Une chaîne en série charge toutes les cellules avec le même courant mais ne peut garantir qu'elles atteignent ensemble la charge à plein, et c'est dans cet écart que réside la plupart des problèmes NiMH au niveau du pack. Les cellules diffèrent légèrement en capacité, autodécharge et résistance dès la fabrication et divergent encore avec l'âge ; pendant la charge, ces différences font que certaines cellules atteignent le plein et entrent dans une recombinaison dommageable tandis que d'autres ont encore besoin de courant, et la tension au niveau du pack que surveille un chargeur simple devient une moyenne floue qui masque la maltraitance. Cet article explique comment la discordance se développe au fil d'une charge, pourquoi la première cellule pleine décide en pratique du sort de la chaîne, comment la discordance érode la terminaison et la durée de vie, et ce que l'appariement, la topologie et la surveillance peuvent faire – en préparation de l'article suivant sur l'équilibrage.
Même des cellules de production appariées présentent de faibles écarts de capacité et de résistance interne ; un stockage à des taux d'autodécharge différents et des historiques de température variés élargissent les écarts initiaux de SOC, et en service une température et un vieillissement non uniformes les amplifient – les cellules plus chaudes vieillissent plus vite et perdent de la capacité, ce qui les fait atteindre le plein plus tôt, ce qui les fait fonctionner plus chaudes : une boucle de divergence. Un pack bien apparié au départ ne le reste pas.
Quantifier l'écart entrant (classification par capacité, tri par résistance) borne la divergence initiale ; maîtriser le champ thermique (Article 28) borne la divergence en service ; aucune ne peut être éliminée, la stratégie de charge doit donc tolérer un écart résiduel.
Le courant série étant identique, la cellule ayant la plus petite capacité utilisable ou le SOC de départ le plus élevé atteint 100 pour cent en premier ; le courant continu de la chaîne la pousse dans la recombinaison d'oxygène et l'échauffement tandis que les cellules en retard continuent de stocker de la charge. La tension de la première cellule pleine culmine puis commence à baisser alors que les tensions des retardataires montent encore, de sorte que la tension sommée du pack – le seul signal que voit un chargeur au niveau chaîne – étale les pics individuels en une caractéristique large et faible (l'effet introduit à l'Article 6).
Le pack ne peut pas finir proprement : s'arrêter au pic de la première cellule sous-charge les retardataires, laisse de la capacité inutilisée et aggrave le déséquilibre perçu ; continuer à remplir les retardataires surcharge la première cellule pleine et gaspille sa vie à chaque cycle. La discordance transforme une décision unique en arbitrage.
Les cellules à plus haute résistance présentent des chutes de tension plus grandes et génèrent davantage de chaleur I-carré-R, et la recombinaison de la première cellule pleine ajoute encore de la chaleur ; celles-ci deviennent les cellules chaudes du pack (Article 28), et leur chaleur locale abaisse encore leur potentiel de dégagement d'oxygène, de sorte qu'elles se surchargent plus tôt encore. Discordance électrique et discordance thermique se renforcent donc mutuellement, localisant l'usure dans un sous-ensemble de cellules qui vieillissent avant les autres et finissent par tirer la capacité de tout le pack vers leur niveau.
La capacité du pack est fixée dans les deux sens par sa cellule la plus faible : la cellule de faible capacité se vide en premier à la décharge et se remplit en premier à la charge, donc réduire la discordance équivaut à récupérer de l'énergie utilisable et à prolonger la vie du pack.
Un -delta-V net suppose que toutes les cellules culminent ensemble ; avec la discordance, les pics individuels surviennent à des moments différents et s'annulent partiellement dans la somme, réduisant l'amplitude de la dépression au niveau du pack et la retardant jusqu'à ce que la majorité soit surchargée. Plus l'écart est grand, plus le chargeur doit s'appuyer sur la température et les minuteries – et plus les cellules leaders absorbent de maltraitance avant que ceux-ci ne se déclenchent. C'est une raison majeure pour laquelle des cellules appariées et, pour les grands packs, une supervision par cellule comptent plus que l'algorithme de terminaison du chargeur.
Les impulsions négatives Reflex (Article 14) peuvent relâcher marginalement la divergence en laissant les cellules leaders se détendre, mais elles ne remplacent ni l'appariement ni l'équilibrage actif et risquent d'inverser les cellules en retard en cas de surutilisation.
Le contrôle qualité entrant – classement par capacité et tri par résistance en classes serrées – est la première et la moins chère des défenses ; la topologie est la seconde (canaux de charge indépendants pour les petits packs grand public, supervision par cellule pour les chaînes plus grandes) ; la détection en vie enregistre la tension et la température par cellule pour signaler la divergence avant qu'elle ne devienne une panne. La première figure illustre comment les SOC des cellules s'éventailent au fil d'une charge série discordante ; la seconde compare la clarté de terminaison pour un appariement serré et lâche.
La décision s'échelonne avec la valeur du pack : un pack grand public de deux cellules repose sur le classement ; un pack de mobilité ou de traction justifie une surveillance par cellule et l'équilibrage actif examiné ensuite.
Spécifiez les classes d'appariement en capacité et résistance pour les cellules du pack, la divergence maximale admissible, la topologie de supervision et une stratégie de charge qui se termine sur des critères de cellule leader tout en limitant leur surcharge ; validez sur des chaînes délibérément discordantes pour confirmer la température et la surcharge de la cellule leader dans le pire des cas. Weijiang fournit des ensembles gradés et appariés avec un écart documenté et des conseils sur la divergence, offrant aux constructeurs de packs un point de départ maîtrisé. La technique associée qui réduit activement la divergence pendant la charge – l'équilibrage des cellules – fait l'objet du prochain article.
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