La carica Reflex o «ruttino» è il membro più caratteristico della famiglia a impulsi: tra gli impulsi di carica positivi inserisce un breve e più grande impulso negativo (scarica) seguito da un riposo, che si dice depolarizzi gli elettrodi, stacchi le bolle di gas e abbassi la pressione interna più in fretta di un riposo passivo. Brevettata nel mondo piombo-acido e ampiamente discussa per le chimiche al nichel, Reflex divide l'opinione tra sostenitori che le attribuiscono cariche più fresche e rapide e scettici che vedono complessità di convertitore aggiunta per un beneficio marginale. Questo articolo separa il meccanismo dal marketing, esamina cosa sostengono le evidenze controllate specificamente per il NiMH, e offre ai progettisti un quadro realistico per decidere quando un profilo a impulsi a quattro quadranti è giustificato.
Un ciclo Reflex è composto da un impulso di carica di secondi, un brevissimo impulso negativo a forse due o tre volte l'ampiezza di carica per dieci-centinaia di millisecondi, e un riposo prima del prossimo impulso di carica. I meccanismi proposti sono: la rimozione forzata della carica accumulata per far collassare rapidamente la polarizzazione di concentrazione; il «ruttino» meccanico ed elettrochimico delle bolle di gas aderenti alle superfici degli elettrodi; e l'equalizzazione della carica tra celle in serie scaricando brevemente la stringa.
Rispetto alla carica a impulsi con riposo passivo dell'Articolo 13, Reflex guida attivamente la cella all'indietro durante il segmento negativo, il che richiede uno stadio di potenza bidirezionale (quattro quadranti) invece di un semplice riduttore: un costo reale e una penalità di controllo che devono essere giustificati da un beneficio misurato.
Un impulso di scarica abbassa davvero i sovrapotenziali dell'elettrodo più in fretta del rilassamento a circuito aperto consumando attivamente le specie concentrate vicino ai siti di reazione, e la traccia di tensione mostra un ritorno più rapido all'equilibrio. Nel NiMH la polarizzazione rilevante a fine carica è dominata dal regime di sviluppo dell'ossigeno; una breve scarica allontana temporaneamente il positivo da quel potenziale, guadagnando una breve finestra prima che vi si riavvicini al prossimo impulso di carica.
Se ciò batta un riposo passivo un po' più lungo dipende dalle costanti di tempo: dove il rilassamento per diffusione è lento, un impulso attivo lo accelera; dove è già veloce sulla scala dei secondi, come in molte piccole celle NiMH, il beneficio incrementale sulla pulsazione passiva è piccolo e l'energia riciclata all'indietro è energia persa per l'inefficienza di andata e ritorno.
Le microbolle aderite possono bloccare la superficie attiva e alzare la densità di corrente locale; un'inversione di corrente e la leggera perturbazione meccanica associata possono staccarle, e la letteratura di microscopia delle celle di trazione annota la gestione del gas come centrale per il NiMH ad alto regime. Tuttavia, in una cella sigillata a elettrolita ridotto, la via gassosa dominante è la diffusione attraverso il separatore verso il negativo per la ricombinazione, cui un impulso negativo aiuta solo indirettamente consumando brevemente carica; non c'è una grande popolazione di bolle a elettrolita libero da «ruttare» come nel piombo-acido allagato, da cui la tecnica ha origine.
I progettisti non devono quindi importare in blocco i parametri di ruttino del piombo-acido; ogni beneficio di gestione del gas nel NiMH deve essere dimostrato contro un controllo a pulsazione passiva con corrente media appaiata, piuttosto che assunto dalla chimica più vecchia.
Il caso d'uso NiMH più difendibile sono le stringhe in serie con disallineamento: un breve impulso di scarica condiviso lascia che la cella più carica si rilassi di più e, ripetuto nel corso di una carica, può ridurre la divergenza che altrimenti fa sì che la prima cella piena si sovraccarichi mentre le celle in ritardo la raggiungono. È un misero sostituto del vero bilanciamento cella per cella (un articolo successivo sulla carica dei pack), ma può aiutare nelle stringhe a basso costo prive di circuiti di bilanciamento.
Comporta anche un rischio: in una stringa disallineata la cella più debole e meno carica è spinta più a fondo in scarica durante ogni impulso negativo, e l'eccessiva inversione di una cella esaurita danneggia i suoi elettrodi; ampiezza e durata dell'impulso negativo devono essere delimitate così che nessuna cella sia spinta sotto la sua tensione minima di sicurezza.
Reflex vale il suo stadio bidirezionale solo se uno studio controllato – uguale corrente media di carica, uguale capacità erogata, condizioni termiche appaiate – dimostra una pressione o temperatura di picco più bassa, uno stato di carica di terminazione più alto o una migliore ritenzione dei cicli rispetto alla pulsazione passiva o alla corrente costante multistadio. Senza quel controllo, una carica apparentemente più veloce può semplicemente riflettere una corrente netta diversa, e un funzionamento più fresco una minore produttività. Gran parte della letteratura favorevole a Reflex manca di questo controllo o trasferisce risultati litio/piombo-acido acriticamente.
La prima figura espone la forma d'onda carica-negativo-riposo e il suo effetto sulla tensione; la seconda valuta Reflex contro pulsazione passiva e CC per depolarizzazione, gestione del gas, equalizzazione, efficienza e costo, chiarendo dove la tecnica guadagna la sua complessità.
Scegliete Reflex quando la caratterizzazione strumentata della cella bersaglio mostra i riposi passivi insufficienti – tipicamente celle di trazione ad alto regime, a elettrodi spessi o molto compatte, con lento rilassamento del gas e significativo disallineamento – e quando uno stadio bidirezionale è già presente per il funzionamento in recupero (come nei gruppi propulsori ibridi, dove gli «impulsi» negativi arrivano gratis in frenata). Per le piccole celle di consumo, gli stadi a pulsazione passiva o a corrente costante decrescente di solito catturano gran parte del beneficio a minor costo e maggiore efficienza netta.
Specificate ampiezza e durata dell'impulso negativo a partire dal rilassamento misurato, delimitate la tensione minima della cella e convalidate la vita in cicli contro controlli. Weijiang può fornire i dati di rilassamento e disallineamento necessari per decidere. Il prossimo articolo fa un passo indietro per confrontare i tre regimi di corrente fondamentali – corrente costante, tensione costante e corrente costante/tensione costante – e perché il NiMH predilige il primo.
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