الموازنة هي النظير النشط لمطابقة الخلايا: فهي تضيق تباعد حالة الشحن الناتج عن عدم التطابق التسلسلي (الورقة 29) كي تقترب الخلايا من الشحن الكامل معًا ويتمكن الشاحن من الإنهاء دون التضحية بالمتأخرات أو إرهاق المتقدمات. تختلف موازنة NiMH عن موازنة الليثيوم بشكل حاسم – فتيار الشحن الزائد يُستهلك عبر إعادة التركيب الداخلية بدلًا من أن يُخزَّن، مما يمنح الكيمياء نزعة محدودة لمعادلة نفسها يمكن للمصمم استغلالها لكن لا ينبغي المبالغة في الوثوق بها. تقارن هذه الورقة الموازنة السلبية والنشطة، إضافة إلى منهج ثالث خاص بـ NiMH وهو تشكيل بروفيل الشحن، وتشرح كيفية تحديد حجم الموازن وتوقيته كي يعمل مع كيمياء إعادة التركيب لا ضدها.
في حزم الليثيوم تكون الموازنة إلزامية لأن أي شحن زائد غير آمن؛ أما في NiMH، فإن القطب السالب المصمم بحجم زائد وحلقة إعادة التركيب تتسامح مع شحن زائد محدود، والخلية المتقدمة، بمجرد امتلائها، «تمتص» التيار المستمر فعليًا في صورة حرارة بينما تلحق المتأخرات – آلية خام سلبية لموازنة النفس. لهذا يمكن لحزم NiMH البسيطة أن تُشحن تسلسليًا دون أي موازن على الإطلاق: فالشحن الزائد المضبوط للمتقدمات هو بالضبط الطريقة التي تُملأ بها المتأخرات.
الثمن هو تحديدًا بلى الشحن الزائد في الأوراق 21 إلى 23، متركزًا في الخلايا المتقدمة؛ وتهدف الموازنة الهندسية إلى ملء المتأخرات مع تقليل ذلك الشحن الزائد المُجبَر للمتقدمات، مبادلةً عتادًا إضافيًا بعمر أطول للحزمة وإنهاء أنظف.
تقوم الموازنة السلبية بتبديل مقاومة عبر الخلايا الأعلى لتحويل جزء من التيار (أو لتفريغها أثناء فترات الراحة)، مبقيةً المتقدمات قرب الامتلاء بينما يستمر التيار نحو المتأخرات؛ وهي بسيطة ورخيصة لكنها تبدد الطاقة حرارة – وهو أمر مزعج في حزمة تدير حرارة الشحن أصلًا – وبطيئة، لأن تيارات التحويل العملية صغيرة مقابل تيار الشحن، لذا تعمل أفضل عند التيارات المنخفضة في النطاق النهائي أو أثناء الراحة بدل مواجهة شحن دفعة عند 1C.
بالنسبة إلى NiMH، تكون الموازنة السلبية أكثر فعالية كمعادل لنهاية الشحن والراحة: كلما انخفض التيار قرب الامتلاء، أصبحت تيارات التحويل المتواضعة مماثلة لتيار الشحن وبإمكانها إمساك المتقدمات فعلًا بينما تُكمل المتأخرات، مما يتواءم طبيعيًا مع بروفيل متعدد المراحل.
تنقل الموازنات النشطة الطاقة من الخلايا الأعلى إلى الخلايا الأدنى (معماريات مكثف أو ملف حث أو محول) مع حرارة ضائعة أقل، معادلةً بسرعة أكبر وبتيارات فعالة أعلى؛ وتناسب حزم الجر والتنقل الكبيرة عالية القيمة، حيث يبرر عمر الحزمة وكفاءة الطاقة التكلفة. وأثناء الشحن تأخذ الفائض من المتقدمات باستمرار وتوصله إلى المتأخرات، مبقيةً السلسلة مشدودة كي تبلغ كل الخلايا الذروة معًا ويستعيد -delta-V للحزمة وضوحه (الورقة 29).
يجب التوفيق بين تحكمها وبين OCV المسطحة لـ NiMH (الورقة 16): بما أن الجهد بالكاد يكشف SOC في منتصف الشحن، فمن الأفضل إسناد قرارات الموازنة النشطة إلى سلوك نهاية الشحن، أو عدّ الكولوم، أو توقيت الذروة النسبي، لا إلى فروق الجهد في منتصف الشحن، التي تعكس في الغالب عدم تطابق المقاومة ودرجة الحرارة.
المنهج الثالث الخاص بـ NiMH يعادل عبر بروفيل الشحن نفسه: فالشحن النبضي مع فترات الراحة يتيح للخلايا المتقدمة الاسترخاء والتفريغ الذاتي جزئيًا عبر إعادة التركيب بينما تستمر المتأخرات في الامتصاص في النبضات التالية (الورقة 13)؛ أما النبضات السالبة Reflex فتفرّغ السلسلة بأكملها لوهلة، حيث تتنازل المتقدمات عن قدر أكبر نسبيًا (الورقة 14)؛ وإنهاء الشحن الدفعي مبكرًا ثم الإتمام بتيار منخفض يمنح المعادلة الذاتية القائمة على إعادة التركيب وقتًا لتقريب الخلايا بأدنى إجهاد. هذه الطرق تقلل التباعد دون عتاد قدرة لكل خلية.
لا يستطيع تشكيل الشحنة تصحيح عدم تطابق كبير ويُفضَّل دمجه مع مطابقة دخول ضيقة؛ غير أنه مجاني أساسًا، وهو سبب أن بروفيلًا متعدد المراحل/نبضيًا مصممًا جيدًا يدير الغاز ويعادل جزئيًا معًا.
يُشتق تيار الموازنة المطلوب من التباعد المتوقع لكل دورة: قدّر تشتت الأمبير-ساعة المتراكم بين فرص المعادلة، وحدّد حجم تيار التحويل/النقل ونافذة المعادلة لإزالته، مركّزًا الفعل في نهاية الشحن وأثناء الراحة، حيث يعادل NiMH بأكبر كفاءة. ويجب أن يستخدم التحكم منطق الخلية-الأكثر-حرارة والأولى-امتلاء من الأوراق 28 إلى 29، ويتجنب موازنة خلية معيبة، ويسجّل التباعد المتبقي كمقياس للصحة.
يقارن الشكل الأول كيف تقرّب المناهج السلبي والنشط والتشكيلي حالات SOC المتباعدة؛ ويرتّب الثاني استراتيجية مدمجة من مطابقة ضيقة وشحن مُشكَّل ومعادلة نشطة للنطاق النهائي.
حدّد فئة المطابقة، ومعمارية الموازنة وتيارها، وأساس SOC للقرارات (سلوك نهاية الشحن لا OCV المسطحة في منتصف الشحن)، والتفاعل مع الإنهاء والتحكم الحراري؛ وتحقق على سلاسل مُعمَّرة وغير متطابقة عمدًا لإثبات بقاء المتقدمات ضمن حدود الشحن الزائد والحرارة بينما تبلغ المتأخرات الامتلاء. تورد Weijiang أطقمًا مطابقة وبيانات سلوك الخلية اللازمة لتحديد حجم الموازنة، داعمةً كلًا من حزم المستهلك البسيطة ذاتية المعادلة وحزم التنقل ذات الموازنة النشطة. تترك المقالة التالية في السلسلة الخلية والحزمة لتبحث كيف يختلف الشحن عبر عوالم التطبيق الرئيسية.
Weijiang Power تصمّم وتصنّع خلايا نيكل-هيدريد المعدن، وحزمًا مطابقة وتكوينات جاهزة للشحن لعملاء الاستهلاك والصناعة والطب والتنقل، وتدعم الشركاء بإرشادات حول بروتوكولات الشحن، وملفات أداء IEC 61951-2، وأدلة سلامة IEC 62133-1، والتحقق المشترك من الشواحن. شاركنا تنسيق الخلية ومعدل الشحن والنطاق الحراري وهدف الدورات، وسيحدد مهندسونا تركيبة الخلية والشحن التي تحمي زمن التشغيل والعمر الافتراضي معًا. استعرض المجموعة في صفحة المنتجات.
