地鐵車輛鎳鎘蓄電池的選型

摘要：在地鐵車輛供電系統中，蓄電池作為車輛應急電源，在主直流110V 電源出現故障的情況下，為全部或部分直流110V負載。地鐵車輛采用的蓄電池以鎳鎘和鉛酸兩種類型為主，文章以鎳鎘蓄電池為介紹對象，從蓄電池單體數量，容量等方面，對蓄電池選型因素進行分析，以說明如何對蓄電池進行選型。

關鍵詞：鎳鎘蓄電池；單體數量；額定容量；充電性能；放電曲線

中圖分類號：TM911文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）10-0091-02

一、單體數量

在地鐵項目中，通常每列車會要求配置兩套相同的蓄電池組，而每套蓄電池組的選型關鍵因數就是單體數量和容量。

蓄電池組總電壓是由N個單位蓄電池串聯構成的，本文將其中每個單位蓄電池定義為一個單體，它可以是單個蓄電池或多個并聯的蓄電池。

就目前比較常用的觀點，蓄電池組的單體數量是根據蓄電池組最低放電電壓（用Umin表示）和單體終止放電電壓（用Ef表示）進行確定，即單體數量=Umin/Ef，而單體的終止放電電壓一般在1V。Umin是考慮線路壓降后，將直流供電系統要求的最低工作電壓值等效為蓄電池組最低放電電壓值。例如，某項目要求直流系統的線路壓降是7V，直流供電系統的最低電壓是77V，則蓄電池組最低放電電壓為84V。但是，由于在低溫時，對蓄電池充電需進行溫度補償，以保證蓄電池最優的充電性能，因此按照此種方法選定的蓄電池組單體數量，在低溫時，直流系統輸出的電壓值有可能低于蓄電池要求的充電電壓，所以在直流系統電壓不能達到要求時，也僅以直流系統最高電壓對蓄電池組進行充電，對蓄電池而言，需要達到相同容量的時間更長。

考慮蓄電池的溫度補償充電電壓要求，蓄電池組的單體數量選取與直流系統最高充電電壓（用Umax表示）和單體的最高充電電壓（Eh）有關，即蓄電池組的單體數量=Umax/Eh。通過這種計算方式得到的單體數量，可以保證系統的電壓范圍與蓄電池充電電壓匹配。選取單體數量后，再根據蓄電池組最低放電電壓（Umin）得到單體終止放電電壓（用Ef表示），即Ef=Umin/（單體數量），但是需要注意，得到的單體最低放電電壓不應過高，否則蓄電池的利用率較低。

二、額定容量C5

蓄電池的額定容量是一個電量的概念。它是指單個蓄電池，在+20℃時以5個小時的放電速率達到最后電壓為1.0V時所放出的電量，以安時（Ah）表示。蓄電池的額定容量在蓄電池的選型中尤其突出，主要因為它是蓄電池相關性能的集中體現，包括單體數量、充電性能、放電性能、老化因素等。

蓄電池的容量均需要建立在蓄電池性能的基礎上，主要是通過大量的試驗獲取相關的數據。對數據的利用，有的蓄電池生產商已經將其軟件化，可以根據用戶需要提供特定條件下的曲線。

額定容量的選取，第一輸入參數是蓄電池供電負載功耗（P），時間（t）和蓄電池組放電平均電壓值（U）。根據P，t，U，可以判定蓄電池組的放電倍率，以該放電倍率的曲線進行容量校核。蓄電池供電的負載種類較多，其中，車輛緊急通風的功耗對蓄電池的額定容量影響較大。

第二輸入參數是蓄電池組的單體數量，它與額定容量是一組相輔相成的參數。數量越少，蓄電池單體終止放電電壓越高，要滿足相同負載供電的要求，蓄電池的額定容量就越大，但蓄電池的終止放電電壓值應低于蓄電池放電穩定電壓值，否則，蓄電池的利用率較低。

第三輸入參數是性能參數，包括充電性能、放電性能、老化因素等，它們主要是作為蓄電池的冗余系數，為蓄電池最終容量的確定提供計算依據。本文以在某地鐵項目使用的蓄電池的充電性能和放電性能為例進行說明。

如圖1所示，在充電的后期，蓄電池的容量幾乎恒定不變，而恒定值一般低于額定容量值。將實際值與額定容量百分比作為充電系數，成為選取額定容量的系數之一，以保證實際可用容量可以滿足供電需求。

如圖2所示，放電曲線主要是提供在特定的溫度下，蓄電池以要求的放電倍率，達到設定的單體終止放電電壓時，可以放出的容量百分比，將它作為蓄電池的放電系數，成為蓄電池額定容量選取系數之一。根據蓄電池在不同的溫度下，放電性能的差異，溫度越低，性能越差，所以選取蓄電池容量時，除常溫放電曲線，還應注意參考最低環境溫度的放電曲線特性，以取得較為合適的放電系數。

三、結論

綜上所述，蓄電池選型時，車輛直流110V供電系統電壓范圍和蓄電池的性能對單體數量和額定容量的選取有著重要的影響。考慮最低溫度電壓補償，直流供電系統最高電壓決定最多的單體數量，而直流供電系統最低電壓和單體的最低放電電壓決定最少的單體數量。同時，蓄電池單體數量和容量是一組具有相輔相成的關系的參數。

參考文獻

[1]IEC 60623 2001 Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes Vented nickel-cadmium prismatic rechargeable single cells.

作者簡介：趙正新（1985-），女，四川西昌人，南車南京浦鎮車輛有限公司助理工程師，研究方向：地鐵車輛供電系統。

（責任編輯：周加轉）