Một cell NiMH kín là một bình áp suất nhỏ, và áp suất bên trong là đại lượng vật lý trực tiếp nhất cho biết việc sạc có được kiểm soát hay không. Dòng điện mà các điện cực không lưu trữ được trở thành khí; khí mà vòng tái tổ hợp không tiêu thụ được sẽ tích tụ; và áp suất tích tụ cuối cùng sẽ đẩy mở van an toàn, làm mất chất điện giải và thay đổi vĩnh viễn cell. Do đó, áp suất không chỉ là một biến số an toàn – nó là trần cứng quyết định một cell cụ thể có thể sạc nhanh đến đâu. Dựa trên các phép đo có gắn cảm biến ở cell kéo và tài liệu an toàn cell kín, bài viết này lần theo quỹ đạo áp suất trong suốt lần sạc, tách đóng góp của hydro và oxy, và cho thấy tư duy theo áp suất đặt ra khung dòng điện mà việc kết thúc dựa trên điện áp và nhiệt độ chỉ xấp xỉ được.
Có thể xuất hiện hai loại khí. Oxy được sinh ra ở cực dương khi Ni(OH)2 có thể oxy hóa đã cạn, như trình bày trong Bài 1; hydro sẽ được sinh ra ở cực âm nếu nó bị đẩy vượt quá dung lượng lưu trữ hydride, đó chính là lý do cực âm được làm lớn hơn. Trong một cell được thiết kế đúng, sạc quá mức vừa phải thì oxy chiếm ưu thế và thường không có hydro; việc thoát hydro báo hiệu hoặc một cell bị sạc quá mức nghiêm trọng hoặc một cực âm đã già hóa với dung lượng lưu trữ xúc tác suy giảm.
Vì oxy là điều dự kiến, cell được thiết kế để tiêu thụ nó: oxy đi qua màng ngăn khô và tái tổ hợp trên bề mặt hydride. Áp suất bên trong tại bất kỳ thời điểm nào phản ánh sự mất cân bằng giữa tốc độ sinh khí và tốc độ tái tổ hợp tiêu thụ khí, một cân bằng động chứ không phải giá trị tĩnh.
Trong suốt giai đoạn sạc khối, ít khí được sinh ra và áp suất giữ gần mức môi trường. Khi đi qua điểm bắt đầu thoát oxy – khoảng 70 phần trăm mức sạc trong các phép đo kéo được báo cáo – áp suất bắt đầu tăng; nếu dòng điện nằm trong dung lượng tái tổ hợp, nó lắng về một trạng thái dừng khiêm tốn, nhưng nếu dòng vượt dung lượng đó, nó tăng dần, càng lúc càng dốc khi nhiệt độ và việc sinh khí nuôi dưỡng lẫn nhau. Ở 1C, các nghiên cứu xác định thêm đóng góp tái tổ hợp hydro trong giai đoạn cuối gắn với sự kiện -ΔV, cho thấy đường cong áp suất mang thông tin về cả hai loại khí.
Một lần sạc C/2 có kiểm soát đối với module kéo, với áp suất được chặn ở mức 6,8 atm (khoảng 100 psi), vẫn đạt 93 phần trăm mức sạc với hiệu suất cao – bằng chứng thực nghiệm rằng một chiến lược giới hạn áp suất rõ ràng có thể vừa sạc nhanh vừa gần đầy bằng cách lùi dòng mỗi khi cân bằng khí trở nên căng.
Cell kín có van an toàn đóng lại được hoặc một chiều, được chỉnh để mở ở áp suất thiết kế, thường được nêu vào khoảng 10 atm đối với cell nhỏ, trước khi vỏ bị đe dọa về mặt cơ khí. Việc xả áp giải phóng hỗn hợp khí nhưng cũng đẩy ra sương chất điện giải kiềm và hơi nước; lượng chất điện giải mất đi không thể bù, điện trở trong tăng, các kênh tái tổ hợp khô đi và cell bước vào giai đoạn suy giảm tăng tốc. Chỉ một lần xả van cũng có thể lấy đi một phần đáng kể tuổi thọ chu kỳ.
Điều này khiến áp suất trở thành ranh giới hỏng hóc thực sự: điện áp và nhiệt độ là những đại lượng thay thế bên ngoài tiện lợi, nhưng cơ chế thực sự làm hỏng một cell bị sạc quá mức nghiêm trọng là mất chất điện giải do áp suất và, trong trường hợp xấu nhất, là vỡ. Thiết kế kết thúc nên được hiểu là nỗ lực giữ đường cong áp suất không nhìn thấy được dưới ngưỡng van bằng chỉ các tín hiệu có bên ngoài vỏ.
Tái tổ hợp bị giới hạn bởi vận chuyển và có một dòng tối đa do diện tích điện cực, độ thấm khí của màng ngăn, xúc tác hợp kim và nhiệt độ quyết định. Bất kỳ dòng sạc nào vượt giới hạn đó ở vùng cuối sạc đều làm tích tụ khí gần như tuyến tính theo thời gian, nên dòng sạc nhanh an toàn không phải tùy ý: đó là dòng mà tốc độ sinh oxy cuối sạc của nó cell có thể tái tổ hợp đồng thời thải nhiệt sinh ra. Việc gấp đôi dòng sạc không gấp đôi tốc độ xử lý khí cho phép, đó là lý do 1C khó khăn hơn nhiều so với C/2 chứ không chỉ nhanh gấp đôi.
Cell dung lượng cao với điện cực dày càng bị ràng buộc: chúng lưu trữ nhiều năng lượng hơn nhưng cung cấp tương đối ít bề mặt tái tổ hợp và đường khuếch tán khí dài hơn, nên một AA lớp 2800 thường kém chịu được sạc nhanh quyết liệt so với cell tuổi thọ dài lớp 2000 – một khía cạnh khác của đánh đổi dung lượng-duy trì chu kỳ.
Cell tiêu dùng hiếm khi có cảm biến áp suất, nên bộ sạc suy ra chế độ khí từ các hiện tượng liên quan: đỉnh điện áp và -ΔV sinh ra khi nhiệt tái tổ hợp vượt các thế điện cực; tốc độ tăng nhiệt dT/dt, tăng mạnh khi tái tổ hợp trở thành nơi hấp thụ dòng chủ đạo; và nhiệt độ tuyệt đối làm lớp chặn cuối cùng. Thiết kế cấp pack và kéo có thể thêm đầu dò áp suất trực tiếp hoặc mô hình hóa áp suất từ dòng, điện áp và nhiệt độ, cho phép kiểu điều khiển nắp áp suất rõ ràng như trình bày trong nghiên cứu kéo.
Hình động đầu tiên cho thấy sự hình thành theo giai đoạn từ sạc khối đến điểm bắt đầu thoát oxy rồi đến cao nguyên bị giới hạn tái tổ hợp, còn hình thứ hai phân tách cân bằng khí thành chồng lớp sinh/tiêu thụ, làm rõ vì sao một bộ sạc chỉ nhìn điện áp có thể bỏ qua vấn đề áp suất khi cell ấm và -ΔV biến mất.
Một đặc tả sạc nhanh hợp lý ghép cặp việc đặc tính hóa cell – mức sạc tại điểm bắt đầu thoát oxy, dòng giới hạn tái tổ hợp theo nhiệt độ và biên độ van – với một profile sạc giảm dòng khi đi vào dải SOC cao và coi dT/dt nhanh là bằng chứng cho thấy việc sinh khí đang vượt tiêu thụ. Các thiết kế bảo thủ giữ áp suất tái tổ hợp trạng thái dừng thấp hơn hẳn ngưỡng van thay vì chỉ thấp hơn, chừa biên độ cho biến động lô, lão hóa và tắc làm mát.
Đối với các đối tác chế tạo bộ sạc nhanh hoặc pack tái sinh, Weijiang cung cấp đặc tính áp suất và nhiệt đằng sau mỗi bậc dòng khuyến nghị, để trần sạc nhanh là một ranh giới đo được chứ không phải giả định. Bài tiếp theo chuyển sang sản phẩm phụ không thể tránh khỏi khác của cân bằng tái tổ hợp đó – nhiệt – và xây dựng cân bằng năng lượng dự báo một lần sạc sẽ làm cell ấm đến đâu.
Weijiang Power thiết kế và sản xuất cell nickel-metal hydride, các pack đồng bộ 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 62133-1 và đồng kiểm chứng bộ sạc. Cho chúng tôi biết định dạng cell, tốc độ sạc, phạm vi nhiệt và mục tiêu chu kỳ, 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 dòng sản phẩm tại trang sản phẩm.
