Uma cadeia em série carrega todas as células com a mesma corrente, mas não pode garantir que alcancem a carga completa juntas, e é nessa lacuna que reside a maior parte dos problemas de NiMH no nível do pack. As células diferem ligeiramente em capacidade, autodescarga e resistência desde a fabricação e divergem ainda mais com a idade; durante o carregamento essas diferenças fazem com que algumas células atinjam a carga completa e entrem em uma recombinação danosa enquanto outras ainda precisam de corrente, e a tensão no nível do pack que um carregador simples observa torna-se uma média borrada que esconde o abuso. Este artigo explica como a incompatibilidade se desenvolve ao longo de uma carga, por que a primeira célula cheia decide, na prática, o destino da cadeia, como a incompatibilidade corrói a terminação e a vida útil, e o que a correspondência, a topologia e o monitoramento podem fazer – preparando o artigo de balanceamento que se segue.
Mesmo células de produção combinadas apresentam pequenas dispersões de capacidade e resistência interna; o armazenamento com diferentes taxas de autodescarga e históricos variados de temperatura ampliam as diferenças iniciais de SOC, e em serviço a temperatura e o envelhecimento não uniformes as ampliam – as células mais quentes envelhecem mais rápido e perdem capacidade, o que faz com que atinjam a carga completa antes, o que faz com que operem mais quentes: um ciclo de divergência. Um pack que começa bem combinado não permanece combinado.
Quantificar a dispersão de entrada (classificação por capacidade, ordenação por resistência) limita a divergência inicial; controlar o campo térmico (Artigo 28) limita a divergência em serviço; nenhuma pode ser eliminada, de modo que a estratégia de carga deve tolerar uma dispersão residual.
Como a corrente em série é idêntica, a célula com a menor capacidade utilizável ou o maior SOC inicial atinge primeiro os 100 por cento; a corrente continuada da cadeia a impulsiona à recombinação de oxigênio e ao aquecimento enquanto as células atrasadas continuam armazenando carga. A tensão da primeira célula cheia atinge o pico e começa a cair mesmo com as tensões das atrasadas ainda subindo, de modo que a tensão somada do pack – o único sinal que um carregador no nível da cadeia vê – borra os picos individuais em um traço largo e fraco (o efeito introduzido no Artigo 6).
O pack não pode terminar de forma limpa: parar no pico da primeira célula subcarrega as atrasadas, deixa capacidade sem uso e piora o desequilíbrio percebido; continuar enchendo as atrasadas sobrecarrega a primeira célula cheia e gasta sua vida a cada ciclo. A incompatibilidade converte uma única decisão em uma compensação.
Células de maior resistência apresentam quedas de tensão maiores e geram mais calor I-quadrado-R, e a recombinação da primeira célula cheia acrescenta calor por cima; estas tornam-se as células quentes do pack (Artigo 28), e seu calor local reduz ainda mais seu potencial de evolução do oxigênio, de modo que se sobrecarregam ainda mais cedo. Incompatibilidade elétrica e incompatibilidade térmica reforçam-se mutuamente, localizando o desgaste em um subconjunto de células que envelhecem à frente das demais e acabam puxando a capacidade de todo o pack para o seu nível.
A capacidade do pack é definida em ambos os sentidos por sua célula mais fraca: a célula de baixa capacidade esvazia-se primeiro na descarga e enche-se primeiro na carga, portanto reduzir a incompatibilidade equivale a recuperar energia utilizável do pack e prolongar sua vida.
Um -delta-V nítido exige que todas as células atinjam o pico juntas; com incompatibilidade, os picos individuais ocorrem em momentos diferentes e se cancelam em parte na soma, reduzindo a magnitude da depressão no nível do pack e atrasando-a até que a maioria esteja sobrecarregada. Quanto maior a dispersão, mais o carregador precisa se apoiar em temperatura e temporizadores – e mais abuso as células líderes absorvem antes de estes dispararem. Essa é uma das principais razões por que células combinadas e, em packs maiores, a supervisão por célula importam mais que o algoritmo de terminação do carregador.
Pulsos negativos Reflex (Artigo 14) podem relaxar marginalmente a divergência ao permitir que as células líderes recuem, mas não substituem a correspondência nem o balanceamento ativo e arriscam inverter as células atrasadas se usados em excesso.
O controle de qualidade de entrada – classificação por capacidade e ordenação por resistência em faixas estreitas – é a primeira e mais barata defesa; a topologia é a segunda (canais de carga independentes para os pequenos packs de consumo, supervisão por célula para cadeias maiores); a detecção em uso registra tensão e temperatura por célula para sinalizar a divergência antes que se torne falha. A primeira figura ilustra como os SOC das células se espalham em leque durante uma carga em série incompatível; a segunda compara a nitidez da terminação para correspondência estreita e frouxa.
A decisão escala com o valor do pack: um pack de consumo de duas células baseia-se na classificação; um pack de mobilidade ou tração justifica o monitoramento por célula e o balanceamento ativo examinado em seguida.
Especifique as faixas de correspondência de capacidade e resistência para as células do pack, a divergência máxima admissível, a topologia de supervisão e uma estratégia de carga que termine por critérios de célula líder limitando sua sobrecarga; valide com cadeias deliberadamente incompatíveis para confirmar a temperatura e a sobrecarga da célula líder no pior caso. Weijiang fornece conjuntos classificados e combinados com dispersão documentada e orientação sobre divergência, dando aos montadores de packs um ponto de partida controlado. A técnica complementar que reduz ativamente a divergência durante a carga – o balanceamento de células – é o tema do próximo artigo.
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