地鐵車輛蓄電池選型分析及建議

亓立敏,王為輝（天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司,天津　300000）

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地鐵車輛蓄電池選型分析及建議

亓立敏,王為輝
（天津市地下鐵道運(yùn)營有限公司,天津300000）

摘 要：文章簡述了地鐵車輛蓄電池選型分析，主要對比了膠體鉛酸蓄電池及鎘鎳堿性蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)，并對這兩種蓄電池進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析，最后給出了蓄電池選型建議。

關(guān)鍵詞：蓄電池；地鐵車輛；選型

0　前言

地鐵車輛蓄電池是電氣系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，主要用于啟動(dòng)前激活列車、啟動(dòng)后為列車提供110V直流電以及在無網(wǎng)壓時(shí)，能夠使列車應(yīng)急照明、緊急通風(fēng)、車載安全設(shè)備、廣播、通訊系統(tǒng)等輔助設(shè)備在停車計(jì)劃規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持運(yùn)行，以保證乘客安全逃生。此外，在SIV投入工作后對110V控制電源起濾波作用，降低控制電源的紋波系數(shù)，提高控制電源品質(zhì)[1]。

1　蓄電池選型原則

滿足地鐵車輛運(yùn)行時(shí)直流負(fù)載的總功率要求，能夠平穩(wěn)的輸出110V直流電；滿足在列車出現(xiàn)故障或高壓供電中斷等緊急情況下能為緊急負(fù)載（如應(yīng)急通風(fēng)、應(yīng)急照明、應(yīng)急廣播等）提供至少45 min的直流電；根據(jù)列車運(yùn)行環(huán)境及當(dāng)?shù)貧夂驐l件確定蓄電池的種類；充分考慮蓄電池的后期維護(hù)、環(huán)境保護(hù)、人身安全防護(hù)及防火性能，考慮蓄電池的體積和重量是否滿足車輛設(shè)計(jì)要求[2]；根據(jù)列車實(shí)際所需容量及冗余設(shè)計(jì)原則確定電池容量，并確保蓄電池使用壽命終止時(shí)仍能滿足列車運(yùn)營需要[3]。

2　蓄電池選型比較

地鐵車輛目前主要采用膠體鉛酸蓄電池及鎘鎳堿性蓄電池。經(jīng)過多年技術(shù)革新，兩者均得到廣泛應(yīng)用，也有其各自優(yōu)缺點(diǎn)。現(xiàn)選擇兩種具有代表性的蓄電池進(jìn)行對比分析。

2.1膠體鉛酸蓄電池

膠體鉛酸蓄電池由金屬鉛和硫酸為主要材料制作而成，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

膠體鉛酸蓄電池采用二氧化硅與硫酸液配制而成的膠體作為電解質(zhì)，使用過程中不會產(chǎn)生酸霧，減小了內(nèi)壓，安全性較高；單體蓄電池額定電壓及容量較高，自放電率低；對使用環(huán)境無污染，可避免廢水、廢電解液的產(chǎn)生，廢舊電池可合法持證且有價(jià)回收，整體回收不會造成二次污染；膠體鉛酸蓄電池可以臥放工作，可大大減小車載蓄電池體積及重量，降低車輛能耗。

2.2鎘鎳蓄電池

正極板是將鎳粉末用高溫?zé)Y(jié)為多孔性的導(dǎo)電板，以氫氧化鎳作為活性物質(zhì)。負(fù)極板是用加強(qiáng)筋制造的膏涂敷多孔性的導(dǎo)電板，以氫氧化鎘作為活性物質(zhì)。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

鎘鎳堿性蓄電池耐過充或過放能力較強(qiáng)，即使虧電到零電壓恢復(fù)后還能正常使用。該蓄電池中的極板不參與化學(xué)反應(yīng)，極板長期使用后不會變薄，但會產(chǎn)生碳酸鹽，影響離子在電解液中的運(yùn)動(dòng)，長期使用后會使蓄電池內(nèi)阻加大；電解質(zhì)中的水參與化學(xué)反應(yīng)，一方面會分解為氫氣及氧氣，增大內(nèi)壓，存在一定的安全隱患，另一方面會使電解液水份缺失，需要定時(shí)補(bǔ)水，維護(hù)工作量較大；長時(shí)間使用后蓄電池液口栓蓋處會出現(xiàn)爬堿現(xiàn)象，易引起短路。兩種蓄電池性能對比如表1所示。

表 1 鎘鎳蓄電池與膠體鉛酸蓄電池性能對比表

2.3蓄電池性能比較

膠體鉛酸蓄電池額定電壓及容量較高，自放電率低，長期使用后內(nèi)阻變化小；不需補(bǔ)水，后期維護(hù)工作量小；回收率高，環(huán)境污染小；蓄電池使用過程中不會產(chǎn)生酸霧，內(nèi)壓穩(wěn)定，提高了安全性；可以大大減小車載蓄電池體積，總重量也會有所減小，降低車輛能耗。

2.4成本分析

由于兩種蓄電池使用材料、使用壽命及維護(hù)保養(yǎng)工作都不同，因此需要對比地鐵車輛生命周期內(nèi)的總運(yùn)行成本。鎘鎳堿性蓄電池的一次性采購成本比膠體鉛酸蓄電池高約1/10，循環(huán)壽命是膠體鉛酸蓄電池的1.2～1.25 倍，因此采用膠體鉛酸蓄電池采購成本略低。

3　蓄電池選型結(jié)論和建議

通過上述對比與分析，膠體鉛酸蓄電池具有以下優(yōu)點(diǎn)，建議選用。

（1）性能。具有自放電率低，大電流放電性能好，安全性高，擱置壽命長，擱置期間失水少擱置后可100%恢復(fù)容量[4]；

（2）維護(hù)。整個(gè)壽命周期內(nèi)無需加液、補(bǔ)水，維護(hù)工作量小，節(jié)省人力、物力，維護(hù)成本低；

（3）環(huán)保。對使用環(huán)境無污染，可避免廢水、廢電解液的產(chǎn)生，廢舊電池可合法持證且有價(jià)回收，整體回收不會造成二次污染，回收率高；

綜合上述分析， 膠體鉛酸蓄電池?zé)o論在性能、維護(hù)、環(huán)保和成本方面都優(yōu)于鎳鎘蓄電池。所以選型時(shí)可優(yōu)先考慮膠體鉛酸蓄電池。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻純潔.城軌車輛用蓄電池選型分析[J].應(yīng)用技術(shù),2015(02).

[2]王慶召,劉東廣.深圳地鐵5號線車輛蓄電池的選型分析[J].電力機(jī)車與城軌車輛,2011(03):45-46.

[3]查小菲,唐朝輝.地鐵車輛供電蓄電池合理選型分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2013(03).

作者簡介：亓立敏（1987-），男，山東陽谷人，碩士研究生，助理工程師，主要從事:地鐵車輛檢修工作。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.142