Các nhà thiết kế chuyển giữa các loại hóa học pin nhiều lần khám phá lại rằng các quy tắc sạc không thể mang theo: một phương pháp thiết yếu cho loại hóa học này thì vô dụng hoặc nguy hiểm cho loại khác. Bài viết này so sánh điều khiển sạc của NiMH, niken-cadmium và lithium-ion như những hệ thống hoàn chỉnh – biến nào được điều khiển, việc hoàn tất được phát hiện thế nào, điều gì đặt ra giới hạn sạc nhanh, pin đầy được duy trì ra sao và mỗi cơ chế ngăn chặn hỏng hóc nào – giải thích nguồn gốc của sự khác biệt trong hóa học điện cực và cụ thể cho thấy vì sao bộ sạc NiCd phục vụ thiếu cho NiMH, vì sao CC-CV của lithium không thể sạc NiMH và vì sao một bộ «một bộ sạc cho tất cả» phổ quát là sự thỏa hiệp an toàn. Nó củng cố các so sánh hóa học lặp lại của loạt bài thành một tài liệu tham khảo quyết định duy nhất.
Cả hai loại hóa học niken đều được sạc dưới điều khiển dòng điện với kết thúc suy ra từ trạng thái, vì cuối quá trình sạc của chúng được đánh dấu bằng khí và nhiệt thay vì trần thế cứng (Bài 15); lithium-ion được sạc CC-CV, dòng không đổi đến điện áp chính xác từng cell, sau đó giảm dần ở điện áp không đổi, vì vượt quá điện áp đó gây mạ lithium và hỏng cathode. Sự đảo ngược là căn bản: với NiMH/NiCd dòng được điều khiển và điện áp được quan sát; với lithium điện áp được điều khiển và dòng suy giảm. Một bộ điều khiển xây theo một cách không thể vận hành cái kia an toàn.
Cụ thể, giữ điện áp cố định kiểu lithium trên NiMH gây phản hồi nhiệt dương, vì cell ấm lên đòi hỏi nhiều dòng hơn (Bài 15), trong khi áp dụng kết thúc -delta-V của NiMH cho lithium sẽ sạc quá mức vượt giới hạn điện áp trước khi có sụt giảm như vậy.
NiCd cho thấy -delta-V lớn, chắc chắn (sụt giảm của NiMH chỉ bằng khoảng một nửa, khoảng 5–15 mV/cell) và chịu được sạc quá mức tương đối tốt, đó là lý do các bộ sạc NiCd cũ dùng -delta-V rõ nét với bộ hẹn giờ đơn giản; NiMH cần ngưỡng nhỏ hơn, dự phòng dT/dt mạnh (sụt giảm của nó biến mất khi ấm) và kiểm soát sạc quá mức chặt hơn vì hao mòn do tái hợp gây ra nhiều hệ quả hơn (Bài 5, 7). Lithium kết thúc pha CC tại điểm đặt điện áp và pha CV tại dòng tối thiểu, hoàn toàn không có cơ chế -delta-V.
Đây là lý do bộ sạc NiCd phục vụ thiếu cho NiMH: ngưỡng -delta-V lớn hơn có thể không bao giờ đạt được bởi sụt giảm nông của NiMH, để cell sụt giảm nhỏ hơn dựa vào bộ hẹn giờ trong khi sạc quá mức, và dòng nhỏ giọt cho phép cao hơn quá mạnh cho giới hạn bảo trì hạng C/20 của NiMH (Bài 9).
NiCd chấp nhận dòng sạc cao và sạc quá mức chắc chắn nhất; sạc nhanh NiMH bị giới hạn bởi tái hợp oxy và nhiệt, thường 0,5–1C nếu không có cell đặc biệt và kiểm soát nhiệt cẩn thận; sạc nhanh lithium bị giới hạn bởi mạ lithium ở nhiệt độ thấp và bởi khuếch tán, biểu diễn như một dòng thay đổi mạnh theo SOC và nhiệt. Cả ba đều giảm công suất khi lạnh và nóng, nhưng cơ chế khác nhau: áp suất NiMH do tái hợp chậm, rủi ro mạ lithium, NiCd tương đối dễ tính nhất.
Bảo trì cũng phân kỳ: NiMH chỉ cần bảo trì xung nhẹ và bị hại bởi dòng nhỏ giọt liên tục; NiCd chịu được dòng nhỏ giọt mạnh hơn; lithium không cần dòng nhỏ giọt nào sau khi giảm dần CV hoàn tất, và tiếp tục sạc là không an toàn. Những khác biệt này làm «chế độ bảo trì» đặc thù theo hóa học.
Mỗi kiến trúc sạc tồn tại để ngăn chặn hỏng hóc đặc trưng của hóa học mình: điều khiển NiMH ngăn nhiệt tái hợp, xả áp suất và ăn mòn/khô mà sạc quá mức gây ra (Bài 3, 4, 21); điều khiển NiCd quản lý sạc quá mức mà nó phần lớn chịu được đồng thời ngăn dư thừa nhiệt; điều khiển lithium ngăn mạ do quá áp, phân hủy cathode và chạy trốn nhiệt, với giám sát điện áp từng cell mà các chuỗi niken (dựa vào dung sai sạc quá mức khớp nhau) thường thiếu. Hiểu hỏng hóc được ngăn sẽ giải thích mọi ngưỡng.
Kiến trúc an toàn khác nhau tương ứng: các bộ pack lithium đòi hỏi bảo vệ từng cell và điện tử giám sát như điều kiện sạc an toàn, trong khi NiMH dựa vào cân bằng dung lượng điện cực, van và kết thúc của bộ sạc – một mô hình an toàn phía cell đơn giản hơn nhưng làm chất lượng kết thúc của bộ sạc trở thành yếu tố quyết định.
Một bộ sạc đa hóa học an toàn chọn hóa học rõ ràng (người dùng chọn hoặc nhận dạng đáng tin cậy, không bao giờ suy ra từ điện áp), sau đó chuyển cả cấu trúc công suất lẫn logic kết thúc sang cơ chế đúng (Bài 15); không bao giờ được áp dòng nhỏ giọt NiCd cho NiMH, chờ -delta-V NiMH cho lithium hoặc CV lithium cho niken. Hình bảng đầu tiên chấm điểm ba hóa học về điều khiển, kết thúc, sạc nhanh, bảo trì và độ nhạy; hình thứ hai là luồng quyết định tương thích cho bộ sạc gặp một bộ pack được lắp vào.
Khi sản phẩm trải nhiều thế hệ – một dòng dụng cụ chuyển từ NiMH/NiCd sang lithium (Bài 35) – nhận dạng pack (khóa cơ khí hoặc ID kỹ thuật số) là yếu tố then chốt an toàn dẫn pack đến cơ chế sạc đúng của nó.
NiMH vẫn thuyết phục ở nơi dung sai với sạc một phần và sạc quá mức, an toàn, bền bỉ và tuổi thọ chu kỳ vượt trội hơn lợi thế mật độ năng lượng của lithium, và hệ thống sạc của nó đền đáp việc kiểm soát dòng cẩn thận và kết thúc đa tiêu chí – toàn bộ chủ đề của loạt bài này. Weijiang cung cấp cell NiMH với bao đặc tuyến sạc đặc thù hóa học và hỗ trợ các nhà thiết kế chuyển sản phẩm giữa các hóa học với những hàm ý điều khiển được nêu rõ. Bài cuối của loạt nhìn về phía trước, lập bản đồ các câu hỏi nghiên cứu còn mở xác định thập niên tới của khoa học sạc NiMH.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất cell niken-kim loại hydrua, các bộ pack khớp và cấu hình sẵn sàng sạc cho khách hàng tiêu dùng, 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 62133-2 và đồng kiểm chứng bộ sạc. Hãy chia sẻ định dạng cell, tốc độ sạc, bao 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 dòng sản phẩm trên trang sản phẩm.
