Provoz a údržba NiCd baterií

Chování baterie v provozu

Výrobou formovacích zařízení se zabýváme již více než 20 let a jsme v neustálém kontaktu s provozovateli (především depa ČD) i s výrobcem, Saft-Ferak. Za tu dobu již známe nejčastější problémy s provozem a údržbou průmyslových NiCd baterií.

Průmyslové NiCd baterie se používají především v režimu dobíjení na konstantní napětí s občasným, obvykle jen částečným vybitím. Dobíjecí napětí se pohybuje podle typu článku a podle způsobu používání od 1,43 do 1,5V na článek. Na spodní hranici již může být dobití baterie neúnosně pomalé, na horní hranici se zvětšuje úbytek vody.

Rozdělení celkového napětí baterie mezi jednotlivé články je dané samovybíjecím proudem. U článků v dobrém technickém stavu je samovybíjecí proud v průběhu dobíjení dán převážně úbytkem vody a strmě roste při dosažení plynovacího napětí. Tento proud dobíjí méně nabité články a udržuje tak všechny články v baterii nabité přibližně stejně. Někteří provozovatelé dokonce připojují malé spotřebiče s nižším provozním napětím na odbočku z baterie a přesto že to baterii škodí, při správně nastaveném dobíjení i takto nerovnoměrně vybíjená baterie uspokojivě funguje.

U starších článků se zpravidla samovybíjecí proud zvětšuje i při nižším napětí a to u každého článku jinak. I některé méně nabité články se během provozu velmi pomalu vybíjí, protože samovybíjení může být větší, než dobíjecí proud při nastaveném dobíjecím napětí. Články s malým samovybíjením jsou potom mírně přebité. Při měření zbytkového náboje (první vybití na formovacím zařízení) potom např. po roce provozu bez údržby zjistíme u různých článků v baterii stav nabití v rozmezí od nuly do 100%. Taková baterie je již neschopná provozu, už téměř od začátku vybíjení dochází k přepólování slabších článků a k značnému poklesu celkového napětí. Při tom články mohou být v pořádku, po naformování mohou mít plnou kapacitu.

Nabíjení pro vyrovnání kapacity

Nejjednodušším způsobem, jak odstranit rozdíly v nabití článků v baterii je její pravidelné úplné nabití. Nabité články jsou při tom prakticky po celou dobu nabíjení přebíjeny a ubývá v nich voda. Proto by při každém takovém nabíjení měla být kontrolována hladina elektrolytu, případně doplněna voda.

Nabíjení nelze nahradit trvalým zvýšením dobíjecího napětí na vozidle, protože by docházelo k neúnosně velkému úbytku vody.

Formování pro obnovu kapacity

Pokud je NiCd baterie v trvale nabitém stavu (typicky na vozidle), dochází k postupné rekrystalizaci - zvětšování krystalů aktivních hmot a tím k zmenšování plochy styku mezi elektrodou a elektrolytem. Článek zvětšuje vnitřní odpor a čím je vyšší vybíjecí proud, tím probíhá vybíjení při nižším napětí. Při standardním vybíjení proudem 0,2C do 1V naměříme nižší kapacitu.

Tento jev lze odstranit jedním nebo několika vybíjecími (formovacími) cykly, při kterých se původní jemná struktura aktivních hmot obnoví. K poklesu výkonnosti baterie dochází už po 3 měsících, v závislosti na způsobu provzu (zejména na velikosti vybíjecího proudu) je vhodné baterii formovat minimálně 2x za rok.

Při vybíjení je nutné zabránit podvybití a přepólování slabších článků. To vede k potřebě postupného odpojování článků, které již dosáhly minimální vybíjecí napětí. Změřením vybíjecí doby při definovaném proudu dostaneme kapacitu jednotlivých článků. Pro optimální funkci baterie je vhodné na základě měření kapacity sestavit sadu z článků o stejné kapacitě.

Na vybíjecí křivce nenaformovaných článků je vidět mimo nižší kapacity i nižší strmost poklesu napětí na konci vybíjení, pokles začíná podstatně dříve.

Po dvou formovacích cyklech se zlepšila kapacita i průběh vybíjecí křivky.

Postup měření

Baterie, která přijde do opravy, je na zařízení FZ80 formována a měřena standardním způsobem. Po dvou cyklech vybití - nabití a 60 minutovém přerušení se vybíjí s měřením kapacity a následuje konečné nabití. Tato měření provedená zařízením s platnou kalibrací uznává i výrobce baterií při případné reklamaci článků.

Výsledkem měření je protokol, kde jsou měřené články seřazeny jednak podle pořadových čísel a též podle kapacity.

obrázek lze kliknutím zvětšit