負のデルタV法は急速NiMH充電を終了する定番の方法ですが、わずか数ミリボルトの現象に依存しています。充電の大部分で上昇した後、セルの端子電圧は静かにピークに達し、セルあたり約5～15ミリボルト低下します。精密な充電器は、ノイズの多い背景の中でその微小な反転を捉えなければなりません。電気化学グループのこの締めくくりの記事は、第一原理から、なぜピークがそもそも存在するのか – なぜ一定の電流を受け続けているセルの電圧が下がるのか – そして、この方式が元々設計された古いニッケル・カドミウム化学よりも、NiMHでは効果がより小さく、より遅く、温度により敏感である理由を説明します。
充電中の端子電圧は、正極電位から負極電位を差し引き、オーム降下を加えたものに等しくなります。バルク充電の間、電極が反応プラトーを通過し、濃度分極が蓄積するにつれて、3つすべてが上方にドリフトするため、電圧は上昇します。満充電時には、正極は電位が温度に敏感な酸素発生に支配される一方、負極は水素化物プラトー上にあり再結合によって加熱されます。またセルは、第4記事で定量化された理由により急速に温まっています。
再結合熱が支配的になると、電極の平衡電位および動的電位は、分極が上昇し続けるよりも速く、温度上昇に伴って低下するため、合計された端子電圧は上昇を止め、ピークに丸まり、充電電流が変わらないにもかかわらずわずかに低下します。したがって-ΔVは熱・電気化学的なシグネチャです。それは独立した電気的事象ではなく、再結合熱の爆発の電圧の影です。
充電ガイドと充電ICのデータシートは、NiMHの満充電低下をピーク後のセルあたり約5～15ミリボルトとし、Analog DevicesはこれがNiCdで見られる大きさの約半分にすぎないと述べています。NiCdのカドミウム負極は充電終盤により鋭く大きな分極変化を生みますが、NiMHの水素化物電極とそのより穏やかな熱的移行は、より穏やかで浅いピークをもたらし、その分見逃しやすくなります。
小さな信号には慎重な測定が必要です。十分な分解能、ノイズによって下方にリセットされることのない進行中のピーク・レジスタ、そして過渡現象で終了しないための複数の連続サンプルにわたる確認です。ソーラー充電器に関するNortheasternの研究は、必要な注意を示しています – 電流自体が変化した直後は電圧追跡で無視しなければなりません。電流のステップは満充電と無関係なオーム的理由で電圧を移動させるからです。
-ΔVは、再結合がセルを決定的に加熱するほど十分に活発な場合にのみ形成され、それには十分な電流が必要です。約C/3を下回ると、酸素発生と自己発熱が緩やかすぎ、電圧曲線は反転する代わりに単に平坦になります – 低い充電電流での-ΔVのよく文書化された失敗であり、分析装置や充電器が停止信号を決して見ず、無制限の過充電リスクがあります。だからこそ低速充電はタイマーに依存し、急速充電は-ΔVを使えるのです。
逆に1Cではピークはより大きく、充電状態の意味ではより早く到達しますが、より唐突でより多くの熱と圧力を伴い、きれいな検出と乱用的過充電への行き過ぎの間の余裕を狭めます。したがって充電電流と終了しきい値は、独立した設定ではなく、対になった組み合わせです。
ピークは熱を介して生じるため、温かい状態で始まるセルはより小さな低下を示します。高温では酸素発生電位がすでに低下しており、追加される充電終盤の発熱が電位をあまり変えないため、反転が検出不可能なほど縮むことがあります – 充電器の文献に記された「高温ではほとんど存在しない」状態です。冷えた状態で始まるセルは逆に、より大きいものの遅れたピークを示します。そのため充電器は-ΔVをdT/dtと組み合わせ、電圧信号が失敗する温かい状態を熱信号がカバーできるようにします。
完全な反転を待つのではなく電圧曲線の変曲点を検出するというSTのアプリケーションノートの伝統は、NiMHの浅い低下への直接的な回答です。二次導関数の変化で終了することで、満充電をより早く捉え、さもなければ信号を消してしまう発熱を制限し、セル寿命を延ばします。
いくつかの事象が満充電ピークに偽装します。充電開始時に冷たいセルの電圧が温まりながら下がることがあり、ソーラーやUSB給電の充電器での電流変動が電圧を抵抗的に移動させ、不整合のある直列ストリングは異なる時刻にセルのピークを生じてパック信号をぼかし、汚れたホルダーの接触抵抗がドリフトを加えます。堅牢なファームウェアは、最小充電割合の後にのみ検出を有効にし、電圧がしきい値を超えていることを求め、きれいな最大値を追跡し、設定された大きさの持続的な低下を要求します。
最初のアニメーション図は電圧ピークと同時の温度変曲点を重ねて共通の起源を示し、2つ目は、有効化、ピーク追跡、サンプルにわたる-ΔVの確認、トップオフへの切り替え前のdT/dtの相互確認を行う状態機械を順序立てます – 充電管理ICがシリコンで実現し、次の終了グループが解剖するアーキテクチャです。
ピークを熱的シグネチャとして理解することで、その正しい役割が定まります。-ΔVは穏当な温度と十分な電流の下で好まれる急速充電停止ですが、冗長システムの1チャネルにすぎません。弁護可能な仕様は、-ΔVが有効な電流窓、セルあたりの低下しきい値と確認時間、dT/dtが優先される温かい始動条件、その他のあらゆる故障を制限するタイマーと絶対温度限界を明記します。
セル供給業者にとってこれは、充電器設計者が一般的な10ミリボルトの仮定を使わないよう、各製造グレードの実際のピークの大きさと時期を0.5Cと1Cで温度にわたって特性化することを意味します。電気化学グループは、保存、効率、圧力、熱、電圧ピークを説明してここで締めくくられ、次のグループはこれらの観測量を受けて、量産NiMH充電器の完全な終了アーキテクチャを構築します。
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