เซลล์ NiMH แบบปิดผนึกคือภาชนะรับความดันขนาดเล็ก และความดันภายในคือการวัดทางกายภาพที่ตรงไปตรงมาที่สุดว่าการชาร์จอยู่ภายใต้การควบคุมหรือไม่ กระแสที่อิเล็กโทรดไม่สามารถเก็บได้กลายเป็นแก๊ส แก๊สที่วงจรการรวมตัวใหม่ไม่สามารถบริโภคได้จะสะสม และความดันที่สะสมในที่สุดก็ดันวาล์วความปลอดภัย ทำให้สูญเสียอิเล็กโทรไลต์และเปลี่ยนแปลงเซลล์อย่างถาวร ดังนั้น ความดันจึงไม่ใช่แค่ตัวแปรด้านความปลอดภัย – มันคือเพดานแข็งที่กำหนดว่าเซลล์หนึ่ง ๆ สามารถชาร์จได้เร็วแค่ไหน โดยอาศัยการวัดเซลล์ลากจูงแบบติดตั้งเครื่องมือวัดและเอกสารความปลอดภัยของเซลล์แบบปิดผนึก บทความนี้ติดตามเส้นทางความดันตลอดการชาร์จ แยกผลของไฮโดรเจนและออกซิเจน และแสดงให้เห็นว่าการคิดแบบตระหนักถึงความดันกำหนดกรอบกระแสที่การสิ้นสุดแบบอิงแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิทำได้เพียงประมาณค่า
แก๊สสามารถเกิดขึ้นได้สองชนิด ออกซิเจนถูกสร้างที่ขั้วบวกเมื่อ Ni(OH)2 ที่ออกซิไดซ์ได้หมดลง ดังที่อธิบายไว้ในบทความ 1 ส่วนไฮโดรเจนจะถูกสร้างที่ขั้วลบหากถูกผลักเกินความจุการเก็บไฮไดรด์ ซึ่งเป็นเหตุผลที่ขั้วลบถูกสร้างให้มีขนาดใหญ่เกินไว้ ในเซลล์ที่ออกแบบถูกต้องและถูกชาร์จเกินในระดับปานกลาง ออกซิเจนเป็นตัวหลักและโดยปกติจะไม่มีไฮโดรเจน การเกิดไฮโดรเจนบ่งชี้ว่าเซลล์ถูกชาร์จเกินอย่างมาก หรือขั้วลบเสื่อมสภาพซึ่งความจุการเก็บแบบเร่งปฏิกิริยาลดลง
เนื่องจากคาดว่าจะมีออกซิเจน เซลล์จึงได้รับการออกแบบให้บริโภคมัน: ออกซิเจนผ่านตัวคั่นที่แห้งแล้วและรวมตัวใหม่บนพื้นผิวไฮไดรด์ ความดันภายใน ณ ขณะใดขณะหนึ่งสะท้อนความไม่สมดุลระหว่างอัตราที่แก๊สถูกผลิตกับอัตราที่การรวมตัวใหม่นี้บริโภคมัน ซึ่งเป็นดุลยภาพเชิงพลวัต ไม่ใช่ค่าคงที่
ตลอดการชาร์จช่วงหลัก มีการสร้างแก๊สน้อยและความดันยังคงใกล้เคียงกับความดันบรรยากาศ เมื่อผ่านจุดเริ่มต้นออกซิเจน – ประมาณ 70 เปอร์เซ็นต์ของระดับการชาร์จในการวัดลากจูงที่รายงาน – ความดันเริ่มสูงขึ้น หากกระแสยังคงอยู่ในความจุการรวมตัวใหม่ มันจะเข้าสู่สภาวะคงที่ระดับปานกลาง แต่หากกระแสเกินความจุนั้น มันจะไต่ขึ้นเรื่อย ๆ ชันขึ้นเมื่ออุณหภูมิและการสร้างแก๊สหนุนซึ่งกันและกัน ที่ 1C งานวิจัยระบุว่ามีส่วนการรวมตัวใหม่ของไฮโดรเจนเพิ่มเติมในระยะสุดท้าย ซึ่งเชื่อมโยงกับเหตุการณ์ -ΔV แสดงให้เห็นว่าเส้นโค้งความดันมีข้อมูลของแก๊สทั้งสองชนิด
การชาร์จ C/2 แบบควบคุมของโมดูลลากจูง โดยจำกัดความดันไว้ที่ประมาณ 6.8 บรรยากาศ (ประมาณ 100 psi) ยังคงไปถึง 93 เปอร์เซ็นต์ของระดับการชาร์จด้วยประสิทธิภาพสูง – หลักฐานเชิงประจักษ์ว่ากลยุทธ์จำกัดความดันอย่างชัดเจนสามารถชาร์จได้ทั้งเร็วและเกือบเต็ม โดยการถอยกระแสทุกครั้งที่ดุลยภาพแก๊สตึงตัว
เซลล์แบบปิดผนึกมีวาล์วความปลอดภัยแบบปิดซ้ำได้หรือทางเดียว ที่ตั้งค่าให้เปิดที่ความดันออกแบบ ซึ่งมักกล่าวถึงที่ประมาณ 10 บรรยากาศสำหรับเซลล์ขนาดเล็ก ก่อนที่กระป๋องจะได้รับอันตรายเชิงกล การระบายปล่อยส่วนผสมแก๊ส แต่ยังพ่นหมอกอิเล็กโทรไลต์ด่างและไอน้ำออกมาด้วย อิเล็กโทรไลต์ที่สูญเสียไปไม่สามารถทดแทนได้ ความต้านทานภายในสูงขึ้น เส้นทางการรวมตัวใหม่แห้งลง และเซลล์เข้าสู่การเสื่อมโทรมที่เร่งตัวขึ้น เหตุการณ์วาล์วเพียงครั้งเดียวสามารถตัดอายุการใช้งานแบบวัฏจักรไปสัดส่วนที่มีนัยสำคัญ
สิ่งนี้ทำให้ความดันเป็นขอบเขตความล้มเหลวที่แท้จริง แรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิเป็นตัวบ่งชี้ภายนอกที่สะดวก แต่กลไกที่ทำอันตรายเซลล์ที่ถูกชาร์จเกินอย่างรุนแรงจริง ๆ คือการสูญเสียอิเล็กโทรไลต์ที่ขับเคลื่อนด้วยความดัน และในกรณีเลวร้ายที่สุดคือการแตก การออกแบบการสิ้นสุดเข้าใจได้ดีที่สุดว่าเป็นความพยายามในการรักษาเส้นโค้งความดันที่มองไม่เห็นให้อยู่ใต้เกณฑ์วาล์ว โดยใช้เฉพาะสัญญาณที่มีอยู่ภายนอกกระป๋อง
การรวมตัวใหม่ถูกจำกัดด้วยการขนส่งและมีกระแสสูงสุดที่กำหนดโดยพื้นที่อิเล็กโทรด ความสามารถซึมผ่านแก๊สของตัวคั่น การเร่งปฏิกิริยาของโลหะผสมและอุณหภูมิ กระแสชาร์จใด ๆ ที่เกินขีดจำกัดนั้นในบริเวณท้ายการชาร์จจะสะสมแก๊สเกือบเป็นเชิงเส้นกับเวลา ดังนั้นกระแสชาร์จเร็วที่ปลอดภัยจึงไม่ใช่ค่าตามใจชอบ มันคือกระแสที่เซลล์สามารถรวมตัวใหม่กับอัตราการสร้างออกซิเจนตอนท้ายการชาร์จ ขณะเดียวกันก็ขจัดความร้อนที่เกิดขึ้น การเพิ่มกระแสชาร์จเป็นสองเท่าไม่ได้เพิ่มอัตราการจัดการแก๊สที่ยอมให้เป็นสองเท่า นี่คือเหตุผลที่ 1C ท้าทายกว่า C/2 มาก ไม่ใช่แค่เร็วเป็นสองเท่า
เซลล์ความจุสูงที่มีอิเล็กโทรดหนากว่าถูกจำกัดเป็นพิเศษ: พวกมันเก็บพลังงานได้มากกว่า แต่ให้พื้นผิวการรวมตัวใหม่ที่สัมพัทธ์น้อยกว่าและเส้นทางแพร่แก๊สยาวกว่า ดังนั้น AA ระดับ 2800 มักทนชาร์จเร็วแบบก้าวร้าวได้น้อยกว่าเซลล์อายุยาวระดับ 2000 – อีกด้านหนึ่งของการแลกเปลี่ยนความจุกับการรักษาวัฏจักร
เซลล์ผู้บริโภคแทบไม่มีเซ็นเซอร์วัดความดัน ดังนั้นเครื่องชาร์จจึงอนุมานสภาวะแก๊สจากสิ่งที่สัมพันธ์กัน: จุดยอดแรงดันไฟฟ้าและ -ΔV ที่เกิดเมื่อความร้อนจากการรวมตัวใหม่แซงหน้าศักย์อิเล็กโทรด; อัตราการเพิ่มอุณหภูมิ dT/dt ซึ่งพุ่งขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อการรวมตัวใหม่กลายเป็นที่รับกระแสหลัก; และอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นตัวรับประกันขั้นสุดท้าย การออกแบบระดับแพ็กและลากจูงสามารถเพิ่มทรานสดิวเซอร์วัดความดันโดยตรง หรือสร้างแบบจำลองความดันจากกระแส แรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิ ทำให้เกิดการควบคุมฝาครอบความดันอย่างชัดเจนแบบที่แสดงในการศึกษาลากจูง
ภาพเคลื่อนไหวชุดแรกแสดงการสร้างแบบเป็นขั้นตอน ตั้งแต่การชาร์จช่วงหลักไปจุดเริ่มต้นออกซิเจนสู่ที่ราบที่ถูกจำกัดด้วยการรวมตัวใหม่ และภาพที่สองแยกดุลยภาพแก๊สเป็นชั้นการผลิต/การบริโภค ทำให้เห็นว่าทำไมเครื่องชาร์จที่เฝ้าดูแค่แรงดันไฟฟ้าจึงอาจพลาดปัญหาความดัน เมื่อเซลล์อุ่นและ -ΔV หายไป
ข้อกำหนดชาร์จเร็วที่อ้างอิงได้จะจับคู่การกำหนดลักษณะเซลล์ – ระดับการชาร์จที่จุดเริ่มต้นออกซิเจน กระแสที่ถูกจำกัดด้วยการรวมตัวใหม่เทียบกับอุณหภูมิ และระยะเผื่อวาล์ว – เข้ากับโปรไฟล์เครื่องชาร์จที่ลดกระแสเมื่อเข้าสู่ช่วง SOC สูง และถือ dT/dt ที่รวดเร็วเป็นหลักฐานว่าการผลิตแก๊สกำลังแซงหน้าการบริโภค การออกแบบแบบอนุรักษ์นิยมรักษาความดันการรวมตัวใหม่ในสภาวะคงที่ให้ต่ำกว่าเกณฑ์วาล์วมาก ๆ แทนที่จะแค่ต่ำกว่า ทิ้งระยะเผื่อสำหรับความแปรผันของล็อต ความชราและการระบายความร้อนที่ถูกกีดขวาง
สำหรับพันธมิตรที่สร้างเครื่องชาร์จเร็วหรือแพ็กแบบรีเจนเนอเรทีฟ Weijiang จัดหาการกำหนดลักษณะความดันและความร้อนที่อยู่เบื้องหลังขั้นกระแสที่แนะนำแต่ละขั้น เพื่อให้เพดานชาร์จเร็วเป็นขอบเขตที่วัดได้ ไม่ใช่ขอบเขตที่สมมติขึ้น บทความถัดไปหันไปที่ผลพลอยได้ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้อีกอย่างของดุลยภาพการรวมตัวใหม่นั้น – ความร้อน – และสร้างดุลยภาพพลังงานที่คาดการณ์ว่าการชาร์จจะทำให้เซลล์อุ่นแค่ไหน
Weijiang Power ออกแบบและผลิตเซลล์นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ แพ็กที่จับคู่แล้วและรูปแบบพร้อมชาร์จสำหรับลูกค้าผู้บริโภค อุตสาหกรรม การแพทย์และการขนส่ง และสนับสนุนพันธมิตรด้วยคำแนะนำโปรโตคอลการชาร์จ ไฟล์สมรรถนะ IEC 61951-2 หลักฐานความปลอดภัย IEC 62133-1 และการตรวจสอบความถูกต้องร่วมกับเครื่องชาร์จ แจ้งรูปแบบเซลล์ อัตราการชาร์จ ขอบเขตความร้อนและเป้าหมายวัฏจักรแก่เรา แล้ววิศวกรของเราจะกำหนดชุดเซลล์และการชาร์จที่ปกป้องทั้งเวลาใช้งานและอายุการใช้งาน ตรวจดูผลิตภัณฑ์ได้ที่หน้าผลิตภัณฑ์
