Una catena in serie carica tutte le celle con la stessa corrente ma non può garantire che raggiungano la carica completa insieme, ed è in questo scarto che si annida la maggior parte dei problemi NiMH a livello di pacco. Le celle differiscono leggermente per capacità, autoscarica e resistenza già dalla fabbricazione e divergono ulteriormente con l'età; durante la carica queste differenze fanno sì che alcune celle raggiungano il pieno ed entrino in una ricombinazione dannosa mentre altre necessitano ancora di corrente, e la tensione a livello di pacco che un semplice caricatore osserva diventa una media sfocata che nasconde l'abuso. Questo articolo spiega come la discrepanza si sviluppa nel corso di una carica, perché la prima cella piena decide di fatto le sorti della catena, come la discrepanza erode la terminazione e la durata, e cosa possono fare l'appaiamento, la topologia e il monitoraggio – preparando l'articolo sul bilanciamento che segue.
Anche celle di produzione appaiate presentano piccole dispersioni di capacità e resistenza interna; lo stoccaggio con tassi di autoscarica diversi e storie termiche variegate ampliano le differenze iniziali di SOC, e in servizio temperatura e invecchiamento non uniformi le amplificano – le celle più calde invecchiano più in fretta e perdono capacità, il che le fa raggiungere il pieno prima, il che le fa funzionare più calde: un ciclo di divergenza. Un pacco che inizia ben appaiato non resta appaiato.
Quantificare la dispersione in ingresso (classificazione per capacità, ordinamento per resistenza) limita la divergenza iniziale; controllare il campo termico (Articolo 28) limita la divergenza in servizio; nessuna delle due può essere eliminata, quindi la strategia di carica deve tollerare una dispersione residua.
Poiché la corrente serie è identica, la cella con la capacità utilizzabile più piccola o il SOC iniziale più alto raggiunge per prima il 100 per cento; la corrente continuata della catena la spinge nella ricombinazione dell'ossigeno e nel riscaldamento mentre le celle in ritardo continuano a immagazzinare carica. La tensione della prima cella piena raggiunge il picco e comincia a scendere anche se le tensioni delle ritardatarie salgono ancora, così la tensione sommata del pacco – l'unico segnale che vede un caricatore a livello di catena – spalma i picchi individuali in un tratto ampio e debole (l'effetto introdotto nell'Articolo 6).
Il pacco non può finire in modo pulito: fermarsi al picco della prima cella sottocarica le ritardatarie, lascia capacità inutilizzata e peggiora lo squilibrio percepito; continuare a riempire le ritardatarie sovraccarica la prima cella piena e ne consuma la vita a ogni ciclo. La discrepanza trasforma una singola decisione in un compromesso.
Le celle a resistenza più alta mostrano cadute di tensione maggiori e generano più calore I-quadrato-R, e la ricombinazione della prima cella piena aggiunge ulteriore calore; queste diventano le celle calde del pacco (Articolo 28), e il loro calore locale abbassa ulteriormente il potenziale di sviluppo dell'ossigeno, così si sovraccaricano ancora prima. Discrepanza elettrica e discrepanza termica si rafforzano dunque a vicenda, localizzando l'usura in un sottoinsieme di celle che invecchiano prima delle altre e finiscono per trascinare la capacità dell'intero pacco al loro livello.
La capacità del pacco è determinata in entrambe le direzioni dalla cella più debole: la cella a bassa capacità si svuota per prima alla scarica e si riempie per prima alla carica, quindi ridurre la discrepanza equivale a recuperare energia utilizzabile del pacco e ad allungarne la vita.
Un -delta-V pulito richiede che tutte le celle raggiungano il picco insieme; con la discrepanza i picchi individuali avvengono in momenti diversi e si annullano in parte nella somma, riducendo l'ampiezza della depressione a livello di pacco e ritardandola finché la maggior parte non è sovraccaricata. Quanto maggiore è la dispersione, tanto più il caricatore deve affidarsi a temperatura e timer – e tanto più abuso assorbono le celle leader prima che questi scattino. Questo è uno dei motivi principali per cui celle appaiate e, per i pacchi più grandi, la supervisione per cella contano più dell'algoritmo di terminazione del caricatore.
Gli impulsi negativi Reflex (Articolo 14) possono allentare marginalmente la divergenza lasciando arretrare le celle leader, ma non sostituiscono l'appaiamento né il bilanciamento attivo e, se usati troppo, rischiano di invertire le celle in ritardo.
Il controllo qualità in ingresso – classificazione per capacità e ordinamento per resistenza in classi strette – è la prima ed economica difesa; la topologia è la seconda (canali di carica indipendenti per i piccoli pacchi di consumo, supervisione per cella per le catene più grandi); il rilevamento in esercizio registra tensione e temperatura per cella per segnalare la divergenza prima che diventi guasto. La prima figura illustra come i SOC delle celle si aprano a ventaglio durante una carica serie non appaiata; la seconda confronta la nitidezza della terminazione per appaiamento stretto e lasco.
La decisione scala con il valore del pacco: un pacco di consumo a due celle si basa sulla classificazione; un pacco di mobilità o trazione giustifica il monitoraggio per cella e il bilanciamento attivo esaminato subito dopo.
Specificare le classi di appaiamento per capacità e resistenza delle celle del pacco, la divergenza massima ammissibile, la topologia di supervisione e una strategia di carica che termini in base a criteri di cella leader limitandone il sovraccarico; validare su catene deliberatamente non appaiate per confermare temperatura e sovraccarico della cella leader nel caso peggiore. Weijiang fornisce insiemi classificati e appaiati con dispersione documentata e indicazioni sulla divergenza, offrendo ai costruttori di pacchi un punto di partenza controllato. La tecnica complementare che restringe attivamente la divergenza durante la carica – il bilanciamento delle celle – è l'argomento del prossimo articolo.
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