Mức chấp nhận sạc là phần dòng điện được cấp mà thực sự được lưu trữ thành năng lượng hóa học hữu ích thay vì bị chuyển sang sinh khí và nhiệt; hiệu suất coulomb là tỷ lệ giữa lượng điện lấy lại khi xả và lượng điện đã cấp. Trong một cell NiMH, không đại lượng nào là hằng số: cả hai đều cao ở giữa quá trình sạc và sụp đổ ở dải cuối, nơi quá trình thoát oxy và tái hợp chiếm ưu thế. Hiểu được tính phi tuyến này – và sự phụ thuộc của nó vào nhiệt độ và dòng điện – là nền tảng của mọi cấu hình sạc hiệu quả, từ bộ sạc dân dụng hai giờ đến xe hybrid phanh tái tạo. Bài viết này định lượng đường cong mức chấp nhận, giải thích nguồn gốc vật lý và cho thấy cách một lịch trình dòng không đổi đa giai đoạn được thiết kế tốt sẽ bám theo nó thay vì chống lại nó.
Hiệu suất coulomb, hay hiệu suất điện, η_Q là số ampe-giờ phóng điện được giao chia cho số ampe-giờ sạc trước đó; hiệu suất năng lượng η_E còn được trọng số theo điện áp và luôn thấp hơn do tổn thất điện trở và quá điện thế. Mức chấp nhận sạc tại một thời điểm được hiểu tốt nhất là độ dốc cục bộ d(điện tích lưu trữ)/d(điện tích đầu vào): tỷ lệ dòng đi vào vẫn đi vào các phản ứng Ni(OH)2/NiOOH và tạo hydride thay vì thoát oxy và các phản ứng ký sinh.
Trên vùng khối, có thể từ 20 đến 70 phần trăm mức sạc, một cell NiMH khỏe mạnh chấp nhận dòng với hiệu suất có thể vượt 95 phần trăm trong điều kiện thuận lợi; các công trình kéo theo cảm biến báo cáo sạc lại hiệu quả đến khoảng 93 phần trăm mức sạc ở C/2 khi áp suất trong được kiểm soát đúng. Trên dải đó, mức chấp nhận biên giảm nhanh, đó là lý do 10 đến 20 phần trăm cuối của một lần sạc nhanh chậm và nóng một cách không cân xứng.
Sự sụt giảm mang tính cơ chế. Khi điện cực dương cạn kiệt Ni(OH)2 có thể oxy hóa, một phần dòng ngày càng lớn bị dồn vào phản ứng thoát oxy; khi điện cực âm hydride tiến gần dung lượng hydro sử dụng được, áp suất nền cân bằng của nó tăng và động học hấp thụ chậm lại. Cả hai hiệu ứng đều nuôi vòng lặp tái hợp mô tả ở Bài 1, sản phẩm phụ là nhiệt, và nhiệt đó lại càng đẩy nhanh việc thoát oxy theo phản hồi nhiệt tích cực. Do đó, việc ép một dòng cao không đổi qua vùng này chỉ mua được ít điện tích lưu trữ với cái giá là nhiệt độ tăng lớn.
Hệ quả thực tế là dạng đường hiệu suất theo SOC đặc trưng: gần như nền bằng ở giữa sạc, một điểm gối quanh điểm bắt đầu thoát oxy ở mức SOC cao, và sụt giảm dốc qua dải cuối nơi cell chủ yếu tự làm nóng mình. Bộ sạc không nhận biết được điểm gối buộc phải hoặc dừng sớm, bỏ phí dung lượng, hoặc sạc quá mức một cách lãng phí, hy sinh tuổi thọ chu kỳ.
Ban đầu, sự ấm áp cải thiện mức chấp nhận bằng cách tăng nhanh khuếch tán proton, vận chuyển khí và động học tái hợp; cell lạnh chấp nhận dòng cao kém, đạt đỉnh ở điện áp cao hơn và gặp rủi ro áp suất trong vì tái hợp chậm chạp. Nhưng chính sự ấm áp giúp cell lạnh lại gây hại cho cell đã ấm: ở nhiệt độ cao, thế năng thoát oxy giảm, nhiệt tái hợp khó thải hơn, và tín hiệu -ΔV co lại – Analog Devices ghi nhận đối với NiMH, -ΔV hầu như không tồn tại ở nhiệt độ cao, lấy đi tín hiệu dừng chính của bộ sạc đúng lúc sạc quá mức gây hại nhất.
Do đó, các cấu hình tốt đặt dòng theo điều kiện nhiệt độ cell: giảm công suất hoặc làm ấm trước ở đầu lạnh, và giảm mạnh ở đầu nóng, giữ cell trong một cửa sổ – nói chung gần nhiệt độ phòng – nơi mức chấp nhận cao và việc kết thúc vẫn quan sát được.
Mức chấp nhận sạc cũng phụ thuộc vào tốc độ. Ở dòng thấp, cell có thời gian phân bổ proton và tái hợp mọi oxy một cách êm ái, cho hiệu suất cao nhưng thời gian sạc dài; ở dòng cao, gradient nồng độ trở nên dốc, oxy được tạo ra sớm hơn theo mức sạc và nhiệt cục bộ tăng. Sạc nhanh 1C đi vào vùng tái hợp sớm hơn sạc C/2 của cùng cell, nên nó đòi hỏi kết thúc sớm và nhạy hơn cùng môi trường mát hơn.
Đó là lý do các bảng thông số tách sạc chậm khuyến nghị (thường 0,1C đến 0,2C, nơi một bộ hẹn giờ đơn giản tương đối an toàn) khỏi sạc nhanh cho phép (0,5C đến 1C, đòi hỏi -ΔV, dT/dt và nhiều lớp dự phòng). Cell không có một đường cong hiệu suất duy nhất; nó có một nhóm đường cong được lập chỉ mục theo dòng và nhiệt độ.
Sạc dòng không đổi đa giai đoạn – và các biến thể MSCCC thông minh, bao gồm thiết kế điều khiển thần kinh-mờ ANFIS được báo cáo trong tài liệu – chia sạc thành các bước dòng giảm dần bám theo đường cong mức chấp nhận đang giảm: dòng khối cao khi mức chấp nhận cao, sau đó các dòng nhỏ dần khi qua điểm gối, kết thúc bằng một giai đoạn bù đầy ngắn. Mỗi bước giữ tỷ lệ sạc quá mức tức thời trong giới hạn, làm phẳng quỹ đạo nhiệt độ và nâng hiệu suất năng lượng tổng thể so với một dòng cao duy nhất.
Hình động đầu tiên đối chiếu hiệu suất gần như bằng phẳng ở giữa sạc với sự sụt giảm cuối sạc; hình thứ hai xếp chồng thông tin một bộ điều khiển cần ở mỗi giai đoạn. Ngưỡng bước có thể đặt theo điện áp, mức sạc, tốc độ tăng nhiệt độ hoặc một mô hình, và cái nghệ thuật là chọn các điểm chuyển tiếp khớp với hành vi bắt đầu thoát oxy của cell cụ thể thay vì đường cong chung.
Đối với nhà sản xuất cell, sản phẩm bàn giao là một bề mặt mức chấp nhận được lập bản đồ – hiệu suất và áp suất dưới dạng hàm của mức sạc, dòng và nhiệt độ – được đo trên các lô sản xuất đại diện, cộng với một khung dòng khuyến nghị nằm dưới tốc độ bị giới hạn bởi tái hợp ở dải trên. Đối với nhà sản xuất bộ sạc, đó là cấu hình sử dụng khung đó một cách thận trọng, dùng dải cuối dốc cho giai đoạn bù đầy có kiểm soát thay vì đẩy dòng cao liên tục.
Việc kiểm chứng nên sạc các cell gắn cảm biến trên dải dòng và nhiệt độ, tích phân điện tích đầu vào và đầu ra để tính η_Q trực tiếp và ghi lại áp suất hoặc nhiệt độ làm đại diện mức chấp nhận có được trong sản xuất. Thiết kế theo đường cong mức chấp nhận phân biệt bộ sạc lấp đầy cell nhanh và mát với bộ đạt cùng thời gian danh định bằng cách «nấu chín» 20 phần trăm cuối – một khác biệt ánh xạ trực tiếp lên bằng chứng tuổi thọ chu kỳ được phát triển sau này trong loạt bài.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất các cell nickel-metal hydride, bộ pack ghép nối và cấu hình sẵn sàng sạc cho khách hàng dân dụng, công nghiệp, y tế và di động, và hỗ trợ đối tác với hướng dẫn giao thức sạc, hồ sơ hiệu năng IEC 61951-2, bằng chứng an toàn IEC 62133-1 và đồng kiểm chứng bộ sạc. Hãy cho chúng tôi biết định dạng cell, tốc độ sạc, giới hạn nhiệt và mục tiêu chu kỳ, các kỹ sư của chúng tôi sẽ chỉ định tổ hợp cell-và-sạc bảo vệ cả thời gian chạy lẫn tuổi thọ. Xem qua dải sản phẩm trên trang sản phẩm.
