Cân bằng là đối tác chủ động của việc ghép cell: nó thu hẹp độ lệch trạng thái sạc do không đồng đều nối tiếp tạo ra (Bài 29) để các cell cùng tiến đến đầy và bộ sạc có thể kết thúc mà không hy sinh cell chậm hay hành hạ cell dẫn đầu. Cân bằng NiMH khác cân bằng lithium ở điểm then chốt – dòng sạc dư được tái hợp bên trong tiêu thụ thay vì lưu trữ, cho hóa chất một xu hướng tự cân bằng hạn chế mà nhà thiết kế có thể tận dụng nhưng không nên quá tin tưởng. Bài này so sánh cân bằng thụ động và chủ động cùng phương pháp thứ ba riêng của NiMH – định hình cấu hình sạc – và giải thích cách định cỡ và định thời bộ cân bằng để nó làm việc cùng, chứ không chống lại, hóa chất tái hợp.
Trong bộ pin lithium cân bằng là bắt buộc vì mọi sạc quá mức đều không an toàn; ở NiMH, điện cực âm được làm dư và vòng tái hợp chịu được sạc quá mức giới hạn, và cell dẫn đầu khi đã đầy thực chất «hấp thụ» dòng tiếp tục dưới dạng nhiệt trong khi cell chậm đuổi kịp – một cơ chế tự cân bằng thụ động thô ráp. Đó là lý do các bộ pin NiMH đơn giản có thể sạc nối tiếp mà không cần bộ cân bằng nào: sạc quá mức có kiểm soát của cell dẫn đầu chính là cách cell chậm được lấp đầy.
Cái giá chính là mài mòn do sạc quá mức ở các Bài 21 đến 23, tập trung vào cell dẫn đầu; cân bằng được thiết kế nhằm lấp đầy cell chậm đồng thời giảm thiểu sạc quá mức cưỡng bức của cell dẫn đầu, đánh đổi phần cứng bổ sung lấy tuổi thọ bộ pin dài hơn và kết thúc sạch hơn.
Cân bằng thụ động đóng ngắt một điện trở song song với các cell cao nhất để rẽ một phần dòng (hoặc xả chúng trong lúc nghỉ), giữ cell dẫn đầu gần đầy trong khi dòng tiếp tục đến cell chậm; đơn giản và rẻ nhưng tiêu tán năng lượng thành nhiệt – bất tiện trong bộ pin vốn đã phải quản nhiệt sạc – và chậm, vì dòng rò thực tế nhỏ so với dòng sạc, nên hiệu quả nhất ở dòng thấp của dải cuối hoặc lúc nghỉ thay vì chống lại sạc khối 1C.
Với NiMH, cân bằng thụ động hiệu quả nhất như bộ cân bằng cuối sạc và lúc nghỉ: khi dòng giảm gần đầy, dòng rò khiêm tốn trở nên tương đương dòng sạc và thực sự có thể giữ cell dẫn đầu trong khi cell chậm hoàn tất, tự nhiên khớp với cấu hình nhiều giai đoạn.
Bộ cân bằng chủ động chuyển năng lượng từ cell cao sang cell thấp (cấu hình tụ điện, cuộn cảm hoặc biến áp) với ít nhiệt thải hơn, cân bằng nhanh hơn và ở dòng hiệu dụng cao hơn; phù hợp với bộ pin kéo và di động lớn, giá trị cao, nơi tuổi thọ bộ pin và hiệu suất năng lượng biện minh cho chi phí. Trong khi sạc chúng liên tục lấy phần dư từ cell dẫn đầu và giao cho cell chậm, giữ chuỗi chặt để mọi cell đạt đỉnh cùng nhau và -delta-V của bộ pin lấy lại rõ ràng (Bài 29).
Việc điều khiển phải hòa hợp với OCV phẳng của NiMH (Bài 16): vì điện áp hầu như không bộc lộ SOC ở giữa sạc, quyết định cân bằng chủ động nên dựa trên hành vi cuối sạc, đếm coulomb hoặc thời gian đỉnh tương đối chứ không phải chênh lệch điện áp giữa sạc, vốn chủ yếu phản ánh không đồng đều điện trở và nhiệt độ.
Phương pháp thứ ba riêng của NiMH cân bằng qua chính cấu hình sạc: sạc xung có nghỉ cho phép cell dẫn đầu giãn ra và tự xả một phần qua tái hợp trong khi cell chậm tiếp tục nhận ở các xung sau (Bài 13); xung âm Reflex xả trong thời gian ngắn toàn bộ chuỗi, với cell dẫn đầu nhường đi tương đối nhiều hơn (Bài 14); và kết thúc sạc khối sớm rồi hoàn tất ở dòng thấp cho tự cân bằng dựa trên tái hợp thời gian kéo các cell lại gần với ứng suất tối thiểu. Các phương pháp này giảm độ lệch mà không cần phần cứng công suất cho từng cell.
Định hình sạc không sửa được không đồng đều lớn và nên kết hợp với ghép đầu vào chặt; tuy nhiên về cơ bản miễn phí và là lý do cấu hình nhiều giai đoạn/xung được thiết kế tốt vừa quản khí vừa cân bằng một phần.
Dòng cân bằng cần thiết suy ra từ độ lệch dự kiến mỗi chu kỳ: ước lượng độ phân tán ampe-giờ tích lũy giữa các cơ hội cân bằng và định cỡ dòng rò/chuyển cùng cửa sổ cân bằng để xóa nó, tập trung hành động ở cuối sạc và lúc nghỉ, nơi NiMH cân bằng hiệu quả nhất. Điều khiển nên dùng logic cell-nóng-nhất và đầy-đầu-tiên từ các Bài 28 đến 29, tránh cân bằng cell hỏng và ghi lại độ lệch còn lại làm chỉ số sức khỏe.
Hình đầu so sánh cách các phương pháp thụ động, chủ động và định hình kéo các SOC phân tán lại gần; hình thứ hai sắp xếp một chiến lược kết hợp ghép chặt, sạc được định hình và cân bằng chủ động dải cuối.
Nêu rõ hạng ghép, cấu hình và dòng cân bằng, cơ sở SOC cho quyết định (hành vi cuối sạc thay vì OCV phẳng giữa sạc), và tương tác với kết thúc cùng điều khiển nhiệt; kiểm chứng trên chuỗi cố tình làm già và không đồng đều để chứng minh cell dẫn đầu nằm trong giới hạn sạc quá mức và nhiệt độ trong khi cell chậm đạt đầy. Weijiang cung cấp bộ ghép và dữ liệu hành vi cell cần thiết để định cỡ cân bằng, hỗ trợ cả bộ pin tiêu dùng tự cân bằng đơn giản lẫn bộ pin di động cân bằng chủ động. Bài tiếp theo của loạt rời cell và bộ pin để xem xét sạc khác nhau thế nào trên các thế giới ứng dụng chính.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất cell nickel-kim loại hydride, bộ pin ghép và cấu hình sẵn sàng sạc cho khách hàng tiêu dùng, công nghiệp, y tế và di động, đồng thời hỗ trợ đối tác bằng hướng dẫn về giao thức sạc, hồ sơ hiệu năng IEC 61951-2, bằng chứng an toàn IEC 62133-1 và đồng kiểm chứng bộ sạc. Chia sẻ định dạng cell, dòng sạc, dải nhiệt và mục tiêu số chu kỳ, các kỹ sư của chúng tôi sẽ chỉ định tổ hợp cell-sạc bảo vệ cả thời gian hoạt động lẫn tuổi thọ. Xem dải sản phẩm tại trang sản phẩm.
