L'«effetto memoria» è tra i fenomeni più citati e meno compresi nelle batterie al nichel, e il NiMH moderno presenta una versione reale ma più ristretta rispetto al famigerato problema del NiCd. Una ciclica superficiale ripetuta tra stati di carica simili può abbassare la tensione di funzionamento di una cella – e, se radicata, la sua capacità apparente – anche se non è stato perso materiale attivo. Questo articolo spiega le origini cristalline e termodinamiche della depressione di tensione, distingue il vero effetto memoria dal normale invecchiamento e dalla sottocarica, mostra perché una scarica completa controllata seguita da ricarica ripristina il profilo di tensione, e illustra come un caricatore intelligente debba usare un occasionale ricondizionamento senza trasformare la cura stessa in fonte di usura.
Quando una cella NiMH viene ciclicata ripetutamente su una fascia stretta e parziale di stato di carica, porzioni del materiale attivo di nichel che non vedono mai una carica o scarica completa adottano una configurazione più ordinata e a minor energia il cui potenziale di reazione è leggermente ridotto; nella scarica successiva la cella fornisce la stessa energia attraverso un plateau di tensione più basso, e le apparecchiature che leggono un indicatore di carica basato sulla tensione segnalano «vuoto» in anticipo – una perdita apparente di capacità che è in realtà un cambiamento del profilo di tensione.
Fondamentale è che il materiale non è distrutto: una carica completa e lenta fino al termine, seguita da una scarica profonda controllata, ri-omogeneizza l'elettrodo e ripristina il plateau superiore, ciò che distingue la memoria reversibile dalla corrosione e dall'essiccamento irreversibili del Paper 21.
L'effetto è soprattutto associato alle applicazioni che vivono in una fascia stretta – veicoli ibridi che operano in finestre HRPSoC, dispositivi sempre riportati al caricatore prima di vuotarsi, pack di backup mantenuti in float a uno stato fisso. Poiché le regioni inutilizzate dell'elettrodo non subiscono mai la transizione di fase completa, «ricordano» il ciclo ristretto; quanto più a lungo e monotonamente una cella occupa una fascia, tanto più il plateau depresso si stabilizza.
Questo lega la memoria direttamente alla pratica di carica: un profilo che non raggiunge mai del tutto la carica completa (una terminazione troppo precoce) aggrava il problema lasciando la regione superiore dell'elettrodo non rinfrescata a ogni ciclo, così sottocarica e ciclica superficiale radicano insieme la depressione di tensione più velocemente di ciascuna da sola.
Il ricondizionamento applica una scarica controllata a bassa corrente fino a una tensione di taglio definita – per cella, ben sotto il taglio di funzionamento normale ma sopra la zona di pericolo di inversione per scarica profonda –, seguita da una carica completa e attenta. L'attraversamento dell'intero intervallo stechiometrico costringe le regioni ordinate a ripercorrere le transizioni di fase, ripristinando il normale plateau di tensione; gli analizzatori automatizzano questo processo e riportano la capacità recuperata, distinguendo le celle che si ricondizionano bene da quelle la cui perdita è vero invecchiamento.
La corrente deve essere modesta e la tensione per cella monitorata nelle catene in serie, perché una scarica profonda aggressiva o non monitorata può invertire la cella più debole e causare proprio il danno che la procedura intende evitare; la cura è un evento di misura controllato, non un cortocircuito.
Il ricondizionamento non è gratuito: ogni scarica profonda è un modesto evento di usura, e le scariche complete di routine accelerano l'invecchiamento meccanico e per corrosione – l'opposto della ciclica superficiale che massimizza la vita ciclica del NiMH. La migliore pratica è quindi occasionale anziché automatica: le indicazioni degli analizzatori suggeriscono un rodaggio/rinfresco ogni diversi cicli (dell'ordine di dieci) o quando un plateau depresso viene effettivamente osservato, invece che a ogni carica. Un caricatore che scarica forzatamente le batterie a ogni inserimento tratta in modo eccessivo una condizione che la maggior parte delle celle non ha.
Le formulazioni a bassa autoscarica e le leghe moderne mostrano una memoria più lieve rispetto ai vecchi NiCd e ai primi NiMH, rafforzando un trigger conservatore: monitorare il sintomo e ricondizionare su evidenza, non secondo un programma aggressivo fisso.
Tre problemi si assomigliano sull'indicatore. La memoria è reversibile con uno o pochi cicli completi; la sottocarica è un guasto del caricatore risolto con la corretta terminazione, apparendo come carica erogata bassa con plateau normale una volta riempita correttamente; e l'invecchiamento irreversibile (resistenza aumentata, materiale attivo perso, elettrolita essiccato) non è ripristinato dal ricondizionamento e mostra resistenza e calore crescenti. Registrare la capacità prima e dopo un rinfresco controllato li separa: recupero completo = memoria, recupero parziale = cause miste, nessun recupero = fine vita.
La prima figura mostra i plateau di tensione di scarica depressi e ripristinati; la seconda sequenzia un ciclo di ricondizionamento sicuro e la sua porta di decisione – la logica che un analizzatore intelligente implementa.
Un buon firmware del caricatore offre il ricondizionamento come modalità selezionata dall'utente o innescata da evidenza: verifica lo stato della cella e la temperatura, scarica a bassa corrente con taglio per cella, ricarica con il profilo multicriterio standard e confronta la capacità recuperata con la lettura precedente per aggiornare lo stato di salute. Evita la ciclica profonda automatica, non scarica mai profondamente un pack caldo o guasto, e registra l'evento così che la frequenza di rinfresco sia essa stessa tracciata. Weijiang fornisce il taglio di ricondizionamento raccomandato, le correnti e il comportamento di recupero atteso per ciascun grado, affinché i partner implementino il rinfresco in sicurezza.
Distinta la memoria reversibile dall'usura irreversibile, il prossimo articolo esamina i cambiamenti superficiali e di corrosione che si accumulano irreversibilmente all'elettrodo di idruro e come il protocollo di carica li acceleri o rallenti.
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