Se la carica a freddo è limitata da una ricombinazione lenta, la carica a caldo è limitata da una chimica che va in fuga e da un segnale di arresto che scompare in silenzio. Ad alta temperatura il potenziale di sviluppo dell'ossigeno scende, così una cella genera gas di ricombinazione prima, la cinetica di corrosione accelera, e il picco di delta-V negativo che termina una carica rapida fresca si rimpicciolisce fino a diventare invisibile – lasciando che un caricatore incauto sovraccarichi una cella già calda. Questo articolo analizza i tre problemi accoppiati della carica NiMH ad alta temperatura, spiega perché la corrente debba essere declassata e la terminazione riassegnata ai canali termici, e specifica profili robusti per contenitori caldi, elettronica del vano motore e distribuzioni tropicali, dove il solo ambiente può spingere una cella vicino al suo limite.
I potenziali degli elettrodi si spostano con la temperatura, e il potenziale di sviluppo dell'ossigeno del positivo diminuisce man mano che la cella si scalda; la produzione di ossigeno inizia quindi a uno stato di carica più basso e a una tensione di morsetto più bassa che a temperatura ambiente. Il ginocchio di accettazione di carica (Paper 2) si sposta prima, così un profilo di corrente tarato per 20 C trascorre più della carica nel regime di ricombinazione a 40 C, generando calore proprio quando il calore è più difficile da smaltire.
Questo sposta verso il basso l'intero inviluppo sicuro: la corrente che resta sotto la capacità di ricombinazione a 20 C la supera ad ambiente alto, e i punti di riduzione multistadio devono spostarsi a SOC più basso e corrente più bassa man mano che la temperatura sale.
Corrosione e ossidazione seguono una cinetica tipo Arrhenius, accelerando grosso modo a ogni aumento di 10 C, perciò il sovraccarico ad alta temperatura consuma la vita in cicli diverse volte più velocemente (Paper 24). Una cella calda che viene anche sovraccaricata si trova nel peggior angolo dello spazio di protocollo – temperatura alta, regime di ricombinazione, potenziale ossidante – e il taglio assoluto vicino a 50-60 C funge da ultima protezione.
L'implicazione ingegneristica è che la carica ad alta temperatura deve minimizzare sia l'auto-riscaldamento sia il tempo di sovraccarico: corrente più bassa riduce il calore I-quadrato-R, terminazione più precoce/termica riduce l'esposizione alla ricombinazione, e la resistenza termica del contenitore verso l'ambiente deve essere caratterizzata così che la temperatura stazionaria peggiore sia prevista invece che scoperta sul campo.
Poiché il picco di tensione è creato dall'auto-riscaldamento della ricombinazione (Paper 5), una cella che parte già calda ha poco riscaldamento aggiuntivo da trasformare in inversione di tensione; i riferimenti dei caricatori notano che il delta-V del NiMH è quasi inesistente ad alta temperatura. Un controller che si affida solo al calo di tensione semplicemente non si fermerà mai, caricando finché il timer o la temperatura assoluta non intervengano infine – punto in cui la cella ha assorbito un sostanziale sovraccarico a caldo.
I canali termici devono quindi subentrare: dT/dt resta informativo perché la ricombinazione produce ancora una salita accelerata, delta-T rispetto alla partenza coglie il riscaldamento cumulativo, e il soffitto assoluto è la rete di sicurezza garantita; un profilo di carica a caldo retrocede di fatto -delta-V a conferma secondaria e promuove la temperatura a terminazione primaria.
Un profilo termoconsapevole applica una curva di declassamento corrente-vs-temperatura – corrente rapida piena solo fino a temperatura moderata, riduzioni a gradini sopra, e inibizione della carica rapida avvicinandosi al taglio alto – combinata con transizioni di stadio che si spostano anch'esse prima man mano che la temperatura sale. I modelli elettro-termici (Paper 18) generano queste curve simulando la traiettoria di temperatura peggiore e scegliendo la corrente più grande il cui picco resti sotto il limite con margine, sostituendo regole ad hoc con un inviluppo predetto.
Nei pacchi governa la cella più calda: la corrente è declassata a partire dalla temperatura massima di cella, non dalla media, poiché le celle interne lavorano più calde dei sensori di superficie e la cella più calda fissa i limiti di ricombinazione e invecchiamento per l'intera catena.
Talvolta la migliore decisione sulla corrente di carica è attendere: in un vano motore o armadio esterno sigillato, caricare durante o subito dopo un funzionamento ad alta temperatura somma ambiente e calore residuo, mentre programmare la carica nel periodo più fresco o dopo che il carico si è raffreddato riduce drasticamente lo stress. Dove esistono flusso d'aria forzato o percorsi di conduzione, attivarli durante la carica e posizionare l'NTC sulla cella più calda chiudono l'anello di controllo.
La prima figura mostra l'inviluppo di declassamento e lo spostamento del ginocchio dell'ossigeno con la temperatura; la seconda mette in sequenza la logica di terminazione termoconsapevole che sostituisce dT/dt e limiti assoluti al calo di tensione mancante.
Definire la curva di declassamento, la temperatura a cui la carica rapida è inibita, l'insieme di terminazioni termica-primario, la governance della cella più calda nei pacchi e la politica di attesa/programmazione; validare all'ambiente peggiore nel contenitore reale, registrando temperatura di picco, causa di terminazione e il sovraccarico risultante per provare che nessun percorso di carica si affida a un -delta-V che il calore rimuove. Weijiang fornisce inviluppi di carica ad alta temperatura e dati di invecchiamento accelerato così che i prodotti tropicali e da vano motore declassino da limiti misurati. Il prossimo articolo tratta la gestione termica a livello di pacco da cui queste curve dipendono.
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