スマート充電制御――多段電流、適応型終了、残量計測――はいずれもセルの充電状態を知ることを前提とするが、NiMHは推定が最も難しい化学種の一つである。開回路電圧は使用可能範囲でほぼ平坦に保たれ、リチウム設計者が享受する便利な電圧からSOCへの対応付けが使えないため、推定器は時間にわたって電流を積分し、その後、積分が必然的に蓄積するドリフトと闘わなければならない。本稿では、なぜOCV参照がNiMHでは通用しないのかを説明し、クーロン計測による推定器とその誤差予算を構築し、充電効率と自己放電を無視するのではなくモデル化しなければならない方法を示し、充電時間中のSOC推定を電流を操るのに十分信頼できる状態に保つアンカリングとリセットの戦略を示す。
リチウムセルでは、休止電圧が充電状態にかなりよく対応し、推定器に無料のリセットを与える；NiMHでは、ニッケル電極の二相反応が範囲の大部分で本質的に一定の電位を保ち、水素化物負極の圧力プラトーも同様に平坦である。測定された開回路電圧はSOC 20から80パーセントまで数十ミリボルトしか変化せず、温度、経年、ヒステリシスによるばらつきよりはるかに小さいため、そこでSOCを分解できる電圧参照は存在しない。
充電中は問題がさらに深刻である：端子電圧は電流と抵抗に比例する過電圧とオーム降下に支配され、充電という行為自体が平衡情報を覆い隠す。電圧が価値を保つのは両端（深放電の認定、充電終了ピーク）と、前グループの終了信号としてのみであり、充電途中のSOC計としてではない。
実用的な推定器は正味電流を積分する：SOC(t) = SOC0 + (1/Cap) 積分 eta(I,T,SOC) I dt、自己放電を差し引く。各項は誤差を伴う。電流センサーにはランプ状に積分されるオフセットとゲインの誤差があり；容量Capは経年とともに減退し；効率etaは1未満で、論文2で確立されたように充電状態、電流、温度によって変化し；SOC0自体も挿入時に不確かである。誤差は単調に蓄積するため、無補正の計測は1回の充電内で数パーセント、多くのサイクルではひどくドリフトする。
予算を定量化する――センサーオフセットをミリアンペアから1時間あたりのパーセントに換算した値、経年による容量の不確かさ、最後の帯域に集中するetaの誤差――ことで、設計者は推定をどのくらい頻繁に、どれほど強く再アンカーしなければならないか、またその精度が充電電流段階を選ぶのに十分かを知ることができる。
満充電付近では充電受け入れ性が低下するため（論文2）、供給されたすべての電流を蓄積電荷として計数すると、制御が最も敏感な最後の帯域でまさにSOCを過大評価する；推定器は流入電流に状態依存の効率 eta_Q(SOC,I,T) を乗じなければならず、充電中期に高く、酸素発生の膝を過ぎると低下する。自己放電は温度に強く依存し新品セルで高く、休止中に差し引かなければならない。さもないと、充電器に残されたセルが部分的に空になっているのに誤って満充電と信じられる。
低自己放電の化学種はこの項を減らすが消しはしない；モデルは通常、温度とともに上昇する小さな等価漏れ電流である。etaと自己放電を含めることで、素朴なアンペア時計数器が、モデルベース補正に十分な程度に残留誤差が境界づけられた物理的な電荷収支に変わる。
OCVリセットがなければ、NiMHのアンカーは既知の端点と動的なシグネチャから得られる。完全で基準により終了した充電は高SOCアンカー（満充電付近）を確立し；カットオフまでの制御された放電は低SOCアンカーを確立し；充電終了の電圧ピークと熱的変曲点、および放電終了の電圧の膝は、負荷下で観測可能なイベントアンカーである。アンカー間では推定器が推測航法で計算し、各アンカーが積分された推定を既知の値へ引き戻す。
常時接続された機器――ハイブリッド車、バックアップシステム――では、反復され予測可能な充放電サイクルが頻繁なアンカーを提供し、これがOCVが平坦にもかかわらずハイブリッドでNiMHのSOC推定が比較的扱いやすい理由である；散発的に使われる民生用充電器では挿入時SOCは通常不明で、推定器は来るべき満充電アンカーに依存しなければならず、最初のサイクルではSOCベースより終了ベースの電流制御が好まれる。
より高い精度が必要な場合、等価回路または電気化学モデルが状態オブザーバー――電流積分を電圧予測と融合し、モデルと測定が不一致になるたびにSOC（場合により抵抗と容量も）を補正する拡張または適応カルマンフィルタ――と組み合わされる。二次のRandles等価回路と適応拡張カルマンフィルタを用いた報告済みのNiMH研究では、初期誤差40パーセントからでもSOCを約±3パーセント以内に維持し、モデルベースのオブザーバーが純粋な計数では不可能だった悪いSOC0から回復する方法を示している。
最初の図は使えないOCV参照とクーロン計測のドリフト・アンカー挙動を対比し；2番目は計測、効率による積分、モデルによる電圧予測、補正という推定ループを順序立てる。このアーキテクチャは後続のモデル化論文で展開される。
充電器設計の実用的な階層は次のとおりである：基準による終了を権威ある満充電アンカーとして使う；アンカーされた推定が存在する場合にのみSOC対応の電流段階化を使う；積分を正直に保つためetaと自己放電をモデル化する；製品の精度要件が校正コストを正当化する場合にのみオブザーバーを追加する。長いサイクル系列にわたって基準計測器に対して推定器を検証し、意図的にSOC0誤差をまき、温度を変化させ、公称ではなく最悪時のSOC誤差を報告せよ。
Weijiangは、各グレードの効率項と漏れ項をパラメータ化する充電受け入れ性と自己放電の特性評価を提供する。次の論文では、終了と推定の両方に供給される測定――内部抵抗とインピーダンス――と、電気化学的インピーダンス分光法が充電制御にどう情報を与えるかを考察する。
Weijiang Power は、民生、産業、医療、モビリティの顧客向けにニッケル水素セル、組み合わせたパック、充電対応構成を設計・製造し、充電プロトコルの指導、IEC 61951-2性能ファイル、IEC 62133-1安全証拠、充電器の共同検証でパートナーを支援する。セル形状、充電レート、熱的範囲、サイクル目標をお知らせいただければ、当社エンジニアが稼働時間と寿命の両方を守るセルと充電の組み合わせを選定する。製品ページで製品ラインをご確認ください。
