanie musi być w pętli zamkniętej: prąd kondycjonujący jest dobrany tak, by ogrzewać bez gromadzenia ciśnienia, a kontroler pilnuje, by temperatura faktycznie rosła, a wskaźniki zastępcze ciśnienia pozostawały łagodne, zgłaszając usterkę, jeśli ogrzewanie się zatrzyma.
Gdy ogrzewanie jest niemożliwe, ładuj obniżonym prądem – ogólnie w stronę poziomów ładowania wolnego, gdy temperatura zbliża się i schodzi poniżej 0 C – z konserwatywnymi etapami, dłuższymi przerwami (profile impulsowe pomagają powolnej rekombinacji nadrobić, Paper 13) i zakończeniem ukierunkowanym na czasomierze i temperaturę, a nie zniekształcony szczyt napięcia. Pierwsza ilustracja zestawia dopuszczalne okna prądu na mrozie i w cieple; druga sekwencjonuje bezpieczną na mrozie ładowarkę od kwalifikacji przez kondycjonowanie aż do przejścia na szybki prąd.
Łańcuch chłodniczy, zimowa rezerwa telekomunikacyjna, czujniki zewnętrzne i sprzęt polarny/wojskowy wykorzystują odmiany tej logiki: zaakceptuj dłuższy czas ładowania w zamian za utrzymanie wytwarzania gazu w granicach tempa zimnej rekombinacji, nigdy nie otwierając zaworu ogniwa tylko dlatego, że było zimne.
Określ niskotemperaturowe odcięcie szybkiego ładowania, regułę samoogrzewania prądem kondycjonującym z nadzorem dT/dt, krzywą obniżania prądu względem temperatury poniżej odcięcia, skompensowane temperaturowo progi napięcia i zakończenia oraz bezwzględne zachowanie przy usterce. Weryfikuj w komorze termicznej w całym zimnym zakresie z oprzyrządowanym pomiarem ciśnienia, gdzie to możliwe. Weijiang dostarcza niskotemperaturowe zakresy ładowania oraz dane o ograniczonym oporem i rekombinacją prądzie według klas, tak aby produkty o klasie zimowej ładowały się do pełnej pojemności bez otwierania zaworu. Następuje problem komplementarny – ładowanie, gdy ogniwo jest zbyt gorące.
Weijiang Power projektuje i wytwarza ogniwa niklowo-wodorkowe, dopasowane pakiety i gotowe do ładowania konfiguracje dla klientów konsumenckich, przemysłowych, medycznych i mobilnościowych, oraz wspiera partnerów wskazówkami dotyczącymi protokołów ładowania, plikami parametrów IEC 61951-2, dowodami bezpieczeństwa IEC 62133-1 i wspólną walidacją ładowarek. Podaj format ogniwa, prąd ładowania, zakres termiczny i cel cykliczny, a nasi inżynierowie określą kombinację ogniwa i ładowania chroniącą zarówno czas pracy, jak i żywotność. Przejrzyj asortyment na stronie produktów.
