Зарядка Reflex, или «отрыжка», — самый характерный член импульсного семейства: между положительными зарядными импульсами она вставляет короткий, более крупный отрицательный (разрядный) импульс, за которым следует пауза; утверждается, что это деполяризует электроды, стряхивает пузырьки газа и снижает внутреннее давление быстрее, чем пассивный отдых. Запатентованная в мире свинцово-кислотных и широко обсуждаемая для никелевых химий, Reflex разделяет мнения между сторонниками, которые приписывают ей более прохладные и быстрые зарядки, и скептиками, которые видят добавленную сложность преобразователя при маргинальной выгоде. Данная работа отделяет механизм от маркетинга, рассматривает, что подтверждают контролируемые данные именно для NiMH, и дает конструкторам трезвую основу для решения, когда оправдан четырехквадрантный импульсный профиль.
Цикл Reflex состоит из зарядного импульса длительностью в секунды, очень короткого отрицательного импульса, возможно, в два-три раза большей амплитуды заряда, длительностью от десятков до сотен миллисекунд, и паузы перед следующим зарядным импульсом. Предлагаемые механизмы: принудительное удаление накопленного заряда для быстрого схлопывания концентрационной поляризации; механическая и электрохимическая «отрыжка» пузырьков газа, прилипших к поверхностям электродов; и выравнивание заряда между последовательными элементами путем кратковременного разряда цепочки.
По сравнению с импульсной зарядкой с пассивным отдыхом из Статьи 13, Reflex активно ведет элемент назад во время отрицательного сегмента, что требует двунаправленного (четырехквадрантного) силового каскада, а не простого понижающего преобразователя, — реальное ценовое и управляющее наказание, которое должно быть оправдано измеренной выгодой.
Разрядный импульс действительно снижает перенапряжения электродов быстрее, чем релаксация в разомкнутой цепи, активно потребляя концентрированные частицы вблизи реакционных центров, и кривая напряжения показывает более быстрое возвращение к равновесию. Для NiMH соответствующая поляризация в конце заряда определяется режимом выделения кислорода; кратковременный разряд временно отводит положительный электрод от этого потенциала, покупая короткое окно перед тем, как он будет снова достигнут на следующем зарядном импульсе.
Превосходит ли это чуть более долгий пассивный отдых, зависит от постоянных времени: там, где диффузионная релаксация медленна, активный импульс ускоряет ее; там, где она уже быстра в секундном масштабе, как во многих малых элементах NiMH, дополнительная выгода по сравнению с пассивной пульсацией мала, а энергия, прокрученная назад, — это энергия, потерянная из-за низкого кругового КПД.
Прилипшие микропузырьки могут блокировать активную поверхность и повышать локальную плотность тока; реверс тока и связанное с ним легкое механическое возмущение могут оторвать их, а литература по микроскопии тяговых элементов отмечает управление газом как центральное для высокомощного NiMH. Однако в «голодающем» герметичном элементе доминирующий газовый путь — диффузия через сепаратор к отрицательному электроду для рекомбинации, чему отрицательный импульс способствует лишь косвенно, кратковременно потребляя заряд; нет большой популяции пузырьков свободного электролита, которую можно «отрыгнуть», как в залитом свинцово-кислотном, откуда метод берет начало.
Поэтому конструкторы не должны целиком переносить параметры отрыжки свинцово-кислотных; любая выгода от управления газом в NiMH должна быть продемонстрирована против контроля с пассивными импульсами при согласованном среднем токе, а не предполагаться из более старой химии.
Наиболее обоснованный случай применения NiMH — последовательные цепочки с рассогласованием: короткий общий разрядный импульс позволяет наиболее заряженному элементу расслабиться сильнее всего и, повторяясь в течение заряда, может уменьшить расхождение, которое иначе заставляет первый заполнившийся элемент перезаряжаться, пока отстающие его нагоняют. Это плохая замена настоящему поэлементному балансированию (более поздняя работа о зарядке батарей), но может помочь в дешевых цепочках, не имеющих схем балансировки.
Это также несет риск: в рассогласованной цепочке самый слабый, наименее заряженный элемент загоняется глубже всего в разряд во время каждого отрицательного импульса, а чрезмерная инверсия истощенного элемента повреждает его электроды; амплитуда и длительность отрицательного импульса должны быть ограничены, чтобы ни один элемент не был загнан ниже его безопасного минимального напряжения.
Reflex оправдывает свой двунаправленный каскад только в том случае, если контролируемое исследование — равный средний зарядный ток, равная отданная емкость, согласованные тепловые условия — демонстрирует более низкое пиковое давление или температуру, более высокий конечный уровень заряженности или лучшее сохранение циклов, чем пассивные импульсы или многоступенчатый постоянный ток. Без этого контроля более быстрая видимая зарядка может просто отражать иной суммарный ток, а более прохладная работа — меньшую пропускную способность. Бо́льшая часть благоприятной литературы о Reflex лишена этого контроля или некритически переносит результаты по литию/свинцово-кислотным.
Первый рисунок излагает форму сигнала заряд-отрицательный-пауза и ее влияние на напряжение; второй оценивает Reflex против пассивных импульсов и CC по деполяризации, управлению газом, выравниванию, эффективности и стоимости, проясняя, где техника заслуживает своей сложности.
Выбирайте Reflex, когда инструментальная характеристика целевого элемента показывает пассивные паузы недостаточными — как правило, высокомощные, толстоэлектродные или плотно упакованные тяговые элементы с медленной газовой релаксацией и заметным рассогласованием — и когда двунаправленный каскад уже присутствует для рекуперативной работы (как в гибридных трансмиссиях, где отрицательные «импульсы» поступают бесплатно при торможении). Для малых потребительских элементов пассивные импульсные или нисходящие постоянноточные ступени обычно захватывают бо́льшую часть выгоды при меньших затратах и более высоком суммарном КПД.
Задавайте амплитуду и длительность отрицательного импульса по измеренной релаксации, ограничивайте минимальное напряжение элемента и проверяйте ресурс циклов против контролей. Weijiang может предоставить данные по релаксации и рассогласованию, необходимые для этого решения. Следующая работа отступает назад, чтобы сравнить три фундаментальных режима тока — постоянный ток, постоянное напряжение и постоянный ток/постоянное напряжение, — и почему NiMH предпочитает первый.
Weijiang Power проектирует и производит никель-металлгидридные элементы, согласованные батареи и готовые к зарядке конфигурации для потребительских, промышленных, медицинских заказчиков и заказчиков из сферы мобильности, и поддерживает партнеров рекомендациями по зарядным протоколам, файлами характеристик IEC 61951-2, доказательствами безопасности IEC 62133-1 и совместной валидацией зарядных устройств. Сообщите формат элемента, ток заряда, температурные пределы и целевой ресурс циклов, и наши инженеры подберут комбинацию элемента и зарядки, защищающую и время работы, и срок службы. Ознакомьтесь с ассортиментом на странице продуктов.
