Nhiệt độ là tín hiệu giàu thông tin nhất mà một bộ sạc NiMH chi phí thấp có thể đo, và nó chỉ trở nên có ý nghĩa khi các nguồn nhiệt được hiểu rõ. Sự ấm lên của một cell đang sạc là tổng của ba thành phần vật lý khác biệt: nhiệt Joule và quá điện áp không thuận nghịch, tỷ lệ với dòng điện và điện trở nội; một thành phần entropi thuận nghịch nhỏ hơn, đổi dấu giữa sạc và xả; và, mang tính quyết định vào cuối giai đoạn sạc, nhiệt tỏa ra khi ôxy sinh ra ở điện cực dương được tái tổ hợp ở điện cực âm. Bài viết này dựng từng thành phần ngân sách nhiệt của lần sạc, chỉ ra vì sao tốc độ tăng nhiệt tăng tốc mạnh đến vậy khi một cell trở nên đầy, và dùng phép kế toán đó để giải thích tiêu chuẩn kết thúc một độ C mỗi phút được dùng rộng rãi.
Bất cứ khi nào dòng điện đi qua một điện trở, nó đều tiêu tán nhiệt I-bình-phương-R; trong một cell NiMH điện trở đó là tổng các đóng góp điện trở thuần từ điện giải, màng ngăn, điện cực và tai tiếp cộng với «điện trở phân cực» đại diện cho các quá điện áp động học và nồng độ. Thành phần không thuận nghịch này hiện diện suốt quá trình sạc, tỷ lệ gần đúng với bình phương dòng điện và tăng khi điện trở nội tăng theo tuổi và ở mức sạc thấp.
Vì tỷ lệ với bình phương dòng điện, thành phần không thuận nghịch trừng phạt các tốc độ cao một cách không cân xứng: tăng gấp đôi dòng sạc làm nhiệt điện trở nền tăng gần gấp bốn, đó là lý do sạc nhanh không thể tách rời quản lý nhiệt và vì sao một cell đã già, trở kháng cao hơn chạy nóng hơn ngay cả dưới một chế độ giống hệt.
Các phản ứng điện hóa cũng mang thành phần nhiệt entropi, T nhân dS, gắn với entropi phản ứng; nó thuận nghịch theo nghĩa đổi dấu giữa sạc và xả và thay đổi theo mức sạc khi thành phần pha của điện cực thay đổi. Trong NiMH nó thường nhỏ hơn các thành phần không thuận nghịch và tái tổ hợp trong một lần sạc nhanh, nhưng phải được đưa vào các mô hình nhiệt chính xác và góp phần vào sự phụ thuộc nhiệt tinh tế của đường cong điện áp sạc.
Mô hình cân bằng năng lượng bỏ qua entropi sẽ dự báo hơi sai nhiệt độ giữa giai đoạn sạc, điều này quan trọng khi nhiệt độ được dùng không chỉ như một ngưỡng cắt mà như một bộ ước lượng trạng thái định lượng – chủ đề của một nhóm bài sau.
Sự thật nhiệt mang tính quyết định về NiMH là sạc quá mức về cơ bản kém hiệu quả 100 phần trăm về mặt năng lượng: dòng tái tổ hợp ôxy qua vòng tuần hoàn bên trong không thực hiện lưu trữ ròng và giải phóng năng lượng của nó dưới dạng nhiệt. Khi cell đầy dần và một phần dòng ngày càng lớn được chuyển vào vòng này, tổng sinh nhiệt tăng dù dòng được giữ không đổi – dấu hiệu mà một nhiệt điện trở phát hiện là mức tăng nhiệt tăng tốc.
Đây là lý do vì sao nhiệt độ, không giống điện áp, trở nên giàu thông tin hơn gần mức sạc đầy thay vì ít đi: trong khi -ΔV co lại ở nhiệt độ cao, tốc độ sinh nhiệt tăng. Hướng dẫn của các nhà sản xuất hội tụ về tốc độ tăng nhiệt tối đa gần 1 độ C mỗi phút và ngưỡng cắt tuyệt đối quanh 50 đến 60 độ C là một mã hóa thực nghiệm trực tiếp của ngân sách nhiệt này.
Một mô hình nhiệt gộp viết nhiệt dung của cell nhân dT/dt bằng tổng ba thành phần sinh nhiệt trừ nhiệt mất ra môi trường xung quanh; nhiệt dung của một cell hình trụ nhỏ bị chi phối bởi khối lượng và vỏ thép của nó, trong khi nhiệt trở với môi trường đặt nhiệt độ ổn định mà một mức tiêu tán cho trước đạt tới. Mô hình như vậy dự báo chế độ sạc quan sát được: một sự ấm lên do điện trở nhẹ nhàng trong sạc khối lượng, một điểm uốn rõ rệt khi tái tổ hợp trở nên chủ đạo, và – nếu sạc tiếp – một đợt tăng dốc hướng tới ngưỡng cắt tuyệt đối.
Các nhà thiết kế cũng dùng mô hình theo chiều ngược: với nhiệt độ cell tối đa cho phép và nhiệt trở tới vỏ bộ sạc đã biết, nó cho ra dòng sạc bền vững tối đa, và với dT/dt đo được nó ước lượng phần dòng đã bị mất cho tái tổ hợp – một tín hiệu ngầm về mức sạc và sức khỏe.
Tốc độ tăng là đáng tin vì nó tự tham chiếu: nó không phụ thuộc hiệu chuẩn nhiệt tuyệt đối hay việc biết chính xác nhiệt độ môi trường, và nó phản ứng chính cơ chế – tái tổ hợp vượt kiểm soát – mà sạc an toàn phải ngăn chặn. Các IC quản lý sạc như họ TI bq2002 triển khai kết thúc theo tốc độ tăng nhiệt cùng với -ΔV, điện áp tối đa, nhiệt độ tối đa và thời gian tối đa, chính vì các tín hiệu nhiệt và điện áp thất bại trong các điều kiện trái ngược và cùng nhau bao trùm toàn bộ phạm vi.
Nó vẫn có thể gây nhầm lẫn. Một cell chuyển từ túi áo ấm sang bộ sạc, một nhiệt điện trở gắn trên PCB thay vì trên cell, hay quạt làm mát bộ sạc bật tắt đều có thể tạo ra các quá độ dT/dt không liên quan tới tái tổ hợp; các thiết kế đáng tin chống nảy lọc tín hiệu qua nhiều mẫu và kết hợp nó với các cổng nhiệt độ tuyệt đối và điện áp, như thực tiễn Ghi chú Thiết kế yêu cầu bốn mẫu 30 giây nhất quán minh họa.
Thiết kế nhiệt ghép nối cell, dòng và vỏ: chọn dòng có nền I-bình-phương-R chừa chỗ cho mức tăng do tái tổ hợp dẫn dắt cuối giai đoạn sạc; đặt cảm biến NTC tiếp xúc nhiệt thực sự với các cell và lấy trung bình trên một pack nhiều cell; thiết kế vỏ và mọi luồng khí sao cho nhiệt trở gộp được biết và ngưỡng cắt tuyệt đối chỉ đạt tới như một lưới đỡ sự cố thực sự; và dùng top-off ở dòng giảm để vài phần trăm cuối được thêm vào mà không nằm trong chế độ tái tổ hợp cao.
Tài liệu hóa dấu hiệu dT/dt dự kiến của một cell sản xuất – nền sạc khối lượng, điểm uốn cuối sạc và dòng tại đó đạt 1 độ C mỗi phút – cho phép các đối tác bộ sạc đặt ngưỡng từ dữ liệu thay vì quy tắc chung. Khi các nguồn nhiệt đã được kế toán, bài tiếp theo xem xét hiện tượng điện áp mà nhiệt tái tổ hợp tạo ra: đỉnh điện áp cuối sạc nhỏ nhưng then chốt và delta-V âm.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất các cell niken-kim loại hydrua, các 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 định bộ sạc. Hãy cho chúng tôi biết định dạng cell, tốc độ sạc, phạm vi nhiệt và mục tiêu vòng đời, và 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.
