Các cell NiMH được khen vì hoạt động được trong lạnh – nhiều cell giữ được hiệu suất xả hữu ích ở mức thấp hơn nhiều so với điểm đóng băng – nhưng sạc trong lạnh là một việc khác và nguy hiểm hơn. Nhiệt độ thấp làm chậm mọi quá trình mà một lần sạc phụ thuộc: khuếch tán proton, động học điện cực và trên hết là tái kết hợp oxy vốn giữ áp suất trong cell kín dưới tầm kiểm soát. Đưa một dòng sạc nhanh thông thường vào một cell đang đóng băng, khí sẽ tích tụ nhanh hơn mức có thể được tiêu thụ, đẩy áp suất về phía van xả dù điện áp trông bình thường. Bài viết này giải thích vì sao cái lạnh giới hạn dòng sạc, định lượng các cơ chế và trình bày chi tiết các chiến lược an toàn – kiểm định, làm ấm điều hòa, sạc nhiều giai đoạn với dòng giảm công suất – giúp thiết bị ngoài trời, lưu trữ mùa đông và chuỗi lạnh sạc NiMH đáng tin cậy xuyên qua cái lạnh.
Nhiệt độ thấp hơn làm giảm độ dẫn ion của chất điện phân KOH đậm đặc (thậm chí có hành vi dẫn–nồng độ không đơn điệu nhạy cảm với đóng băng), làm chậm khuếch tán proton trong khối hoạt tính niken và tăng điện trở truyền điện tích – tất cả thể hiện qua nửa vòng tròn EIS nhiệt độ thấp mở rộng và điện trở DC từ Paper 17. Điện áp đầu cực dưới dòng do đó cao hơn, có thể đánh lừa bộ sạc tin rằng cell sắp đầy trong khi nó chỉ đang lạnh và có điện trở cao.
Cực âm hydride cũng hấp thụ hydro chậm hơn khi lạnh, nên khả năng nhận sạc hiệu dụng và dự trữ dung lượng của nó co lại đúng lúc cực dương bắt đầu thoát oxy; biên an toàn khiến việc sạc quá mức trong cell kín có thể dung thứ bị thu hẹp chính xác trong cái lạnh.
Giới hạn quyết định trong lạnh là tái kết hợp oxy: nó phụ thuộc vào khuếch tán khí qua màng ngăn và xúc tác bề mặt tại cực âm, cả hai đều phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Dòng điện tái kết hợp êm ở 20 C sẽ tích tụ oxy ở 0 C và thấp hơn, nên áp suất bên trong tăng sớm hơn và nhanh hơn – cùng cơ chế như dòng quá cao ở nhiệt độ phòng (Paper 3), nhưng đạt được trong lạnh ở ngưỡng dòng thấp hơn nhiều.
Do đó rủi ro mở van là lý do sạc nhanh bị chặn bởi ngưỡng lạnh gần 0 C trong các IC sạc: lệnh cấm là sự bảo vệ bảo thủ của hệ thống kín, không phải ưu tiên vận hành ấm, và dưới ngưỡng dòng phải được giảm xuống mức mà tái kết hợp lạnh có thể tiêu thụ.
Vì lạnh làm tăng điện trở và điện áp đầu cực, chuyển giai đoạn dựa trên điện áp hoặc giới hạn điện áp tối đa sẽ kích hoạt sớm và sạc thiếu cell; ngược lại, bộ sạc bỏ qua điện áp tăng cao và ép đến một điện áp cố định sẽ sạc quá mức một khi cell ấm lên. Việc sạc lạnh vững chắc căn cứ quyết định vào dòng, bù các ngưỡng điện áp theo nhiệt độ và điện trở trong, và dựa vào điện đã giao và dT/dt thay vì điện áp tuyệt đối.
Đỉnh -delta-V cũng bị méo trong lạnh – lớn hơn và trễ hơn – nên các ngưỡng kết thúc được kiểm chứng ở nhiệt độ phòng phải được mở rộng, hoặc bộ điều khiển nên dùng quyết định đa tiêu chí có bù nhiệt thay cho mức sụt millivolt cố định.
Khi hệ thống có thể tác động đến nhiệt độ, giải pháp ưu tiên là đưa cell vào cửa sổ sạc nhanh trước khi đặt dòng cao. Có thể là từ môi trường (sạc thiết bị sau khi nó đã cân bằng trong nhà), dùng bộ gia nhiệt trong các tủ ngoài trời, hoặc bằng điện: một dòng điều hòa nhỏ mà nhiệt I-bình-phương-R và tái kết hợp của nó nhẹ nhàng nâng nhiệt độ cell đồng thời thêm một phần sạc, bộ điều khiển giám sát dT/dt và chỉ tăng lên dòng nhanh khi NTC vượt ngưỡng lạnh – cổng kiểm định của Paper 12 áp dụng cho trường hợp lạnh.
Tự làm ấm phải theo vòng kín: dòng điều hòa được chọn cỡ để làm ấm mà không tích tụ áp suất, và bộ điều khiển theo dõi nhiệt độ có thực sự tăng và các chỉ số thay thế áp suất vẫn lành mạnh, báo lỗi nếu việc làm ấm bị kẹt.
Khi không thể làm ấm, hãy sạc ở dòng giảm công suất – nói chung về mức sạc chậm khi nhiệt độ tiến gần và xuống dưới 0 C – với các giai đoạn bảo thủ, nghỉ dài hơn (các cấu hình xung giúp tái kết hợp chậm chạp bắt kịp, Paper 13) và kết thúc nghiêng về bộ hẹn giờ và nhiệt độ thay vì đỉnh điện áp méo. Hình đầu tiên đối chiếu các cửa sổ dòng cho phép khi lạnh và khi ấm; hình thứ hai sắp xếp một lần sạc an toàn lạnh từ kiểm định qua điều hòa đến tăng dòng sạc nhanh.
Chuỗi lạnh, dự phòng viễn thông mùa đông, cảm biến ngoài trời và thiết bị cực/quân sự đều dùng các biến thể của logic này: chấp nhận thời gian sạc lâu hơn đổi lại việc giữ sinh khí trong tốc độ tái kết hợp lạnh, không bao giờ mở van một cell chỉ vì nó lạnh.
Nêu ngưỡng cắt nhiệt độ thấp của sạc nhanh, quy tắc tự làm ấm bằng dòng điều hòa kèm giám sát dT/dt, đường cong dòng theo nhiệt độ giảm công suất dưới ngưỡng, các ngưỡng điện áp và kết thúc có bù nhiệt, và hành vi lỗi tuyệt đối. Kiểm chứng trong buồng nhiệt trên toàn dải lạnh với áp suất được đo đạc khi có thể. Weijiang cung cấp các vùng sạc nhiệt độ thấp và dữ liệu dòng giới hạn bởi điện trở và tái kết hợp theo từng cấp để sản phẩm định mức mùa đông sạc đầy dung lượng mà không mở van. Vấn đề bổ sung – sạc khi cell quá nóng – tiếp theo sau.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất các cell nickel-kim loại hydrua, các bộ pin 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 cung cấp định dạng cell, tốc độ sạc, vùng nhiệt và mục tiêu chu kỳ, các kỹ sư của chúng tôi sẽ quy định tổ hợp cell-và-sạc bảo vệ cả thời gian chạy lẫn tuổi thọ. Xem phạm vi sản phẩm trên trang sản phẩm.
