Concevoir la banque de stockage pour un moniteur flottant signifie convertir l'architecture du précédent article en chiffres concrets et en un boîtier physique qui survit à l'eau salée. Le concepteur doit choisir le nombre de cellules et leur disposition, quelle quantité d'énergie stockée achète le nombre visé de jours couverts, comment le pack fournit les impulsions de moteur et de radio sans affaissement, comment le contrôleur de charge solaire traite une banque NiMH différemment d'une banque lithium, et comment l'ensemble est construit pour résister à l'humidité, la condensation et la corrosion qui détruisent les packs moins robustes sur l'eau. Ce deuxième article parcourt ces décisions pour le nickel-hydrure métallique : traduire un objectif d'autonomie de sept jours et un rail de type douze volts en un pack série-parallèle, dimensionner le réservoir d'impulsions local, définir un régime de charge adapté au milieu marin, sélectionner des cellules à faible auto-décharge, concevoir une construction anticorrosion et antivibratoire, et ajouter la redondance et la surveillance qui permettent à une bouée de continuer à diffuser des données hydrologiques fiables même lorsqu'une branche ou une cellule commence à vieillir.
Le dimensionnement part de l'exigence d'autonomie plutôt que du rail. Prenez la charge moyenne par cycle en watts, multipliez par vingt-quatre heures et par le nombre visé de jours couverts – sept dans de nombreuses bouées commerciales, davantage dans les déploiements à haute latitude ou de mousson – pour obtenir les wattheures que la banque doit fournir avec une recharge négligeable, puis divisez par la profondeur de décharge utilisable, le wattheure par cellule et un déclassement pour la température et le vieillissement calendaire. Le résultat est la capacité parallèle minimale ; le nombre en série est fixé séparément par le rail du système.
Un bus nominal de douze volts se construit naturellement à partir de dix cellules NiMH en série (10 fois 1,2 V), avec des branches parallèles ajoutées pour la capacité ; les rails d'enregistreur à plus basse tension utilisent moins de cellules avec un convertisseur. Comme la tension de fin de décharge NiMH par cellule est proche d'un volt, le concepteur vérifie que le régulateur fonctionne encore au bas du pack, et non au nominal. Intégrer l'énergie d'une ou deux cellules parallèles supplémentaires est moins coûteux qu'une sortie en bateau pour secourir une bouée qui s'effondre dès sa première mauvaise semaine.
Les packs NiMH multi-cellules doivent être assemblés à partir de cellules appariées, car les branches en série ne sont aussi solides que leur membre le plus faible : une discordance de capacité et d'impédance amène certaines cellules à atteindre la décharge d'abord et d'autres à absorber une surcharge disproportionnée pendant l'appoint solaire. L'approvisionnement en cellules appariées et triées et l'utilisation d'interconnexions soudées cohérentes maintiennent un comportement uniforme des branches. Le NiMH pardonne mieux la surcharge que le lithium-ion, ce qui est un véritable avantage dans un système de charge marin simple, mais l'appariement détermine néanmoins la durée de vie en cycles atteignable.
Les branches parallèles augmentent la capacité et offrent une dégradation gracieuse – si une branche faiblit, les autres portent la charge –, tandis que le nombre en série définit la tension. La conception du pack documente l'orientation des cellules, la soudure des languettes, l'isolation entre les branches et des points de test accessibles afin que les branches vieillissantes puissent être diagnostiquées lors des visites de maintenance. Cette construction modulaire et appariée est ce qui permet à une banque de bouée de fournir son autonomie nominale année après année plutôt que seulement à l'état neuf.
La charge moyenne dimensionne la banque d'énergie, mais le courant d'appel d'un moteur d'essuie-glace ou d'une pompe et l'impulsion d'émission d'une radio cellulaire peuvent exiger brièvement plusieurs fois cette moyenne. Comme dans la conception des nœuds capteurs, un réservoir local – un supercondensateur ou une banque de condensateurs à faible ESR maintenue au rail – fournit l'impulsion instantanée tandis que les branches NiMH le rechargent entre les événements. Le dimensionnement utilise l'énergie d'impulsion et la chute de tension maximale admissible, et le réservoir est placé physiquement près de la charge pour minimiser l'impédance de boucle.
Cela importe davantage sur une bouée qu'à terre, car un signal cellulaire faible au bord de l'eau fait émettre la radio plus longtemps et à plus haute puissance, précisément lorsqu'un pack NiMH froid ou partiellement déchargé a sa plus haute impédance. Un réservoir correctement dimensionné empêche les réinitialisations de l'enregistreur et les téléversements échoués sans obliger toute la banque à être surdimensionnée pour une impulsion durant une fraction du cycle, économisant poids et volume sur une plateforme où les deux sont contraints.
Un contrôleur de charge marin pour une banque NiMH diffère d'un système de gestion de batterie lithium : il n'a pas besoin du serrage de tension serré par cellule qu'exige le lithium-ion, mais le contrôleur doit encore limiter le courant de charge à la capacité des cellules, terminer ou atténuer la charge complète par -delta-V, élévation de température ou une minuterie sûre, empêcher le courant inverse nocturne et gérer les appoints superficiels fréquents qui sont la condition normale sur l'eau. Un profil prudent à compensation thermique protège la banque à travers la chaleur d'un boîtier flottant.
Comme la plateforme est rechargée de manière répétée et peu profonde plutôt que fortement cyclée, le contrôleur est réglé pour maintenir la banque dans sa bande médiane saine et traiter la charge complète comme un événement occasionnel plutôt qu'un objectif quotidien. Le verrouillage de charge à basse température est fixé à la limite nominale des cellules ; notamment le NiMH peut accepter une certaine charge sous le point de congélation là où le lithium-ion ne le peut pas, un avantage dans les déploiements en eau froide qui est approfondi dans l'article sur les stations météo. Le contrôleur signale aussi l'état de charge et de santé afin que la plateforme à terre signale une banque dégradée avant qu'elle ne cause une lacune de données.
Le boîtier mécanique est l'endroit où les packs marins survivent ou échouent. Les cellules reposent derrière la barrière de coque IP68 dans un compartiment sec et drainé ; les interconnexions sont soudées plutôt qu'à ressort pour survivre au mouvement continu ; les barres omnibus et languettes utilisent un placage anticorrosion ; chaque connecteur est évalué pour l'environnement et protégé contre la condensation ; et l'ensemble est enduit de conformité ou enrobé là où c'est approprié pour arrêter la progression du sel. L'enrobage fixe aussi les cellules contre les vibrations et conduit la chaleur vers la coque.
Le placement thermique évite de garer le pack contre des surfaces sombres chauffées par le soleil, car une chaleur soutenue accélère le vieillissement calendaire NiMH, tout en permettant à la modeste chaleur de charge de s'échapper. Des barrières d'humidité, un dessiccant dans le compartiment et un évent qui équilibre la pression sans admettre d'eau complètent le boîtier. La discipline consiste à traiter la corrosion et la condensation comme des variables de conception dès la première disposition, et non comme des problèmes de terrain à découvrir après le déploiement.
Comme une bouée coûte cher à visiter, la redondance est intégrée : les branches parallèles se dégradent gracieusement, une réserve séparée peut maintenir l'enregistreur et les dernières données connues à travers une panne, et le contrôleur journalise la tension et la température par branche afin qu'une cellule vieillissante soit prédite plutôt que subie. Les intervalles de maintenance sont ensuite fixés à partir de données réelles d'état de santé, la longue durée de vie en cycles de la banque NiMH gardant ces intervalles longs.
Le plan de validation rejoue un scénario du pire cas au banc : une source programmable imite sept jours solaires sombres, des charges électroniques rejouent les impulsions de sonde, d'essuie-glace et de radio à des températures froides et chaudes, et le pack doit maintenir le rail à travers chaque téléversement et se rétablir pleinement au retour de l'ensoleillement. Réussir ce rejeu – avec la qualification marine formelle du dernier article – est ce qui transforme un ensemble de cellules en une banque de stockage à laquelle un exploitant peut se fier sur l'eau pendant des années.
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