Stały wysoki prąd nie daje ogniwu NiMH czasu na złapanie oddechu: gradienty stężeń stają się ostrzejsze, tlen się gromadzi, a temperatura rośnie bez wytchnienia. Ładowanie impulsowe i przerywane celowo przerywa prąd interwałami spoczynku lub obniżonego prądu, podczas których protony redystrybuują się, tlen ulega rekombinacji, a ciśnienie i temperatura relaksują – skutecznie odkupując zapas szybkiego ładowania. Niniejszy artykuł analizuje fizyczne mechanizmy, dzięki którym pulsacja pomaga, przegląda wybory współczynnika wypełnienia i częstotliwości odnotowane w praktyce ładowarek i badaniach, oddziela autentyczne korzyści od folkloru, i przedstawia, jak zaprojektować profil przerywany, którego średni prąd, prąd szczytowy i stosunek spoczynku są dopasowane do stałych czasowych relaksacji konkretnego ogniwa.
Gdy prąd ładowania zostaje usunięty, rozpoczynają się trzy procesy relaksacji. Gradienty stężeń wewnątrz grubej elektrody dodatniej spłaszczają się na drodze dyfuzji w stanie stałym, zmniejszając polaryzację, która przyspieszyła początek wydzielania tlenu; tlen wytworzony podczas impulsu nadal dyfunduje do elektrody ujemnej i ulega rekombinacji bez wytwarzania nowego tlenu, więc ciśnienie wewnętrzne spada; a ciepło rozprasza się bez nowego wkładu Joule'a, obniżając temperaturę szczytową. Każdy proces ma własną stałą czasową, od sekund dla relaksacji termicznej i elektrycznej do dłuższej dla dyfuzji gazowej i w stanie stałym.
Kolejny impuls zaczyna zatem od stanu o niższym ciśnieniu i niższej polaryzacji, niż utrzymywałby prąd ciągły o tym samym średnim poziomie, co jest mechanistyczną podstawą zdolności ładowania impulsowego do utrzymywania wyższego prądu szczytowego bez przekraczania pułapu ciśnieniowego lub termicznego.
Profil impulsowy definiują prąd szczytowy Ipk, prąd spoczynku (zero lub mała wartość), okres i współczynnik wypełnienia; średni prąd Iavg = współczynnik wypełnienia razy Ipk. Ładowarka może dostarczyć daną średnią – a zatem dany czas ładowania – przy wyższym Ipk i niższym współczynniku wypełnienia, zyskując okna relaksacji, ale zbytnie podnoszenie Ipk przywraca ostre gradienty i duże napięcie chwilowe w obrębie każdego impulsu. Optimum projektowe równoważy amplitudę szczytową z długością spoczynku, tak by ogniwo znacząco relaksowało, a impuls nie stał się agresywny.
Badania nad profilami wielostopniowymi i pulsacyjnymi (w tym słonecznymi ładowarkami NiMH z PWM i schematami sterowanymi MSCCC/ANFIS) konsekwentnie traktują średni prąd i kształt impulsu jako odrębne zmienne projektowe – dodatkowy stopień swobody, którego ładowanie prądem stałym nie ma.
Częstotliwość impulsów musi być dopasowana do relaksacji, którą zamierza się wykorzystać. Przełączanie znacznie szybsze niż stałe czasowe dyfuzji i gazów (zakres kiloherców) nie pozostawia czasu na fizyczną relaksację i zachowuje się elektrycznie jak prąd stały z dodatkowym tętnieniem; przełączanie znacznie wolniejsze niż konieczne po prostu wydłuża czas ładowania. Korzystne profile przerywane działają w skalach sekund do kilkudziesięciu sekund, gdzie rekombinacja gazów i relaksacja termiczna rzeczywiście postępują między impulsami.
Twierdzenia, że bardzo wysokoczęstotliwościowa pulsacja osiąga dramatyczne odsiarczanie lub odzysk pojemności w wodnych systemach niklowych, należy traktować ostrożnie; dające się obronić, poparte dowodami korzyści to relaksacja gradientów, zarządzanie ciśnieniem i uśrednianie termiczne w skali sekund, a nie rezonansowe „magiczne częstotliwości”.
Przerywanie jest najbardziej wartościowe tam, gdzie ładowanie ciągłe jest najbardziej obciążone – w końcowym paśmie wysokiego SOC. Zastąpienie stałego nacisku 1C powyżej 70 procent impulsami pozwala nagromadzonemu tlenu ulec rekombinacji podczas spoczynków, spłaszczając wzrost ciśnienia i temperatury i przesuwając osiągalny stan naładowania wyżej przed zakończeniem. Prace trakcyjne wykazujące wydajne ładowanie do 93 procent przy kontroli ciśnienia są naturalnie realizowane jako prąd, który cofa się, gdy tylko ciśnienie lub jego termiczny zastępnik wzrasta – profil przerywany, sterowany sprzężeniem zwrotnym.
Impulsowa konserwacja po ładowaniu (Artykuł 9) jest granicą niskiego współczynnika wypełnienia tej samej zasady: krótkie impulsy oddzielone długimi spoczynkami odpowiadają samorozładowaniu bez ciągłej rekombinacji, ilustrując jeden mechanizm obejmujący szybkie ładowanie i konserwację.
Znaczna część ilościowej literatury o ładowaniu impulsowym wywodzi się z prac nad litowo-jonowymi dotyczącymi tłumienia osadzania litu; te liczbowe korzyści nie przenoszą się bezpośrednio na wodny NiMH, którego procesem ograniczającym jest ewolucja i rekombinacja tlenu, a nie osadzanie. Wiarygodne twierdzenia o NiMH opierają się na zmierzonych porównaniach ciśnienia, temperatury i żywotności cyklicznej względem kontroli prądem stałym przy równym średnim prądzie i równej dostarczonej pojemności – jedynym uczciwym teście, ponieważ profil pulsacyjny, który po prostu dostarcza mniej ładunku, będzie wydawał się „łagodniejszy” z błahych powodów.
Pierwsza rycina porównuje ciśnienie pod prądem ciągłym i impulsowym przy równym średnim ładowaniu; druga rozkłada procesy relaksacji podczas pojedynczego spoczynku, dając wizualną podstawę do wyboru czasu trwania spoczynku na podstawie zmierzonych stałych czasowych, a nie domysłów.
Wyjdź od wymaganego średniego prądu i zmierzonego pułapu ogniwa ograniczonego rekombinacją; wybierz Ipk nieznacznie powyżej granicy ciągłej, ustal długość spoczynku na podstawie oprzyrządowanych krzywych relaksacji ciśnieniowej i termicznej, i dostrój współczynnik wypełnienia, by trafić w Iavg; następnie zwaliduj cyklicznie względem kontroli prądem stałym przy równej przepustowości ładunku, porównując szczyty ciśnienia, temperaturę, SOC zakończenia i utrzymanie pojemności. Kryteria zakończenia z poprzedniej grupy stosują się bez zmian, oceniane podczas impulsów na stabilnej prądowo podstawie.
Weijiang może dostarczyć stałe czasowe relaksacji ciśnieniowej i termicznej dla ogniw kandydujących, pozwalając partnerom wymiarować spoczynki impulsów do rzeczywistej kinetyki. Blisko spokrewniony profil z dodanym elementem prądu ujemnego – ładowanie Reflex – zasługuje na odrębne zbadanie i jest tematem następnego artykułu.
Weijiang Power projektuje i produkuje ogniwa niklowo-wodorkowe, dopasowane pakiety i gotowe do ładowania konfiguracje dla klientów konsumenckich, przemysłowych, medycznych i z dziedziny mobilności, i wspiera partnerów wskazówkami dotyczącymi protokołów ładowania, plikami osiągów IEC 61951-2, dowodami bezpieczeństwa IEC 62133-1 i wspólną walidacją ładowarek. Podaj nam format ogniwa, szybkość 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.
