درجة الحرارة هي الإشارة الأكثر معلوماتية التي يمكن لشاحن NiMH منخفض التكلفة قياسها، ولا تصبح ذات معنى إلا عند فهم مصادر الحرارة. إن دفء خلية قيد الشحن هو مجموع ثلاثة حدود متميزة فيزيائياً: تسخين غير قابل للانعكاس لجول وفرق الجهد الزائد يتناسب مع التيار والمقاومة الداخلية؛ حد حروصي قابل للانعكاس أصغر يغيّر إشارته بين الشحن والتفريغ؛ و، بشكل حاسم في نهاية الشحن، الحرارة المنبعثة عندما يُعاد اتحاد الأكسجين المتولّد عند القطب الموجب عند القطب السالب. تبني هذه الورقة الميزانية الحرارية للشحن حداً تلو الآخر، وتُظهر لماذا يتسارع معدل ارتفاع درجة الحرارة بهذا الشكل الحاد عندما تمتلئ الخلية، وتستخدم تلك المحاسبة لشرح معيار الإنهاء الشائع بدرجة مئوية واحدة في الدقيقة.
كلما عبر تيار مقاومة فإنه يبدّد حرارة I-تربيع-R؛ في خلية NiMH تلك المقاومة هي مجموع المساهمات الأومية من الإلكتروليت والفاصل والأقطاب والألسنة بالإضافة إلى «مقاومة الاستقطاب» التي تمثل فروق الجهد الحركية والتركيزية. هذا الحد غير القابل للانعكاس موجود طوال الشحن، ويتناسب تقريباً مع مربع التيار ويكبر مع ارتفاع المقاومة الداخلية مع التقدم في العمر وعند حالة شحن منخفضة.
ولأنه يتناسب مع مربع التيار، فإن الحد غير القابل للانعكاس يعاقب المعدلات المرتفعة بشكل غير متناسب: مضاعفة تيار الشحن تربّع تقريباً التسخين المقاوم الأساسي، ولهذا لا يمكن فصل الشحن السريع عن الإدارة الحرارية، ولهذا تعمل الخلية المُسِنّة ذات المعاوقة الأعلى بشكل أسخن حتى تحت ملف تعريف متماثل.
تحمل التفاعلات الكهروكيميائية أيضاً مكوّن حرارة حروصية، T في dS، مرتبطاً بحروصية التفاعل؛ وهو قابل للانعكاس بمعنى أنه يغيّر إشارته بين الشحن والتفريغ ويتفاوت مع حالة الشحن كلما تغيّر تركيب الطور للأقطاب. في NiMH يكون عادةً أصغر من الحدين غير القابل للانعكاس وإعادة الاتحاد أثناء الشحن السريع، لكن يجب إدراجه في النماذج الحرارية الدقيقة ويساهم في الاعتماد الحراري الدقيق لمنحنى جهد الشحن.
إن نموذج توازن الطاقة الذي يُغفل الحروصية سيتنبأ بشكل خاطئ طفيف بدرجة حرارة منتصف الشحن، وهو أمر مهم عندما تُستخدم الحرارة ليس فقط كقطع بل كمقدّر كمّي للحالة – موضوع مجموعة أوراق لاحقة.
الحقيقة الحرارية الحاسمة حول NiMH هي أن الشحن الزائد غير فعّال بنسبة 100 في المئة أساساً من الناحية الطاقوية: فالتيار الذي يُعيد اتحاد الأكسجين حول الحلقة الداخلية لا يؤدي أي تخزين صافٍ ويُطلق طاقته كحرارة. ومع امتلاء الخلية وتحويل نسبة متزايدة من التيار إلى هذه الحلقة، يرتفع إجمالي توليد الحرارة رغم إبقاء التيار ثابتاً – وهي البصمة التي يكتشفها الثرمستور كارتفاع متسارع في درجة الحرارة.
لهذا تصبح الحرارة، بخلاف الجهد، أكثر معلوماتية قرب الشحن الكامل بدل أن تقل: بينما يتقلص -ΔV عند درجة الحرارة المرتفعة، ينمو معدل التسخين. إن إرشادات المصنّعين المتقاربة على معدل أقصى لارتفاع الحرارة قرب 1 درجة مئوية في الدقيقة وقطع مطلق نحو 50 إلى 60 درجة مئوية هي ترميز تجريبي مباشر لهذه الميزانية الحرارية.
يكتب نموذج حراري مُجمَّع السعة الحرارية للخلية في dT/dt كمجموع حدود التوليد الثلاثة ناقص الحرارة المفقودة إلى المحيط؛ وتهيمن كتلة الخلية الأسطوانية الصغيرة وعلبتها الفولاذية على سعتها الحرارية، بينما تحدد المقاومة الحرارية للوسط المحيط درجة الحرارة المستقرة التي يبلغها تبديد معطى. يتنبأ مثل هذا النموذج بملف الشحن المُلاحظ: دفء مقاوم لطيف في شحن الكتلة، وانعطاف واضح عندما تصبح إعادة الاتحاد مهيمنة، و– إذا استمر الشحن – صعود حاد نحو القطع المطلق.
يستخدم المصممون النموذج بالعكس أيضاً: بالنظر إلى أقصى درجة حرارة مسموح بها للخلية ومقاومة حرارية معروفة تجاه هيكل الشاحن، فإنه يُعطي أقصى تيار شحن مستدام، وبالنظر إلى dT/dt مقيس يقدّر نسبة التيار المفقود بالفعل في إعادة الاتحاد – إشارة ضمنية لحالة الشحن والصحة.
معدل الارتفاع متين لأنه مرجعي ذاتي: فهو لا يعتمد على معايرة مطلقة لدرجة الحرارة أو معرفة دقيقة بدرجة حرارة الوسط، ويستجيب للآلية ذاتها – إعادة الاتحاد الجامحة – التي يجب أن يمنعها الشحن الآمن. تطبّق دوائر إدارة الشحن مثل عائلة TI bq2002 إنهاءً وفق معدل ارتفاع الحرارة إلى جانب -ΔV وأقصى جهد وأقصى حرارة وأقصى وقت، على وجه التحديد لأن الإشارتين الحرارية والجهدية تفشلان في ظروف متضادة وتغطيان معاً كامل النطاق.
ومع ذلك يمكن أن يُضلّل. فخلية منقولة من جيب دافئ إلى الشاحن، أو ثرمستور مُركَّب على لوحة PCB بدلاً من الخلية، أو مروحة تبريد للشاحن تُشغَّل وتُطفأ يمكن أن تُحدث كلها حالات عابرة لـ dT/dt لا علاقة لها بإعادة الاتحاد؛ والتصميمات المتينة تُزيل ارتداد الإشارة عبر عدة عينات وتجمعها مع بوابات الحرارة المطلقة والجهد، كما يوضح ممارسة مذكرة التصميم التي تشترط أربع عينات متسقة مدتها 30 ثانية.
يربط التصميم الحراري الخلية والتيار والهيكل: اختر تياراً يترك أساس I-تربيع-R فيه حيزاً للارتفاع الذي تقوده إعادة الاتحاد في نهاية الشحن؛ ضع مستشعر NTC في تلامس حراري حقيقي مع الخلايا واحسب المتوسط عبر حزمة متعددة الخلايا؛ صمّم الهيكل وأي تدفق هواء بحيث تكون المقاومة الحرارية المُجمَّعة معروفة ولا يُبلغ القطع المطلق إلا كشبكة أمان حقيقية عند العطل؛ واستخدم الإكمال بتيار مخفّض حتى تُضاف النسب المئوية الأخيرة من دون البقاء في نظام إعادة الاتحاد المرتفع.
إن توثيق بصمة dT/dt المتوقعة لخلية إنتاجية – أساس شحن الكتلة، وانعطاف نهاية الشحن والتيار الذي يُبلغ 1 درجة مئوية في الدقيقة – يتيح لشركاء الشواحن ضبط العتبات من بيانات بدل قواعد عامة. وبعد حصر مصادر الحرارة، تبحث الورقة التالية في ظاهرة الجهد التي تُحدثها حرارة إعادة الاتحاد: قمة جهد نهاية الشحن الصغيرة لكن الحاسمة ودلتا-V السالبة.
Weijiang Power تصمّم وتصنّع خلايا نيكل-هيدريد الفلز، وحزماً مطابقة وتشكيلات جاهزة للشحن لعملاء الاستهلاك والصناعة والطب والتنقّل، وتدعم شركاءها بإرشادات بروتوكول الشحن، وملفات أداء IEC 61951-2، وأدلة سلامة IEC 62133-1 والتحقق المشترك مع الشواحن. شاركنا تنسيق الخلية ومعدل الشحن والنطاق الحراري وهدف الدورات، وسيحدّد مهندسونا تركيبة خلية وشحن تحمي كل من زمن التشغيل وعمر الخدمة. استعرض التشكيلة في صفحة المنتجات.
