Un courant élevé constant ne laisse à une cellule NiMH aucun temps pour reprendre son souffle : les gradients de concentration se raidissent, l'oxygène s'accumule et la température monte sans répit. La charge par impulsions et intermittente interrompt délibérément le courant par des repos ou des intervalles à courant réduit, durant lesquels les protons se redistribuent, l'oxygène se recombine et la pression et la température se relâchent – rachetant de fait une marge de charge rapide. Cet article analyse les mécanismes physiques par lesquels la pulsation aide, passe en revue les choix de rapport cyclique et de fréquence rapportés dans la pratique des chargeurs et de la recherche, distingue les véritables bénéfices du folklore, et expose comment concevoir un profil intermittent dont le courant moyen, le courant de pointe et le ratio de repos sont adaptés aux constantes de temps de relaxation d'une cellule donnée.
Lorsque le courant de charge est retiré, trois processus de relaxation commencent. Les gradients de concentration à l'intérieur de l'électrode positive épaisse s'aplatissent par diffusion à l'état solide, réduisant la polarisation qui avait avancé le début de l'oxygène ; l'oxygène généré durant l'impulsion continue de diffuser vers le négatif et de se recombiner sans qu'un nouvel oxygène soit produit, si bien que la pression interne chute ; et la chaleur se dissipe sans nouvel apport de Joule, abaissant la température de pointe. Chaque processus a sa propre constante de temps, de secondes pour la relaxation thermique et électrique à plus long pour la diffusion gazeuse et solide.
La prochaine impulsion démarre donc d'un état à plus basse pression et moindre polarisation que ce qu'un courant continu de même moyenne maintiendrait, ce qui est la base mécanistique de la capacité de la charge par impulsions à soutenir un courant de pointe plus élevé sans franchir le plafond de pression ou thermique.
Un profil d'impulsions est défini par le courant de pointe Ipk, le courant de repos (zéro ou une petite valeur), la période et le rapport cyclique ; courant moyen Iavg = rapport cyclique fois Ipk. Un chargeur peut fournir une moyenne donnée – et donc un temps de charge donné – avec un Ipk plus élevé et un rapport cyclique plus faible, rachetant des fenêtres de relaxation, mais pousser Ipk trop haut réintroduit des gradients raides et une grande tension instantanée dans chaque impulsion. L'optimum de conception équilibre l'amplitude de pointe contre la longueur de repos afin que la cellule se relâche significativement sans que l'impulsion ne devienne abusive.
La recherche sur les profils multi-étapes et pulsés (y compris les chargeurs NiMH solaires PWM et les schémas contrôlés MSCCC/ANFIS) traite systématiquement le courant moyen et la forme d'impulsion comme des variables de conception distinctes, un degré de liberté supplémentaire que la charge à courant constant n'a pas.
La fréquence des impulsions doit être adaptée à la relaxation qu'elle entend exploiter. Une commutation bien plus rapide que les constantes de temps de diffusion et de gaz (plage kilohertz) ne laisse aucun temps pour la relaxation physique et se comporte électriquement comme un courant continu avec une ondulation supplémentaire ; une commutation bien plus lente que nécessaire allonge simplement le temps de charge. Les profils intermittents bénéfiques opèrent sur des échelles de secondes à dizaines de secondes, où la recombinaison des gaz et la relaxation thermique progressent réellement entre les impulsions.
Les affirmations selon lesquelles une pulsation à très haute fréquence réalise une désulfatation spectaculaire ou une restauration de capacité dans les systèmes aqueux au nickel doivent être traitées avec prudence ; les bénéfices défendables et étayés par des preuves sont la relaxation des gradients, la gestion de la pression et le moyennage thermique à l'échelle des secondes, non de « fréquences magiques » de résonance.
L'intermittence est la plus précieuse là où la charge continue est la plus sollicitée – la bande terminale à SOC élevé. Remplacer une poussée constante à 1C au-dessus de 70 pour cent par des impulsions permet à l'oxygène accumulé de se recombiner durant les repos, aplatissant la montée de pression et de température et repoussant plus haut l'état de charge atteignable avant la terminaison. Les travaux de traction montrant une charge efficace à 93 pour cent sous contrôle de pression sont naturellement mis en œuvre comme un courant qui recule chaque fois que la pression ou son substitut thermique s'élève – un profil intermittent, piloté par retour.
La maintenance par impulsions après la charge (Article 9) est la limite à faible rapport cyclique du même principe : de courtes impulsions séparées par de longs repos correspondent à l'autodécharge sans recombinaison soutenue, illustrant un mécanisme couvrant à la fois charge rapide et maintenance.
Une grande partie de la littérature quantitative sur la charge par impulsions provient de travaux sur les lithium-ion visant à supprimer le placage de lithium ; ces bénéfices numériques ne se transfèrent pas directement au NiMH aqueux, dont le processus limitant est le dégagement et la recombinaison d'oxygène plutôt que le placage. Les affirmations NiMH crédibles reposent sur des comparaisons mesurées de pression, température et durée de vie en cycles face à un contrôle à courant constant à courant moyen égal et capacité fournie égale – le seul test équitable, puisqu'un profil pulsé qui fournit simplement moins de charge paraîtra « plus doux » pour des raisons triviales.
La première figure oppose la pression sous courant continu et pulsé à charge moyenne égale ; la seconde décompose les processus de relaxation durant un seul repos, donnant une base visuelle pour choisir la durée de repos à partir des constantes de temps mesurées plutôt que par devinette.
Partez du courant moyen requis et du plafond mesuré de la cellule limité par la recombinaison ; choisissez Ipk modérément au-dessus de la limite continue, fixez la longueur de repos d'après les courbes instrumentées de relaxation de pression et thermique, et ajustez le rapport cyclique pour atteindre Iavg ; puis validez par cycles face à un contrôle à courant constant à débit de charge égal, en comparant les pointes de pression, température, SOC de terminaison et rétention de capacité. Les critères de terminaison du groupe précédent s'appliquent inchangés, évalués durant les impulsions sur une base stable en courant.
Weijiang peut fournir les constantes de temps de relaxation de pression et thermiques pour les cellules candidates, permettant aux partenaires de dimensionner les repos des pulsations d'après une cinétique réelle. Un profil voisin avec un élément de courant négatif ajouté – la charge Reflex – mérite un examen séparé et fait l'objet du prochain article.
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