Una batteria NiMH è notevolmente tollerante alla scarica e notevolmente sensibile alla carica. La sovraccarica genera ossigeno e calore dentro la cella, alzando la pressione e accelerando ogni meccanismo di invecchiamento. L'arte di una buona carica NiMH è la terminazione — sapere esattamente quando fermarsi. Questo articolo spiega i metodi di rilevamento dietro una carica veloce sicura e come i controller moderni la rendono affidabile.
Il NiMH si carica convertendo energia elettrica in idrogeno immagazzinato. All'approssimarsi della carica completa inizia il ciclo di ricombinazione dell'ossigeno: l'ossigeno generato all'elettrodo positivo si ricombina a quello negativo, producendo calore e un calo caratteristico della curva di tensione di carica — il segnale usato dai caricatori intelligenti. Caricare oltre non immagazzina più energia; produce solo calore e gas.
A carica completa la tensione della cella raggiunge un picco per poi scendere leggermente — il delta-V negativo. I caricatori monitorano la tensione e terminano rilevando questo calo. Il −ΔV è il metodo standard per la carica veloce (0,5C–1C). È affidabile a tassi e temperature moderati, ma il calo può essere piccolo o distorto a temperature molto basse o tassi molto alti, per cui è di solito combinato con altri segnali.
Poiché il calore è l'impronta della sovraccarica, i caricatori misurano l'aumento di temperatura della cella. Un aumento improvviso (dT/dt, gradi al minuto) è un segnale di fine carica affidabile, specialmente per celle grandi o a freddo, dove il −ΔV è inattendibile. Un tetto di temperatura di sicurezza (spesso intorno a 45–50°C) fornisce un arresto duro.
La maggior parte dei caricatori veloci impone anche un tempo massimo di carica e una tensione massima come rete di sicurezza, così che anche in caso di mancato rilevamento la cella non possa essere sovraccaricata all'infinito. La terminazione a livelli — fermarsi al primo segnale che scatta — è la best practice del settore.
Dopo la carica veloce, un piccolo mantenimento (in genere C/20 o meno) tiene la cella vicino al pieno. Per le celle a bassa autoscarica alcuni caricatori eliminano del tutto il mantenimento continuo e usano impulsi periodici di rabbocco per evitare il calore e l'invecchiamento del mantenimento costante.
La corrente di carica è limitata dalla capacità della cella di ricombinare l'ossigeno senza calore e pressione eccessivi. La carica veloce pratica per il NiMH di consumo è 0,5C–1C; con raffreddamento forzato e celle ottimizzate alcuni pack vanno oltre. Al di là della corrente, le variabili chiave sono:
Gli IC di gestione della carica di nuova generazione integrano −ΔV, ΔT, dT/dt, timeout e ripiegamento termico in un unico chip, con profili programmabili memorizzati per pack. Funzioni ormai comuni sui buoni caricatori includono:
I caricatori reali non applicano una corrente fissa; eseguono un profilo. Una tipica buona sequenza di caricatore NiMH è:
Progettare un caricatore significa scegliere con cura queste soglie. Un trigger −ΔV troppo sensibile termina presto e lascia la cella sotto-carica; troppo lascio, permette una sovraccarica dannosa prima di fermarsi. Per questo conta accoppiare i metodi e validare su celle reali.
Caricare più veloce è comodo ma costa vita. Caricare a 1C genera più calore e stress che a 0,5C, e un uso prolungato della carica veloce può accorciare la vita ciclica rispetto a una carica delicata. La scelta giusta dipende dall'applicazione:
Molti reclami «il NiMH muore in fretta» risalgono a un caricatore che ha affrettato o sovraccaricato le celle. Una carica ben terminata a un tasso ragionevole permette a una cella di qualità di offrire la piena vita ciclica nominale.
La carica NiMH è un problema risolto se fatta correttamente. Con IC di rilevamento moderni, terminazione disciplinata e gestione termica, il NiMH può caricare veloce in sicurezza e durare centinaia o migliaia di cicli. I guasti ricordati quasi sempre vengono da caricatori che hanno saltato la terminazione, non dalla chimica.
Weijiang Power documenta i profili di carica consigliati per ogni cella e pack che forniamo, e può co-progettare il circuito di carica con il vostro team per garantire una carica sicura, veloce e duratura.
