Присущая химия — это пол, а не потолок безопасности; надежный блок превращает безопасную природу NiMH в продукт, выдерживающий реальное неправильное использование детьми и путешественниками. В этом инженерном документе разбираются конструкторские решения, защищающие многозлементный никель-металлгидридный блок: перезаворачиваемые клапаны на уровне элементов и блока, подбор элементов, не позволяющий самому слабому элементу уйти в обратный заряд, токопрерывающие и тепловые устройства, механика полярности и контактов, а также выбор корпуса для ударов и нагрева, — и каждое решение связывается с тем видом отказа, который оно предотвращает.
Когда неподобранные элементы разряжаются последовательно, самый слабый первым пустеет, а более сильные элементы могут протолкнуть ток назад через него — обратный заряд, — что порождает газ, нагрев и постоянное повреждение. Защита конструкцией начинается выше по потоку: с элементов, подобранных по партии, с жестко контролируемыми емкостью и внутренним сопротивлением, добавляет в высококлассных блоках контроль напряжения по каждому элементу или группе и устанавливает консервативное отключение блока по концу разряда, останавливающее цепочку до того, как какой-либо элемент приблизится к переполюсовке. Для простых блоков без контроля существенными мерами защиты являются тщательный подбор и низковольтное отключение на уровне устройства; это одна из причин, почему однородность производственной партии — признак безопасности, а не только характеристика производительности.
Каждый элемент NiMH имеет собственный перезаворачиваемый клапан; блок должен позволять этому клапану работать, а не запирать элементы в герметичной полости без газового пути. Поэтому конструкция блока предусматривает контролируемое пространство для отвода и слабое место или мембрану в корпусе, так что в редком случае срабатывания клапанов газ выходит по спроектированному пути в сторону от лица и рук пользователя, а не нагнетает давление в корпусе. Материалы и зазоры выбираются так, чтобы нормальное тепловое расширение и малые колебания давления при зарядно-разрядных циклах никогда не блокировали клапаны элементов — деталь, которая отличает спроектированный с учетом безопасности блок от дешевой термоусадочной связки.
Внешнее короткое замыкание — классический случай в путешествии, когда свободные элементы касаются ключей, — гонит высокий ток, быстро нагревающий блок. Возвратное устройство PTC (положительный температурный коэффициент), сопротивление которого резко растет с температурой и током, является стандартной и изящной защитой NiMH, поскольку самовосстанавливается после устранения неисправности; в блоках могут добавляться тепловой выключатель и, при наличии защитной схемы, электронное ограничение тока. Конструкция выбирает профиль срабатывания PTC так, чтобы он не срабатывал ложно при допустимом пусковом токе двигателя, но защищал при жестком коротком замыкании, и проверяет выбор испытаниями на короткое замыкание и застопоренный двигатель при наихудшей окружающей температуре.
Безопасная для детей и путешествий механика снижает человеческие ошибки, вызывающие электрическое злоупотребление: однозначные метки полярности и профилированные контакты, затрудняющие или делающие невозможной обратную вставку, пружинные контакты, удерживающие элементы при вибрации и ударах, корпуса, которые открываются только целенаправленным действием (и сопротивляются ребенку), а также разгрузка от натяжения на любой проводке. У дорожных блоков и зарядных устройств утопленные контакты не позволяют ключам или монетам замкнуть клеммы. Механические испытания на падение, вибрацию и сжатие затем подтверждают, что электрическая защита выдерживает то же злоупотребление, на которое рассчитан корпус.
Поскольку отказ NiMH при злоупотреблении преимущественно тепловой, управление теплом является объединяющей дисциплиной: разместить элементы с зазором для отвода тепла заряда, поставить любой датчик температуры в термически представительное место, обеспечить, чтобы зарядное устройство завершало заряд по -dV/0dV и dT/dt с таймером и резервом по абсолютной температуре (подробно в документах по зарядным устройствам), и не заключать заряжаемый блок в изолирующую ткань или нагретую солнцем сумку. Анимированный ниже стек защиты наслаивает меры от химии элементов наружу — клапан, подбор, PTC, тепловой выключатель, завершение зарядным устройством, корпус, — иллюстрируя защиту в глубину, где ни один слой не должен нести всю нагрузку безопасности.
Итоговая спецификация конкретна: подобранные по партии элементы с указанными разбросом емкости и сопротивления; спроектированные пути отвода на уровне элементов и блока; PTC, рассчитанный между пусковым и токами короткого замыкания; консервативное отключение по концу разряда; механика против обратной вставки; утопленные или защищенные клеммы; испытания на падение, вибрацию, сжатие и тепловые; а также подходящее, корректно завершающее зарядное устройство. Документ C превращает этот перечень в сертификационные доказательства по IEC 62133-1 и объясняет выгодный статус NiMH при авиаперевозке. Построенный так, блок NiMH обеспечивает уровень детской и дорожной безопасности, который трудно и дорого воспроизвести с более энергоемкой химией.
Weijiang Power проектирует и производит спроектированные с учетом безопасности NiMH-блоки с подобранными элементами, спроектированными путями отвода, PTC- и тепловой защитой и механикой против обратной вставки для детских и дорожных изделий, проверенные по IEC 62133-1. Сообщите конфигурацию блока и сценарии злоупотребления; мы спроектируем защитный стек.
