La méthode du delta-V négatif est la manière canonique de terminer une charge rapide NiMH, or elle repose sur un phénomène haut de quelques millivolts seulement : après avoir monté pendant la majeure partie de la charge, la tension aux bornes de la cellule atteint tranquillement un pic et chute d'environ 5 à 15 millivolts par cellule, et un chargeur précis doit saisir ce minime renversement sur un fond bruyant. Cet article de clôture du groupe électrochimie explique, à partir des premiers principes, pourquoi le pic existe en premier lieu – pourquoi une cellule qui reçoit encore un courant constant voit sa tension décliner – et pourquoi l'effet est plus petit, plus tardif et plus sensible à la température en NiMH que dans l'ancienne chimie nickel-cadmium pour laquelle la méthode fut originellement conçue.
La tension aux bornes en charge égale le potentiel positif moins le potentiel négatif plus la chute ohmique. Pendant la charge de masse les trois dérivent vers le haut à mesure que les électrodes traversent leurs plateaux de réaction et que la polarisation de concentration s'installe, d'où une tension qui monte. À charge pleine le positif est dominé par le dégagement d'oxygène, dont le potentiel est sensible à la température, tandis que le négatif repose sur son plateau d'hydrure et est chauffé par la recombinaison ; la cellule se réchauffe aussi rapidement pour les raisons quantifiées dans l'Article 4.
Une fois que la chaleur de recombinaison domine, les potentiels d'équilibre et cinétiques des électrodes chutent avec la température montante plus vite que la polarisation ne continue de monter, si bien que la tension aux bornes sommée cesse de grimper, s'arrondit en un pic et décline légèrement bien que le courant de charge soit inchangé. Le -ΔV est donc une signature thermo-électrochimique : c'est l'ombre de tension de la bouffée de chaleur de recombinaison, non un événement électrique indépendant.
Les guides de charge et les fiches techniques d'IC de charge placent la chute de charge pleine NiMH à environ 5 à 15 millivolts par cellule après le pic, et Analog Devices observe que ce n'est qu'environ la moitié de l'amplitude constatée en NiCd. L'électrode négative au cadmium du NiCd produit un changement de polarisation de fin de charge plus net et plus grand ; l'électrode à hydrure du NiMH et sa transition thermique plus douce donnent un pic plus gentil et plus plat, par là même plus facile à manquer.
Un petit signal exige une mesure soigneuse : une résolution suffisante, un registre de pic courant qui n'est jamais réinitialisé vers le bas par le bruit, et une confirmation sur plusieurs échantillons consécutifs pour éviter de terminer sur un transitoire. Le travail de Northeastern sur le chargeur solaire illustre le soin requis – le suivi de tension doit ignorer les moments où le courant lui-même vient de changer, puisqu'un échelon de courant déplace la tension pour des raisons ohmiques sans rapport avec la charge pleine.
Le -ΔV ne se forme que quand la recombinaison est assez vigoureuse pour chauffer la cellule de façon décisive, ce qui exige un courant suffisant. En dessous d'environ C/3 la production d'oxygène et l'auto-échauffement sont trop progressifs et la courbe de tension s'aplatit simplement au lieu de se renverser – l'échec bien documenté du -ΔV aux faibles courants de charge, où un analyseur ou un chargeur ne voit jamais de signal d'arrêt et risque une surcharge indéfinie. C'est pourquoi la charge lente s'appuie sur des minuteurs tandis que la charge rapide peut s'appuyer sur le -ΔV.
Inversement à 1C le pic est plus grand et arrive plus tôt en termes d'état de charge, mais il est aussi plus brusque et accompagné de plus de chaleur et de pression, rétrécissant la marge entre une détection nette et un dépassement en surcharge abusive. Courant de charge et seuil de terminaison sont donc une paire assortie, non des réglages indépendants.
Le pic étant à médiation thermique, une cellule qui démarre chaude montre une plus petite chute : à température élevée le potentiel de dégagement d'oxygène est déjà réduit, et l'échauffement de fin de charge additionnel change moins les potentiels, si bien que le renversement peut rétrécir jusqu'à devenir indétectable – la condition « quasi inexistant à hautes températures » relevée dans la littérature des chargeurs. Une cellule à démarrage à froid montre l'opposé, un pic plus grand mais retardé. Les chargeurs associent par conséquent le -ΔV au dT/dt, afin que le signal thermique couvre la condition chaude où le signal de tension échoue.
La tradition des notes d'application ST consistant à détecter le point d'inflexion de la courbe de tension plutôt que d'attendre un plein renversement est une réponse directe à la chute peu profonde du NiMH : terminer au changement de seconde dérivée saisit la charge pleine plus tôt, limitant l'échauffement même qui effacerait sinon le signal et prolongeant la vie de la cellule.
Plusieurs événements se déguisent en pic de charge pleine. Au démarrage de charge la tension d'une cellule froide peut chuter en se réchauffant ; une fluctuation de courant dans un chargeur solaire ou alimenté par USB déplace la tension de façon résistive ; une chaîne série mal appariée produit des pics par cellule à différents moments qui brouillent le signal au niveau du pack ; et la résistance de contact dans un support sale ajoute de la dérive. Un micrologiciel robuste n'arme la détection qu'après une fraction de charge minimale, exige que la tension ait dépassé un seuil, suit un maximum propre et réclame un déclin soutenu d'une ampleur fixée.
La première figure animée superpose le pic de tension et l'inflexion de température simultanée, montrant leur origine commune ; la seconde séquence une machine à états qui arme, suit le pic, confirme le -ΔV sur échantillons et contre-vérifie le dT/dt avant de passer au complément – l'architecture réalisée en silicium par les IC de gestion de charge et disséquée dans le groupe de terminaison qui suit.
Comprendre le pic comme une signature thermique fixe son juste rôle : le -ΔV est l'arrêt de charge rapide préféré sous températures modérées et courant adéquat, mais c'est un canal dans un système redondant. Une spécification défendable énonce la fenêtre de courant dans laquelle le -ΔV est valide, le seuil de chute par cellule et le temps de confirmation, la condition de démarrage chaud sous laquelle le dT/dt prend le pas, et les limites de minuteur et de température absolue qui bornent toute autre défaillance.
Pour un fournisseur de cellules cela signifie caractériser l'amplitude et la chronologie réelles du pic de chaque grade de production à 0,5C et 1C selon la température, afin que les concepteurs de chargeurs n'utilisent pas une hypothèse générique de 10 millivolts. Le groupe électrochimie se clôt ici après avoir expliqué le stockage, le rendement, la pression, la chaleur et le pic de tension ; le groupe suivant reprend ces observables et bâtit l'architecture complète de terminaison d'un chargeur NiMH de production.
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