Ładowanie jest kompromisem między prędkością a żywotnością, a teoria sterowania optymalnego zamienia ten niejasny kompromis w rozwiązywalny problem: mając model elektrochemiczny lub zredukowany ogniwa, znaleźć trajektorię prądu, która osiąga pełne naładowanie w minimalnym czasie, z jawnymi ograniczeniami dla temperatury, ciśnienia wewnętrznego, potencjału elektrody i skumulowanej degradacji. Niniejszy artykuł ujmuje ładowanie NiMH jako optymalizację z ograniczeniami, wyjaśnia, dlaczego optimum matematyczne jest blisko przybliżane przez malejący harmonogram wielostopniowych prądów stałych, pokazuje, jak ograniczenia początku tlenu i termiczne kształtują ten harmonogram, oraz przegląda, jak sterowniki predykcyjne modelowo i inteligentne (linia MSCCC/ANFIS) realizują go w praktyce – teoretyczny szczyt, w stronę którego budowały artykuły o projektowaniu profili.
Formalnie wybiera się prąd I(t) w trakcie ładowania, aby zminimalizować koszt – czas ładowania, degradację lub ważoną mieszankę – przy modelu dynamicznym ogniwa i twardych ograniczeniach: stan naładowania osiąga cel, temperatura poniżej bezwzględnego limitu, ciśnienie wewnętrzne poniżej marginesu zaworu, potencjał dodatni poniżej obfitej ewolucji tlenu, a prąd w granicach stopnia mocy i reżimu ogniwa. Degradację reprezentuje model (lub namiastka) utleniania/korozji i uszkodzeń termicznych opracowanych w grupie starzenia.
To ograniczenia, nie cel, dominują odpowiedź: w NiMH optimum prawie zawsze jedzie po wiążącym ograniczeniu termicznym lub tlen/ciśnienie w paśmie końcowym, dlatego czysto minimalne czasowo ładowanie i maksymalizujące żywotność zbiegają się do podobnie ukształtowanych trajektorii po wymuszeniu bezpieczeństwa.
W pełni zmienną optymalną trajektorię niedrogiej ładowarce trudno naśladować, ale rozwiązania sterowania optymalnego dla ładowania baterii są dobrze przybliżane schodkami malejących prądów stałych – wysokich w bulk, gdzie akceptacja jest wysoka, a ograniczenia luźne, ze stopniami w dół, gdy każde ograniczenie (temperatura, początek tlenu) staje się aktywne. To wielostopniowe ładowanie prądem stałym (MSCCC) wychwytuje większość korzyści optimum prostymi poleceniami stopnia mocy i czystymi oknami stabilnego prądu do detekcji zakończenia (artykuł 6).
Prądy stopni i punkty przejścia są wynikami optymalizacji: można je wyprowadzić offline z modelu ogniwa i ztablicować, albo korygować online za pomocą inteligentnego sterownika, i zastępują one zarówno pojedynczy wysoki prąd (szybki, ale szkodliwy), jak i pojedynczy niski prąd (łagodny, ale wolny) trajektorią szybką tam, gdzie bezpiecznie, i łagodną tam, gdzie to istotne.
Doniesione inteligentne ładowanie NiMH/NiCd łączy przedni stopień boost/PFC z wyjściem MSCCC, którego prądy stopni wybiera adaptacyjny system wnioskowania neuro-rozmytego z ewoluującej odpowiedzi napięcie-temperatura, zwalidowany w MATLAB względem profili konwencjonalnych. Podejście neuro-rozmyte jest atrakcyjne, ponieważ koduje intuicję sterowania optymalnego jako reguły („zwiększaj prąd, dopóki ograniczenia są luźne, schodź w dół, gdy się zbliżają”), ucząc się jednocześnie dokładnych powierzchni przejścia z danych – wykonalna realizacja optymalizacji opartej na modelach na skromnym sprzęcie.
Sterowanie predykcyjne modelowo rozszerza to, ponownie rozwiązując zredukowany model elektrochemiczny w każdym przedziale sterowania na krótkim horyzoncie, używając bieżącej temperatury i szacowanego SOC jako warunków początkowych; jest to najbardziej zasadna forma adaptacyjnego ładowania artykułu 41, kosztem wierności modelu i obliczeń.
Trzy ograniczenia wiążą się kolejno. W trakcie ładowania bulk liczą się tylko limity reżimu ogniwa i stopnia mocy, a prąd jest maksymalny. Za kolanem tlenu (artykuł 1/2) bilans generowania/rekombinacji tlenu i ciśnienie wewnętrzne (artykuł 3) wymuszają spadek prądu, aby generowanie nie wyprzedzało rekombinacji. W paśmie końcowym wiąże się ograniczenie termiczne – I-do-kwadratu-R plus ciepło rekombinacji względem chłodzenia (artykuł 4) – a krótki dociąg niskim prądem kończy ładowanie. Prawidłowo zoptymalizowany profil jest więc rozpoznawalny jako malejące schodki z małym ostatnim stopniem, zgodnie z empirycznie wypracowaną najlepszą praktyką całej serii.
Temperatura przesuwa całe schodki: zimno obniża wczesne prądy (wolna kinetyka, artykuł 26), gorąco obniża prądy końcowe (wcześniejszy tlen, słaby -delta-V, artykuł 27), więc optimum to rodzina indeksowana otoczeniem i stanem ogniwa, nie jedna uniwersalna krzywa.
Wobec stałego ładowania 1C zoptymalizowane schodki osiągają porównywalny czas przy znacznie niższej temperaturze szczytowej, ciśnieniu i czasie w rekombinacji – a wobec stałego ładowania 0,5C osiągają pełne naładowanie szybciej przy podobnym łącznym obciążeniu, ponieważ wykorzystują wysokoakceptacyjny obszar bulk, który wolny profil marnuje. Zyski są największe dla pakietów z ograniczeniami termicznymi (grube elektrody, gęste obudowy), gdzie płaski prąd musi być konserwatywny wszędzie, aby być bezpiecznym na końcu.
Pierwszy rysunek nakłada trajektorie prądu stałego i optymalnych schodków na tle obwiedni wiążących ograniczeń; drugi rozkłada optymalizację na cel, model dynamiczny i ograniczenia – wielokrotnego użytku sformułowanie dla każdego projektu optymalizacji ładowania NiMH.
Praktyczne wdrożenie zaczyna się od zredukowanego modelu i jego zidentyfikowanych parametrów (artykuły 18, 19), wyprowadza harmonogram MSCCC offline w zakresie temperatur, opcjonalnie domyka online pętlę adaptacyjną lub MPC, i zawsze zachowuje twarde niezależne limity. Weijiang dostarcza charakterystyki akceptacji, ciśnienia i termiczne potrzebne do budowy i walidacji modelu ograniczeń, aby „optymalny” profil był optymalny względem zmierzonego zachowania ogniwa, nie zakładanych parametrów. Następny artykuł bada postępy wewnątrz samego ogniwa – materiały i elektrolity, które poszerzają obwiednię szybkiego ładowania.
Weijiang Power projektuje i wytwarza ogniwa niklowo-wodorkowe, dopasowane pakiety i konfiguracje gotowe do ładowania dla klientów konsumenckich, przemysłowych, medycznych i mobilności, a także wspiera partnerów wskazówkami dotyczącymi protokołu ładowania, plikami wydajności IEC 61951-2, dowodami bezpieczeństwa IEC 62133-1 i wspólną walidacją ładowarek. Podaj format ogniwa, szybkość ładowania, zakres termiczny i cel cykli, a nasi inżynierowie określą kombinację ogniwo-i-ładowanie chroniącą zarówno czas pracy, jak i żywotność. Przejrzyj asortyment na stronie produktów.
