Napięcie, rezystancja wewnętrzna, wytwarzanie ciepła i temperatura tworzą zamkniętą pętlę w ładowanym ogniwie NiMH: prąd i rezystancja generują ciepło, ciepło zmienia rezystancję i potencjały elektrod, te zmiany wpływają na napięcie i akceptację ładowania, a zmieniona akceptacja zmienia, ile prądu zamienia się w ciepło. Model traktujący elektryczność i ciepło oddzielnie pomija sprzężenie zwrotne, które najbardziej liczy się przy szybkim ładowaniu. Niniejszy artykuł buduje sprzężony model elektrocieplny – zależny od temperatury obwód zastępczy dla napięcia, skupioną sieć cieplną dla temperatury i dwukierunkowe sprzężenie między nimi – oraz pokazuje, jak przewiduje trajektorie ładowania, wymiaruje chłodzenie i prąd, i kwantyfikuje margines względem granic cieplnych, zanim choć jeden prototyp zostanie poddany nadużyciom.
Podmodel elektryczny to obwód zastępczy: rezystancja omowa i jeden lub dwa bloki polaryzacji RC połączone szeregowo z zależnym od SOC i temperatury napięciem równowagi. Parametry zidentyfikowane z testów impulsowych na siatce SOC i temperatury – metody artykułu 17 – przechowywane są jako powierzchnie odwoławcze, dzięki czemu model odtwarza, jak zimne ogniwo wykazuje większą rezystancję i wyższy szczyt napięcia, a ciepłe ogniwo – odwrotnie. Co kluczowe, parametry niosą zależność od temperatury, co sprzęga połowę elektryczną z połową cieplną.
Nawet model z jednym RC obejmuje większość napięcia dynamicznego; drugi RC poprawia zachowanie w skali dyfuzji, istotne dla długich impulsów i dla szacowania, kiedy przy danym prądzie nastąpi początek wydzielania tlenu.
Podmodel cieplny stosuje bilans energetyczny artykułu 4: wytwarzanie ciepła to suma ciepła I-kwadrat-R i polaryzacyjnego (teraz obliczanego z rezystancji i prądów ECM), odwracalnego członu entropowego, tabelaryzowanego względem SOC, oraz ciepła rekombinacji, które włącza się za kolanem początku wydzielania tlenu. Skupiona pojemność i opór cieplny do otoczenia (lub sieć wielowęzłowa dla pakietu) propagują temperaturę; parametry pochodzą z masy ogniwa, ciepła właściwego i zmierzonej krzywej chłodzenia.
Przedstawienie ciepła rekombinacji jako członu sterowanego przez SOC to kluczowy wybór modelowania dla NiMH, ponieważ odtwarza on przegięcie cieplne końca ładowania, którego czysto rezystancyjny model nie potrafi – to samo przegięcie, które obserwuje terminator dT/dt.
Sprzężenie biegnie w obu kierunkach: straty rezystancyjne i rekombinacyjne modelu elektrycznego zasilają model cieplny jako źródła, podczas gdy temperatura modelu cieplnego wraca do powierzchni parametrów ECM i do modelu akceptacji/sprawności ładowania. Wspólne rozwiązywanie obu na każdym kroku czasowym odtwarza obserwowane zjawiska, które rozdzielone modele pomijają – kurczący się szczyt napięcia ciepłego ogniwa, przyspieszającą temperaturę końca ładowania i dodatnie sprzężenie zwrotne, które sprawia, że termicznie uwięzione ogniwo ulega rozbieżności.
Ujawnia też margines stabilności: profil ładowania jest termicznie bezpieczny tylko wtedy, gdy równowaga sprzężonego systemu przy proponowanym prądzie leży poniżej bezwzględnego limitu temperatury z marginesem; jeśli wytwarzanie ciepła rośnie z temperaturą szybciej, niż chłodzenie jest w stanie odprowadzić, model przewiduje rozbieżność, zanim ryzykowano sprzęt.
Sterownik predykcyjny odwraca model: mając dany docelowy czas ładowania i maksymalną temperaturę ogniwa, szuka największej trajektorii prądu, której symulowana temperatura, wskaźnik zastępczy ciśnienia i napięcie pozostają w granicach – dając oparty na modelu wielostopniowy profil typu zalecanego przez badania optymalnego ładowania (opracowany w grupie granicznej). W porównaniu ze stałą tabelą obniżek wartości, planowanie oparte na modelu ładuje szybciej, gdy ogniwo jest chłodne i silne, i precyzyjnie ustępuje, gdy sprzężony model przewiduje przegięcie cieplne.
Ten sam model wspiera projektowanie pakietów: wielowęzłowe sieci cieplne ujawniają najgorętsze ogniwo wewnętrzne oraz wymagany przepływ powietrza lub przewodzenie, by utrzymać je w granicach, bezpośrednio zasilając artykuły o zarządzaniu cieplnym w grupie pakietów.
Identyfikacja przebiega przez kontrolowane testy impulsowe i cieplne w przestrzeni SOC–temperatura–prąd, dopasowując parametry ECM, pojemność cieplną i opór cieplny, a następnie walidując na niezależnych pełnych ładowaniach w odłożonych warunkach – model musi przewidzieć niewidziane ładowanie 0,7C z parametrów zidentyfikowanych przy innych szybkościach. Przeglądy modelowania cieplnego z uczeniem maszynowym coraz częściej uzupełniają model fizyczny o opartą na danych korekcję resztową, ale to fizyczny rdzeń pozwala modelu bezpiecznie ekstrapolować poza dane uczące.
Pierwsza rycina przedstawia strukturę dwukierunkowego sprzężonego modelu; druga porównuje zmierzone i przewidziane trajektorie napięcia/temperatury, dowody walidacji wymagane, zanim modelowi pozwoli się ustalać prąd.
Przydatny model elektrocieplny dostarcza powierzchnie parametrów, sterowanie początkiem wydzielania tlenu/ciepłem rekombinacji, przewidzianą najgorszą temperaturę dla każdego profilu kandydującego i granice ufności odzwierciedlające niepewność parametrów. Jego ograniczenia są uczciwe: przewiduje uśrednione zachowanie ogniwa, a nie lokalne gorące punkty, a ciśnienie jest przedstawione pośrednio, chyba że dodano podmodel bilansu gazowego (artykuł 3). Stosowany w tych granicach, zamienia projektowanie szybkiego ładowania z prób i błędów w inżynierię kierowaną symulacją.
Weijiang wspiera partnerów opartych na modelach danymi impulsowymi, cieplnymi i akceptacji, niezbędnymi do identyfikacji parametrów. Następny artykuł pyta, ile fizycznej szczegółowości naprawdę potrzebuje model ładowania, porównując podejścia obwodów zastępczych i modelowania elektrochemicznego.
Weijiang Power projektuje i wytwarza ogniwa niklowo-wodorkowe, dopasowane pakiety i gotowe do ładowania konfiguracje dla klientów konsumenckich, przemysłowych, medycznych i z branży mobilności, a także wspiera partnerów wskazówkami dotyczącymi protokołów ładowania, plikami parametrów IEC 61951-2, dowodami bezpieczeństwa IEC 62133-1 i wspólną walidacją ładowarek. Podaj nam format ogniwa, szybkość ładowania, zakres temperatur i docelową liczbę cykli, a nasi inżynierowie określą kombinację ogniwa i ładowania chroniącą zarówno czas pracy, jak i żywotność. Asortyment można zobaczyć na stronie produktów.
