O balanceamento é a contraparte ativa da combinação de células: ele reduz a divergência de estado de carga criada pela discordância em série (Artigo 29) para que as células se aproximem juntas da carga completa e o carregador possa encerrar sem sacrificar as atrasadas nem maltratar as líderes. O balanceamento NiMH difere do balanceamento de lítio de forma crucial – a corrente de sobrecarga é consumida pela recombinação interna em vez de armazenada, dando à química uma limitada tendência autoequalizadora que o projetista pode explorar, mas não deve confiar demais. Este trabalho compara o balanceamento passivo e ativo e uma terceira abordagem específica do NiMH – a modelagem do perfil de carga – e explica como dimensionar e temporizar o balanceamento para que trabalhe com a química de recombinação, e não contra ela.
Nos packs de lítio o balanceamento é essencial porque qualquer sobrecarga é insegura; no NiMH, o negativo superdimensionado e a malha de recombinação toleram uma sobrecarga limitada, e a célula líder, uma vez cheia, «absorve» eficazmente a corrente continuada como calor enquanto as atrasadas a alcançam – um mecanismo tosco e passivo de autobalanceamento. É por isso que packs NiMH simples podem carregar em série sem nenhum balanceador: a sobrecarga controlada das líderes é precisamente a forma como as atrasadas são preenchidas.
O custo é exatamente o desgaste por sobrecarga dos Artigos 21 a 23, localizado nas células líderes; o balanceamento projetado visa encher as atrasadas ao mesmo tempo que minimiza essa sobrecarga forçada das líderes, trocando hardware adicional por uma vida mais longa do pack e um encerramento mais limpo.
O balanceamento passivo chaveia um resistor sobre as células mais altas para desviar parte da corrente (ou para descarregá-las durante os repousos), mantendo as líderes perto do cheio enquanto a corrente segue para as atrasadas; é simples e barato, mas dissipa energia em calor – incômodo num pack que já lida com o calor de carga – e é lento, porque as correntes de derivação práticas são pequenas em relação à corrente de carga, por isso funciona melhor nas correntes baixas da faixa final ou durante os repousos, e não contra uma carga massiva a 1C.
Para o NiMH, o balanceamento passivo é mais eficaz como equalizador de fim de carga e repouso: à medida que a corrente cai perto do cheio, correntes de derivação modestas tornam-se comparáveis à corrente de carga e podem realmente segurar as líderes enquanto as atrasadas terminan, alinhando-se naturalmente a um perfil multicascata.
Os balanceadores ativos movem energia das células mais altas para as mais baixas (topologias de capacitor, indutor ou transformador) com menos calor desperdiçado, equalizando mais rápido e a correntes efetivas mais altas; adequam-se a grandes packs de tração e mobilidade de alto valor, onde a vida do pack e a eficiência energética justificam o custo. Durante a carga retiram continuamente o excesso das líderes e o entregam às atrasadas, mantendo a série justa para que todas as células atinjam o pico juntas e o -delta-V do pack recupere sua clareza (Artigo 29).
Seu controle deve ser conciliado com a OCV plana do NiMH (Artigo 16): como a tensão mal revela o SOC em meio de carga, as decisões de balanceamento ativo é melhor baseá-las no comportamento de fim de carga, contagens de coulombs ou na temporização relativa de picos, e não em diferenças de tensão em meio de carga, que na maior parte refletem discordância de resistência e temperatura.
Uma terceira abordagem específica do NiMH equaliza por meio do próprio perfil de carga: carga por pulsos com repousos deixa as células líderes relaxarem e se autodescarregarem parcialmente por recombinação enquanto as atrasadas continuam a absorver nos pulsos seguintes (Artigo 13); pulsos negativos Reflex descarregam brevemente toda a série, com as líderes cedendo relativamente mais (Artigo 14); e encerrar cedo a carga massiva para depois finalizar em corrente baixa dá à autoequalização baseada em recombinação tempo para aproximar as células com o mínimo de estresse. Esses métodos reduzem a divergência sem hardware de potência por célula.
A modelagem de carga não corrige grandes discordâncias e é melhor combinada com combinação de entrada justa; é, contudo, essencialmente gratuita e é por que um perfil multicascata/pulsos bem projetado tanto gerencia o gás quanto balanceia parcialmente.
A corrente de balanceamento necessária decorre da divergência esperada por ciclo: estime a dispersão em ampère-hora acumulada entre as oportunidades de equalização e dimensione a corrente de derivação/transferência e a janela de equalização para eliminá-la, concentrando a ação no topo da carga e durante o repouso, onde o NiMH equaliza com maior eficiência. O controle deve usar a lógica da célula mais quente e da primeira cheia dos Artigos 28 a 29, evitar balancear uma célula defeituosa e registrar a divergência residual como métrica de saúde.
A primeira figura compara como as abordagens passiva, ativa e de modelagem aproximam SOC divergentes; a segunda sequencia uma estratégia combinada de combinação justa, carga modelada e equalização ativa de faixa final.
Especifique a classe de combinação, a topologia e corrente de balanceamento, a base de SOC para as decisões (comportamento de fim de carga em vez da OCV plana em meio de carga), e a interação com o encerramento e o controle térmico; valide em séries deliberadamente envelhecidas e discordantes para mostrar que as líderes permanecem dentro dos limites de sobrecarga e temperatura enquanto as atrasadas atingem o cheio. A Weijiang fornece conjuntos combinados e os dados de comportamento das células necessários para dimensionar o balanceamento, suportando tanto packs de consumo autoequalizadores simples quanto packs de mobilidade balanceados ativamente. O próximo trabalho da série deixa a célula e o pack para examinar como o carregamento difere nos grandes mundos de aplicação.
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