Das Beenden des Schnellladens ist nicht das Ende des Ladens. Eine NiMH-Zelle, die am -ΔV-Punkt gestoppt wird, ist nahezu voll, aber selten perfekt voll; in dem Moment, in dem der Strom entfernt wird, beginnt sie sich zu entladen. Ladegeräte fügen daher ein Top-Off bei reduziertem Strom hinzu, um die Ladung zu vervollständigen, und ein Wartungsregime, um sie dort zu halten – und gerade in diesem scheinbar sanften Abschluss werden viele Batterien still ruiniert, denn selbst ein kleiner kontinuierlicher Strom in eine volle Zelle ist kontinuierliches Überladen. Diese Arbeit unterscheidet Top-Off von Erhaltungsladung und Wartung, quantifiziert die Ströme und Dauern, die die Zelle tolerieren kann, und erklärt, warum die Impuls-Wartung eine konstante Erhaltungsladung für eine lange Lebensdauer übertrifft.
Die Schnellbeendigung bei -ΔV oder am Wendepunkt stoppt bewusst etwas früher, um den heißesten Teil der Rekombinationsregion zu vermeiden, und bei 1C oder C/2 kann die Zelle noch einige Prozent unter der vollen Kapazität liegen. Die ICs der bq2002-Familie bieten ein optionales Top-Off genau für Chemien, die „dazu neigen, vor Erreichen der vollen Kapazität zu terminieren“: Nachdem das Schnellladen endet, wird für eine gewählte Periode bei reduzierter Rate weitergeladen, um die letzten Prozent ohne anhaltendes hochstromiges Überladen hinzuzufügen.
Top-Off-Strom und -Dauer sind begrenzt, sodass das gesamte Überladen klein bleibt: Es ist eine endliche, zeitgeberbeendete Phase, kein offenes Auslaufen, und ihr Zweck ist, die Ladung zwischen den Zellen anzugleichen und die letzten Prozent zu füllen, statt die Zelle unbegrenzt voll zu halten.
Ein konstanter Erhaltungsstrom in eine bereits volle Zelle wird vollständig von der Sauerstoff-Rekombinationsschleife verbraucht und in Wärme verwandelt; dauerhaft gehalten, lässt er die negative Elektrode permanent oxidieren, beschleunigt die Elektrolytaustrocknung und Korrosion und verschlechtert die katalytische Aktivität der Hydridlegierung, sodass der Innendruck über die Lebensdauer steigt. Das Panasonic-Ladehandbuch stellt klar, dass ausgedehnte Erhaltungsladung Verschlechterung verursacht und die am wenigsten bevorzugte Methode ist; falls verwendet, sollte sie auf etwa 0,033C bis 0,05C für nicht mehr als rund 20 Stunden begrenzt werden.
Diese Zahlen kodieren die Rekombinationskapazität einer kleinen Zelle: Ströme nahe C/20 liegen an der Grenze dessen, was ohne kumulativen Schaden rekombiniert werden kann, und selbst dann nur für ein begrenztes Intervall; danach muss das Laden enden, statt als Strategie „für immer voll“ weiterzugehen.
Die Impuls-Wartung ersetzt einen kontinuierlichen Strom durch kurze Ladepulse, getrennt durch lange Pausen, so bemessen, dass der mittlere Strom lediglich die Selbstentladung der Zelle ausgleicht, statt kontinuierliche Rekombination zu erzwingen. Die IC-Klasse bq2002 bietet genau aus diesem Grund wählbare Impuls-Erhaltungsraten; ein Ladegerät kann eine Zelle nahe voll halten und den Elektroden sowie dem Gasgleichgewicht zwischen den Pulsen Erholungszeit geben, was das zeitgemittelte Überladen und die Erwärmung drastisch reduziert.
Die Impuls-Wartung zu entwerfen bedeutet, den Selbstentladungsstrom bei der Haltetemperatur zu schätzen – höher warm, niedriger kalt – und das Tastverhältnis so zu setzen, dass die Netto-Ah-Stunden ihn ausgleichen, wobei die Zelle die meiste Zeit im Leerlauf verbringt. Das ist weit schonender als ein konstanter Strom desselben Spitzenwerts, weil die Rekombination intermittierend und nicht dauerhaft ist.
Eine Zelle für den sofortigen Einsatz zu 100 Prozent zu halten, ist ein legitimes Ziel für ein Gerät, das immer bereit sein soll, aber es ist der belastendste Langzeitzustand; für Zellen, die gelagert werden, ist bewährte Praxis, sie in einem teilweisen Zustand zu laden, zu nutzen oder zu lagern (üblicherweise etwa 30 bis 40 Prozent genannt) und nach dem Laden oder Entladen vor dem nächsten Ereignis Abkühlung zu erlauben. Ein Ladegerätedesign sollte daher „im Ladegerät für bevorstehenden Einsatz halten“ von „für die Lagerung vorbereiten“ unterscheiden, das überhaupt keinen Wartungsstrom braucht.
Zellen mit geringer Selbstentladung schwächen das Argument für aggressive Wartung: Eine moderne LSD-NiMH-Zelle verliert nur etwa ein Prozent pro Monat (Paper az02 in der Verbraucherserie), sodass der zum Halten der Ladung nötige mittlere Strom winzig ist, und Überladen, um eine bereits minimale Selbstentladung zu kompensieren, ist kontraproduktiv.
Manche Analysegeräte entladen und laden Zellen periodisch, um die Spannungsdepression (den sogenannten Memory-Effekt) zu bekämpfen und gealterte Zellen zu rekonditionieren; Empfehlungen legen ein gelegentliches Einfahren oder Auffrischen alle mehreren Zyklen nahe statt jeden Zyklus, denn jede unnötige Tiefentladung ist selbst Verschleiß. Die Wartungslogik sollte die Selbstentladungskompensation – kleine, häufige Pulse – nicht mit der Rekonditionierung verwechseln, die ein bewusster, seltener voller Entlade-/Ladevorgang ist.
Die erste Figur stellt die Stromverläufe von Top-Off, kontinuierlicher Erhaltung und Impuls-Wartung gegenüber; die zweite stapelt die mittlere Überladungsbelastung jeder Strategie und macht sichtbar, warum eine konstante Erhaltungsladung Schaden anhäuft, den die Impuls-Wartung weitgehend vermeidet.
Eine vollständige Spezifikation nennt den Top-Off-Strom und seine Zeitgebergrenze, den Wartungsmodus (Impuls bevorzugt), die Pulsamplitude und das Tastverhältnis als Funktion der Temperatur, das Verbot kontinuierlichen Stroms jenseits der C/20-Klassen-/20-Stunden-Grenze und eine separate Lagerungsempfehlung. Die Validierung hält Zellen unter jedem Regime über beschleunigte Perioden und vergleicht Kapazitätserhalt, Innenwiderstand und Innendruckverhalten, um zu beweisen, dass die Wartungsstrategie Selbstentladung ausgleicht und nicht Rekombination antreibt.
Weijiang charakterisiert Selbstentladung und den rekombinationsbegrenzten Wartungsstrom für jede Güteklasse, damit Partner das Impuls-Tastverhältnis aus Daten bemessen können. Nachdem die vollständige Sequenz vom Schnellladen bis zur Wartung spezifiziert ist, zeigt die abschließende Terminierungsarbeit, wie diese Kriterien in eine einzige Ladesteuerungs-Zustandsmaschine und ihre Silizium-Implementierung integriert werden.
Weijiang Power entwirft und fertigt Nickel-Metallhydrid-Zellen, abgestimmte Packs und ladebereite Konfigurationen für Kunden aus Konsum, Industrie, Medizin und Mobilität und unterstützt Partner mit Ladeprotokoll-Anleitung, IEC 61951-2-Leistungsdateien, IEC 62133-1-Sicherheitsnachweisen und Ladegeräte-Mitvalidierung. Nennen Sie uns Zellformat, Laderate, thermischen Rahmen und Zyklenziel, und unsere Ingenieure spezifizieren eine Zell-Lade-Kombination, die sowohl Laufzeit als auch Lebensdauer schützt. Sehen Sie sich das Sortiment auf der Produktseite an.
