Une cellule unique se charge dans un plateau ouvert avec de l'air tout autour ; un pack se charge dans un volume contraint où les cellules intérieures ne peuvent pas évacuer la chaleur aussi facilement que les cellules de surface, et où une cellule chaude peut modifier le comportement de toute la chaîne. La gestion thermique au niveau du pack est donc une condition préalable à la charge rapide de NiMH multi-cellules, et non un point ajouté après coup. Cet article couvre la conception thermique d'un pack NiMH en charge – comment la chaleur est générée et distribuée, comment les chemins de conduction et de flux d'air doivent être agencés, où les capteurs de température doivent se trouver et combien sont nécessaires, et pourquoi le courant de charge doit toujours être régi par la cellule la plus chaude plutôt que par la cellule moyenne – afin de maintenir chaque cellule dans la plage que définissent les articles sur cellule unique.
Dans un pack, les sources de chaleur varient : les cellules intérieures ont une résistance thermique à l'ambiance plus élevée et tournent plus chaudes que les cellules de bord ; les cellules à résistance interne légèrement plus élevée génèrent plus de chaleur I-carré-R ; et les premières cellules à atteindre la charge complète entrent en recombinaison exothermique tandis que d'autres acceptent encore la charge, concentrant la chaleur aux endroits déjà les plus avancés. Des gradients thermiques apparaissent donc et s'accentuent dans la bande de fin de charge, même parmi des cellules nominalement appariées.
Une « température de pack » globalisée masque ces gradients ; la conception doit raisonner sur le champ de température spatial, qu'un réseau électro-thermique multi-nœuds (Paper 18) peut prédire à partir de la géométrie et des pertes avant le prototypage.
Les cellules doivent être agencées pour que chacune dispose d'une voie d'évacuation thermique définie : des supports ou enrobages thermoconducteurs reliant les cellules à un châssis ou à une paroi extérieure, des cadres porteurs métalliques qui répartissent la chaleur, et l'évitement d'empilements intérieurs entièrement isolés sans voie de sortie. Les cellules cylindriques en contact étroit conduisent la chaleur entre voisines – utile pour répartir, mais capable de propager un point chaud – de sorte que l'espacement, la conductivité des supports et la pression de contact sont des variables de conception ayant un effet réel sur la température de pointe pendant la charge.
Pour les packs à haut régime, un matériau d'interface thermique vers une plaque de répartition ou une paroi du boîtier transforme tout le logement en radiateur ; le courant de charge soutenable est en fin de compte fixé par la résistance thermique de cette chaîne vers l'ambiance.
Lorsque la convection est disponible, les canaux de ventilation doivent s'aligner sur la direction naturelle de flottabilité et éviter les poches mortes ; espacer les cellules pour laisser l'air circuler l'emporte sur un bloc serré pour la charge rapide, même à une modeste pénalité de volume. Un flux d'air forcé pendant la charge aplatit fortement les gradients et permet un courant plus élevé, mais le contrôleur doit connaître l'état du ventilateur – un ventilateur bloqué modifie la résistance thermique, et le profil de charge doit se déclasser vers le cas sans flux d'air plutôt que de supposer un refroidissement défaillant.
La commutation du ventilateur crée aussi des artefacts dT/dt (Paper 7), de sorte que la terminaison thermique doit utiliser des mesures filtrées et éviter de prendre un refroidissement induit par le ventilateur pour un état sûr.
Les NTC doivent mesurer les cellules les plus susceptibles d'être les plus chaudes – positions géométriquement intérieures, les plus proches d'une source de chaleur externe et (lorsque c'est connu) les cellules à plus haute résistance – plutôt que les cellules extérieures facilement accessibles. Un capteur unique n'est acceptable que pour les petits packs quasi isothermes ; les packs plus grands en nécessitent plusieurs, et le courant de charge ainsi que la terminaison sont régis par la lecture maximale : la cellule la plus chaude fixe la limite de recombinaison et de vieillissement pour toute la chaîne, puisque le courant est commun à toutes les cellules en série.
Un bon couplage mécanique (Paper 7) – capteur clipsé ou collé à un corps de cellule, et non à la carte PCB – et un contrôle de défaut de capteur complètent la conception de la détection ; une cellule chaude non mesurée est la cause classique des incidents de surcharge au niveau du pack.
Le contrôleur de pack combine l'image thermique spatiale avec l'image électrique par cellule : déclasser le courant à partir de la cellule la plus chaude, terminer la chaîne lorsque les premières cellules atteignent les critères d'arrêt valides, et utiliser l'équilibrage (les prochains articles) pour réduire la dispersion qui crée les cellules chaudes. La première figure oppose les distributions de température d'un pack non géré et d'un pack thermiquement géré ; la seconde séquence la boucle de gouvernance de la cellule la plus chaude.
Prédire le terrain avec un modèle thermique, confirmer par des charges de prototype instrumentées de thermocouples à ambiance pire cas et flux d'air bloqué, et valider qu'aucune cellule ne dépasse sa plage de cellule unique est l'équivalent pack de la qualification mono-cellule.
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