NiMH-ячейки хвалят за работу на холоде – многие сохраняют полезную разрядную производительность значительно ниже точки замерзания – но зарядка на холоде – иное и более опасное дело. Низкая температура замедляет каждый процесс, от которого зависит заряд: диффузию протонов, кинетику электродов и прежде всего рекомбинацию кислорода, которая удерживает давление в герметичной ячейке под контролем. Подайте обычный быстрый заряд в замерзающую ячейку – и газ накопится быстрее, чем сможет израсходоваться, поднимая давление к клапану, хотя напряжение выглядит нормальным. Эта работа объясняет, почему холод ограничивает зарядный ток, количественно оценивает механизмы и подробно описывает безопасные стратегии – квалификацию, кондиционирующий прогрев, многоступенчатую зарядку с пониженным током, – которые позволяют наружному, зимнему и оборудованию холодовой цепи надёжно заряжать NiMH сквозь холод.
Более низкая температура снижает ионную проводимость концентрированного электролита KOH (который даже имеет немонотонную зависимость проводимость–концентрация, чувствительную к замерзанию), замедляет диффузию протонов в никелевой активной массе и повышает сопротивление переноса заряда – всё это видно как увеличенный низкотемпературный полукруг EIS и сопротивление постоянному току из Paper 17. Напряжение на клеммах под током поэтому выше, что может обмануть зарядник, заставив его поверить, будто ячейка близка к полному заряду, тогда как она просто холодна и имеет высокое сопротивление.
Гидридный отрицательный электрод также медленнее поглощает водород на холоде, поэтому его эффективный приём заряда и запас ёмкости сокращаются в тот самый момент, когда положительный начинает выделять кислород; запас, делающий герметичный перезаряд терпимым, сужается именно на холоде.
Решающее ограничение на холоде – рекомбинация кислорода: она зависит от диффузии газа через сепаратор и поверхностного катализа на отрицательном электроде, оба сильно зависят от температуры. Ток, который при 20 C плавно рекомбинирует, при 0 C и ниже накапливает кислород, поэтому внутреннее давление растёт раньше и быстрее – тот же механизм, что и чрезмерный ток при комнатной температуре (Paper 3), но достигаемый на холоде при гораздо более низком пороге тока.
Поэтому риск срабатывания клапана — причина, по которой быстрая зарядка в зарядных IC ограничена холодовым порогом около 0 C: запрет является консервативной защитой герметичной системы, а не предпочтением тёплой работы, и ниже порога ток должен быть снижен до того, что холодовая рекомбинация способна израсходовать.
Поскольку холод повышает сопротивление и напряжение на клеммах, основанный на напряжении переход стадии или предел максимального напряжения срабатывает рано и недозаряжает ячейку; и наоборот, зарядник, игнорирующий повышенное напряжение и стремящийся к фиксированному напряжению, перезаряжает, как только ячейка согреется. Надёжная зарядка на холоде основывает свои решения на токе, компенсирует пороги напряжения с учётом температуры и внутреннего сопротивления и опирается на отданный заряд и dT/dt, а не на абсолютное напряжение.
Пик -ΔV также искажён на холоде – он больше и запаздывает, – поэтому пороги завершения, проверенные при комнатной температуре, нужно расширить, либо контроллер должен использовать термокомпенсированное многокритериальное решение вместо фиксированного спада в милливольтах.
Там, где система может влиять на температуру, предпочтительное решение – привести ячейку в окно быстрой зарядки до подачи высокого тока. Это может быть обеспечено средой (зарядка оборудования после его выравнивания в помещении), нагревателями в наружных шкафах или электрически: небольшой кондиционирующий ток, чьё I-в-квадрате-R и рекомбинационное тепло мягко поднимают температуру ячейки, добавляя при этом немного заряда, при этом контроллер отслеживает dT/dt и переходит на быстрый ток только после того, как NTC пересечёт холодовой порог – квалификационные ворота из Paper 12, применённые к холодовому случаю.
Самосогрев должен быть в замкнутом контуре: кондиционирующий ток рассчитан так, чтобы греть, не накапливая давление, и контроллер следит, что температура действительно растёт, а косвенные показатели давления остаются благоприятными, выдавая ошибку, если прогрев останавливается.
Когда прогрев невозможен, заряжайте пониженным током – в целом к уровням медленной зарядки по мере приближения температуры к 0 C и её перехода ниже – с консервативными стадиями, более длительными паузами (импульсные профили помогают медленной рекомбинации наверстать, Paper 13) и завершением, смещённым в сторону таймеров и температуры, а не искажённого пика напряжения. Первая фигура сопоставляет допустимые токовые окна на холоде и в тепле; вторая выстраивает безопасную на холоде зарядку от квалификации через кондиционирование до выхода на быстрый ток.
Холодовая цепь, зимний телеком-резерв, наружные датчики и полярное/военное оборудование используют варианты этой логики: принять более длительное время зарядки в обмен на удержание генерации газа в пределах скорости холодовой рекомбинации, никогда не открывая клапан ячейки лишь потому, что она была холодна.
Задайте низкотемпературный порог быстрой зарядки, правило самосогрева кондиционирующим током с контролем dT/dt, кривую снижения тока по температуре ниже порога, термокомпенсированные пороги напряжения и завершения и поведение при абсолютной неисправности. Проверяйте в термокамере по всему холодовому диапазону с инструментальным измерением давления, где возможно. Weijiang поставляет низкотемпературные зарядные области и данные по току, ограниченному сопротивлением и рекомбинацией, по классам, чтобы зимние изделия заряжались до полной ёмкости без срабатывания клапана. Далее следует дополняющая проблема – зарядка, когда ячейка слишком горяча.
Weijiang Power проектирует и производит никель-металлгидридные ячейки, подобранные пакеты и готовые к зарядке конфигурации 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, тепловые рамки и цель по циклам, и наши инженеры зададут комбинацию ячейки и заряда, защищающую и время работы, и срок службы. Ознакомьтесь с ассортиментом на странице продуктов.
