L'équilibrage est le pendant actif de l'appariement des cellules : il réduit la divergence d'état de charge créée par la discordance en série (Article 29) afin que les cellules approchent ensemble de la charge à plein et que le chargeur puisse terminer sans sacrifier les retardataires ni malmener les leaders. L'équilibrage NiMH diffère de l'équilibrage lithium d'une manière cruciale – le courant de surcharge est consommé par la recombinaison interne plutôt que stocké, donnant à la chimie une tendance auto-égalisatrice limitée qu'un concepteur peut exploiter mais ne doit pas surestimer. Cet article compare l'équilibrage passif et actif et une troisième approche propre au NiMH – la mise en forme du profil de charge – et explique comment dimensionner et temporiser l'équilibrage afin qu'il travaille avec la chimie de recombinaison plutôt que contre elle.
Dans les packs lithium l'équilibrage est essentiel car toute surcharge est dangereuse ; en NiMH, le négatif surdimensionné et la boucle de recombinaison tolèrent une surcharge bornée, et la cellule leader, une fois pleine, « absorbe » efficacement le courant continu sous forme de chaleur pendant que les retardataires rattrapent – un mécanisme d'auto-équilibrage passif rudimentaire. C'est pourquoi de simples packs NiMH peuvent se charger en série sans aucun équilibreur : la surcharge contrôlée des leaders est précisément la façon dont les retardataires sont remplis.
Le coût est exactement l'usure de surcharge des Articles 21 à 23, localisée dans les cellules leaders ; l'équilibrage conçu vise à remplir les retardataires tout en minimisant cette surcharge forcée des leaders, échangeant du matériel ajouté contre une plus longue vie du pack et une fin de charge plus propre.
L'équilibrage passif commute une résistance aux bornes des cellules les plus hautes pour dériver une partie du courant (ou pour les décharger pendant les repos), maintenant les leaders près du plein tandis que le courant continue vers les retardataires ; il est simple et bon marché mais dissipe l'énergie en chaleur – gênant dans un pack qui gère déjà la chaleur de charge – et il est lent, car les courants de dérivation pratiques sont petits par rapport au courant de charge, donc il fonctionne mieux aux faibles courants de la bande terminale ou pendant les repos plutôt que face à une charge de masse à 1C.
Pour le NiMH, l'équilibrage passif est le plus efficace comme égaliseur de fin de charge et de repos : à mesure que le courant descend près du plein, de modestes courants de dérivation deviennent comparables au courant de charge et peuvent réellement retenir les leaders pendant que les retardataires achèvent, s'alignant naturellement sur un profil multi-étapes.
Les équilibreurs actifs déplacent l'énergie des cellules hautes vers les cellules basses (topologies à condensateur, inductance ou transformateur) avec moins de chaleur perdue, égalisant plus vite et à des courants effectifs plus élevés ; ils conviennent aux grands packs de traction et de mobilité à haute valeur, où la vie du pack et l'efficacité énergétique justifient le coût. Pendant la charge ils prennent continuellement l'excédent des leaders et le livrent aux retardataires, gardant la chaîne tendue afin que toutes les cellules culminent ensemble et que le -delta-V du pack retrouve sa clarté (Article 29).
Leur commande doit être conciliée avec l'OCV plat du NiMH (Article 16) : comme la tension révèle à peine le SOC à mi-charge, les décisions d'équilibrage actif gagnent à se fonder sur le comportement de fin de charge, les comptages de coulombs ou la synchronisation relative des pics plutôt que sur les différences de tension à mi-charge, qui reflètent surtout la discordance de résistance et de température.
Une troisième approche propre au NiMH égalise par le profil de charge lui-même : la charge par impulsions avec repos permet aux cellules leaders de se relâcher et de s'autodécharger partiellement par recombinaison tandis que les retardataires continuent d'absorber aux impulsions suivantes (Article 13) ; les impulsions négatives Reflex déchargent brièvement toute la chaîne, les leaders cédant relativement plus (Article 14) ; et terminer tôt la charge de masse puis finir à faible courant donne à l'auto-égalisation par recombinaison le temps de rapprocher les cellules à contrainte minimale. Ces méthodes réduisent la divergence sans matériel de puissance par cellule.
La mise en forme de charge ne peut corriger une grande discordance et gagne à être combinée à un appariement d'entrée serré ; elle est cependant quasi gratuite et c'est pourquoi un profil multi-étapes/à impulsions bien conçu gère à la fois le gaz et équilibre partiellement.
Le courant d'équilibrage requis découle de la divergence attendue par cycle : estimez l'écart en ampères-heures accumulé entre les occasions d'égalisation et dimensionnez le courant de dérivation/transfert et la fenêtre d'égalisation pour le résorber, en concentrant l'action en fin de charge et pendant les repos où le NiMH égalise le plus efficacement. La commande doit utiliser la logique cellule-la-plus-chaude et première-pleine des Articles 28 à 29, éviter d'équilibrer une cellule défectueuse et journaliser la divergence résiduelle comme indicateur de santé.
La première figure compare la façon dont les approches passive, active et de mise en forme rapprochent des SOC divergents ; la seconde séquence une stratégie combinée d'appariement serré, charge mise en forme et égalisation active de bande terminale.
Spécifiez la classe d'appariement, la topologie et le courant d'équilibrage, la base de SOC pour les décisions (comportement de fin de charge plutôt qu'OCV plat à mi-charge), et l'interaction avec la terminaison et la commande thermique ; validez sur des chaînes délibérément vieillies et discordantes pour montrer que les leaders restent dans les limites de surcharge et de température tandis que les retardataires atteignent le plein. Weijiang fournit des ensembles appariés et les données de comportement des cellules nécessaires pour dimensionner l'équilibrage, prenant en charge aussi bien les simples packs auto-égaliseurs grand public que les packs de mobilité à équilibrage actif. Le prochain volet de la série quitte la cellule et le pack pour examiner comment la charge diffère selon les grands mondes d'application.
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