Quiconque conçoit toutes chimies confondues rencontre une apparente bizarrerie : les cellules lithium-ion se chargent avec un taper courant constant puis tension constante qui maintient une tension maximale précise, tandis que les chargeurs NiMH régulent le courant et guettent au contraire un pic puis une chute de tension. La différence n'est pas une convention – elle découle de la façon dont chaque chimie échoue à haut état de charge. Cet article compare les régimes courant constant, tension constante et CC-CV combiné, explique pourquoi une borne de tension ne peut pas « compléter » une cellule NiMH comme elle le fait pour une cellule lithium, clarifie ce que représente réellement le plafond souvent cité de 1,5 V par cellule, et tire les conséquences de conception pour les chargeurs multi-chimies et pour les ingénieurs qui transfèrent des habitudes lithium dans des systèmes au nickel.
Le courant constant (CC) maintient un courant fixe tandis que la tension trouve son propre niveau ; la tension constante (CV) maintient une tension fixe tandis que le courant décroît quand la cellule s'en approche ; CC-CV applique CC jusqu'à un seuil de tension, puis CV tandis que le courant décline jusqu'à une valeur de terminaison. Le lithium-ion utilise CC-CV car sa contrainte déterminante est une tension d'intercalation supérieure au-delà de laquelle se produisent le dépôt métallique et l'endommagement de la cathode : maintenir cette tension permet d'ajouter la dernière capacité à un courant sûr, toujours décroissant.
Le choix du régime est dicté par ce qui limite la charge à haut état de charge – un potentiel de tension dur pour le lithium, contre le dégagement de gaz et la recombinaison pour le NiMH, qu'une borne de tension ne contrôle pas.
Une cellule NiMH en fin de charge n'a pas de tension « pleine » stable à borner : la tension dépend du courant, de la température, de la résistance interne et de l'âge, culmine puis décline quand l'échauffement de recombinaison prend le relais (Article 5). Maintenir une tension fixe fournirait donc un courant non contrôlé et dépendant de la température – élevé dans une cellule froide à basse résistance et s'évanouissant dans une cellule chaude – et ne garantirait ni pleine charge ni ne limiterait la surcharge, car le processus dommageable, la recombinaison de l'oxygène, se produit à tout courant que la borne autorise.
Pire, à mesure que la cellule se réchauffe et que sa tension chute en pleine charge, une source CV augmenterait le courant pour maintenir la tension – une rétroaction positive qui entraîne davantage de recombinaison, davantage de chaleur et une tension encore plus basse, à l'opposé d'un taper sûr. Le NiMH exige par conséquent le courant comme grandeur contrôlée et des critères dérivés de l'état comme signal d'arrêt.
La documentation des chargeurs grand public décrit parfois la charge de masse jusqu'à environ 1,45 V par cellule et un maximum proche de 1,5 V ; ce ne sont pas des consignes CV mais des limites de tension protectrices et des marqueurs de transition de stade au courant prévalant. La valeur évolue avec la vitesse et la température – une cellule froide à 1C dépasse légitimement la tension d'une cellule chaude à C/2 – elle sert donc de plafond de défaut (une cellule au-dessus à courant modeste est suspecte) et de signal de transition multi-étages, jamais de tension à laquelle le courant est amené à achèvement.
Traiter 1,5 V comme une cible CV de style lithium est une erreur multi-chimies classique qui sous-charge les cellules chaudes et surcharge les cellules froides ; le bon équivalent NiMH de l'« achèvement » est la conjonction des critères de terminaison, non une tension.
Le courant étant la grandeur contrôlée, l'étage de puissance NiMH est conçu comme une source de courant régulée – un abaisseur à contrôle en mode courant, un régulateur linéaire à limitation de courant ou un interrupteur commandé par PWM avec mesure de courant – dont la machine à états commande la consigne aux niveaux rapide, complément et entretien. La tension est mesurée mais utilisée pour la qualification, la détection de défaut et l'inférence de terminaison, sans boucler de boucle de tension.
C'est pourquoi les CI de charge NiMH (la famille bq2002 et ses semblables) exposent des broches de contrôle de courant et de temporisation plutôt que des boucles de régulation de tension précises : leur problème de contrôle est de séquencer le courant et de détecter la terminaison, ce qui diffère fondamentalement de la tâche de tension précise d'un CI de charge lithium.
Un chargeur prenant en charge à la fois lithium et NiMH doit changer de topologie de contrôle selon le mode : une boucle CC-CV régulée en tension avec une précision serrée de la tension cellulaire pour le lithium, et une boucle régulée en courant avec terminaison -ΔV/dT/dt/minuteur pour le NiMH, le mode étant choisi par l'utilisateur ou une détection fiable de la chimie – jamais inféré de la seule tension, car une chaîne NiMH partiellement chargée peut se situer à des tensions quasi-lithium. La confusion multi-chimies est un véritable enjeu de sécurité, chaque régime étant dangereux pour l'autre chimie.
La première figure oppose les trajectoires de courant et de tension du CC-CV lithium au CC-plus-terminaison NiMH ; la seconde cartographie quelle variable est contrôlée et laquelle signale l'achèvement dans chaque régime, rendant l'inversion explicite.
Pour le NiMH, spécifiez un étage à contrôle de courant, définissez les niveaux de courant par régime, n'utilisez la tension que pour qualification/défaut/terminaison et n'implémentez jamais de taper à tension maintenue ; pour les produits multi-chimies, isolez les deux boucles de contrôle et rendez la sélection de chimie non ambiguë et à sûreté intégrée. Validez les profils NiMH selon la température pour montrer que l'achèvement est atteint par les critères de terminaison plutôt que par la tension, et confirmez qu'aucun chemin de contrôle ne peut augmenter le courant dans une cellule pleine qui se réchauffe.
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