Балансировка – активный аналог подбора ячеек: она сужает расхождение состояния заряда, создаваемое последовательной неоднородностью (Работа 29), чтобы ячейки вместе подходили к полному заряду и зарядное устройство могло завершить, не жертвуя отстающими и не перегружая ведущие. Балансировка NiMH принципиально отличается от балансировки лития – избыточный ток заряда расходуется внутренней рекомбинацией, а не накапливается, что даёт химии ограниченную самовыравнивающую тенденцию, которую конструктор может использовать, но не должен ей излишне доверять. Данная работа сравнивает пассивную и активную балансировку и третий, специфичный для NiMH подход – формирование профиля заряда – и объясняет, как рассчитать и синхронизировать балансировку, чтобы она работала вместе с химией рекомбинации, а не против неё.
В литиевых пакетах балансировка обязательна, поскольку любой перезаряд небезопасен; в NiMH увеличенный отрицательный электрод и петля рекомбинации допускают ограниченный перезаряд, а ведущая ячейка, будучи полной, фактически «поглощает» продолжающийся ток в виде тепла, пока отстающие наверстывают – грубый пассивный самобалансировочный механизм. Вот почему простые пакеты NiMH могут заряжаться последовательно вообще без балансира: контролируемый перезаряд ведущих – именно то, как отстающие заполняются.
Цена – это как раз износ от перезаряда Работ 21–23, локализованный в ведущих ячейках; инженерная балансировка стремится заполнить отстающих, минимизируя этот вынужденный перезаряд ведущих, обменивая добавленное оборудование на больший срок службы пакета и более чистое завершение.
Пассивная балансировка подключает резистор параллельно самым заряженным ячейкам, чтобы ответвить часть тока (или разрядить их на отдыхе), удерживая ведущих около полного, пока ток продолжает идти к отстающим; она проста и дёшева, но рассеивает энергию в виде тепла – неудобно в пакете, который и так управляет тепловыделением заряда – и медленна, поскольку практические токи шунтирования малы относительно зарядного тока, поэтому лучше всего работает при низких токах конечной зоны или на отдыхе, а не против массового заряда 1C.
Для NiMH пассивная балансировка наиболее эффективна как выравниватель конца заряда и отдыха: по мере снижения тока вблизи полного скромные токи шунтирования становятся сопоставимы с зарядным током и могут реально удерживать ведущих, пока отстающие завершают, естественно согласуясь с многоступенчатым профилем.
Активные балансиры перемещают энергию от более заряженных ячеек к менее заряженным (топологии на конденсаторе, индуктивности или трансформаторе) с меньшими потерями тепла, выравнивая быстрее и при более высоких эффективных токах; они подходят для крупных, высокостоимостных тяговых и мобильных пакетов, где срок службы и энергоэффективность оправдывают цену. Во время зарядки они непрерывно забирают избыток у ведущих и доставляют его отстающим, удерживая цепь плотной, чтобы все ячейки достигали пика вместе и -delta-V пакета обретал ясность (Работа 29).
Их управление должно быть согласовано с плоской OCV NiMH (Работа 16): поскольку напряжение почти не показывает SOC в середине заряда, решения активной балансировки лучше основывать на поведении конца заряда, подсчёте кулонов или относительном времени пиков, а не на разностях напряжений в середине заряда, которые в основном отражают неоднородность сопротивления и температуры.
Третий, специфичный для NiMH подход выравнивает через сам профиль заряда: импульсный заряд с отдыхом позволяет ведущим ячейкам расслабиться и частично саморязрядиться через рекомбинацию, пока отстающие продолжают принимать на последующих импульсах (Работа 13); отрицательные импульсы Reflex кратко разряжают всю цепь, при этом ведущие отдают относительно больше (Работа 14); а раннее завершение массового заряда с последующим доведением при низком токе даёт основанному на рекомбинации самовыравниванию время стянуть ячейки при минимальном напряжении. Эти методы уменьшают расхождение без силового оборудования на каждую ячейку.
Формирование заряда не может исправить большую неоднородность и лучше сочетается с плотным входным подбором; однако оно практически бесплатно и потому грамотно построенный многоступенчатый/импульсный профиль и управляет газом, и частично балансирует.
Требуемый балансировочный ток следует из ожидаемого расхождения за цикл: оцените разброс ампер-часов, накапливаемый между возможностями выравнивания, и рассчитайте ток шунтирования/переноса и окно выравнивания, чтобы его устранить, концентрируя действие в конце заряда и на отдыхе, где NiMH выравнивается наиболее эффективно. Управление должно использовать логику самой горячей ячейки и первой полной из Работ 28–29, избегать балансировки неисправной ячейки и фиксировать остаточное расхождение как метрику здоровья.
Первый рисунок сравнивает, как пассивный, активный и формирующий подходы стягивают расходящиеся SOC; второй выстраивает комбинированную стратегию из плотного подбора, сформированного заряда и активного выравнивания конечной зоны.
Задайте класс подбора, топологию и ток балансировки, основу SOC для решений (поведение конца заряда, а не плоская OCV середины заряда) и взаимодействие с завершением и тепловым управлением; проверьте на намеренно состаренных, неоднородных цепях, показав, что ведущие остаются в пределах перезаряда и температуры, пока отстающие достигают полного. Weijiang поставляет подобранные комплекты и данные поведения ячеек, необходимые для расчёта балансировки, поддерживая как простые самовыравнивающиеся потребительские пакеты, так и активно сбалансированные мобильные пакеты. Следующая работа серии оставляет ячейку и пакет, чтобы обозреть, как зарядка различается в основных сферах применения.
Weijiang Power проектирует и производит никель-металлгидридные ячейки, согласованные пакеты и конфигурации, готовые к зарядке, для потребительских, промышленных, медицинских клиентов и клиентов из сферы мобильности, и поддерживает партнёров рекомендациями по протоколам заряда, файлами характеристик IEC 61951-2, доказательствами безопасности IEC 62133-1 и совместной валидацией зарядных устройств. Сообщите формат ячейки, ток заряда, тепловой диапазон и целевой показатель циклов, и наши инженеры подберут комбинацию ячейки и заряда, которая защищает и время работы, и срок службы. Ознакомьтесь с ассортиментом на странице продукции.
