現代電車牽引電池包維檢修研究

楊永曉

摘要：天津現代電車供電形式采用接觸網供電與牽引電池包供電相結合的模式，但牽引電池包的相關運營維護經驗無參照、借鑒可循。本文結合現代電車的實際情況對電車電池包性能進行分析，總結運營經驗，提出維護建議。

關鍵詞：牽引電池包；現代電車；鎳氫電池

1 導言

天津現代電車是國內首條100%低地板現代電車線路（2007年運營），采用單軌導向膠輪走行制式電車，供電方式為接觸網與牽引電池包相結合的模式，但國內無牽引電池包的運營維護相關經驗。

2 現代電車牽引電池包

2.1 牽引電池包簡介

牽引電池包主要由以下幾部分組成：

（1）鎳氫電池模組：采用SAFT公司的高功率鎳氫電池，放電功率可達180KW，放電電流可達到200A。其由44個12V鎳氫電池模塊（34 Ah）組成，單個12V鎳氫電池模塊由10支1.2V的小模塊串聯封裝而成。壽命如下：

① 5%充放電壽命：230，000次

② 20%充放電壽命：25，000次

③ 30%充放電壽命：20，000次

④ 50%充放電壽命：6，000次

⑤ 使用年限：6～8年

（2）電池組管理單元（BMC）：包括信號采集部分和邏輯控制部分。BMC對所采集的溫度、電壓、電流等信號進行綜合判斷和分析，然后輸出控制信號給控制電路進行相關操作。

（3）電池組溫度管理系統（BTMS）：在對電池進行充電時，會產生大量的熱，同時，外界溫度較高時，電池溫度會超過電池的承受溫度，嚴重影響電池的性能并存在電池脹裂、短路起火的安全隱患。在冬季溫度較低時，電池的電化學性能降低，影響電池組的充放電特性。為保證電池組良好的工作，其溫度必須控制在一定范圍內，此溫度管理系統起到了溫度控制的作用。

（4）各種傳感器以及信息采集卡。

2.2 牽引電池故障情況

（1）電池組模塊故障。其表現形式有模塊電壓低、充電溫度高，內阻變大、爬堿嚴重、電池容量下降等，它們之間相互影響。

（2）電池組溫度管理系統（BTMS）故障。常見故障有制冷故障、加熱故障、循環故障、以及漏液等。

（3）電池組管理單元（BMC）故障。該系統故障直接導致牽引電池包無法工作。

（4）電池包充電器故障。

（5）各種傳感器以及信息采集卡故障。

3 現代電車電池包的維檢修研究

3.1 電池包模塊的理想檢修標準

（一）充放電

（1）充電溫度 充電時環境溫度應在10～40℃。環境溫度會影響充電效率，環境溫度在10～30℃時，充電效率最佳；環境溫度低于0℃時，電池內氣體吸收反應不充分，造成電池內壓升高，激活安全閥，電解液損耗；環境溫度高于40℃時，充電效率會下降，也會使電池性能惡化。

（2）涓流充電 在快速充電后可用0.03～0.05C電流進行涓流充電。為避免涓流充電造成電池過充而使電池性能惡化，應使用時間設定器。

（3）放電溫度 放電時環境溫度應在-10～45℃，放電電流影響電流效率。放電效率在0.1～2C之間效果最佳。

（4）放電 溫度在-10℃以下或45℃以上時，放電容量會下降。

（5）過放電 由于過放電會損壞電池特性，放電時要注意切斷電流。

（二）儲存與使用

（1）短期儲存 電池應儲存在干燥、無腐蝕性氣體、溫度在-20℃～45℃之間的地方。電池儲存在相對濕度特別高或溫度低于-20℃或高于45℃的地方，會使電池的金屬部件生銹，電池泄露或有機材料部分收縮，從而影響電池性能和使用壽命。

（2）長期儲存 由于長期儲存會加速電池自放電和活性物質鈍化，電池電壓和容量會下降，環境溫度為10～30℃之間比較合適。儲存時間超過一年時，至少充一次電，以避免自放電引起電池泄露或性能惡化。

（3）循環壽命 電池在正確使用條件下可循環使用1000次以上（100%充放電）。電池使用后期，電池內阻增加，應考慮電池末期失效生熱的安全問題。

（4）正確充放電 為確保電池的安全使用，延長電池的使用壽命，應嚴格遵循電池的充放電使用條件。

3.2 電池包模塊的維護作業研究

（一）禁止事項

（1）拆卸 不要拆卸電池。電池內部電解液為強堿性，會傷害皮膚和衣物，一旦拆開將無法再使用。

（2）短路 不要將電池短路。否則護損壞電池，并會生熱使電池燃燒。

（3）靠近火源或水源。電池太熱會使電池爆裂，放入水中電池會失效。

（4）電池極性反接 不要將電池正負極反接，否則會導致電池鼓脹或破裂。

（5）大電流過充和反極充電 不要將電池反極充電或大電流過充，否則會造成氣體快速產生，使電池內壓增加，電池鼓脹或破裂。

（6）電池包短路 嚴禁電池包短路，由于電壓高，產生較大電流，短路時存在燃燒風險。

（7）新舊電池混用 應避免新舊電池混用，性能的不同會使新電池不能發揮最佳的作用，長時間使用會造成新電池的不可恢復的傷害，縮短使用壽命。

（二）維護措施

制定并嚴格執行《牽引電池包維護檢修規程》，主要包括以下內容：

（1）每兩周下載電池包數據（BMC數據）。提前預判電池性能趨勢并及時對牽引電池包進行相應維護。

（2）每月檢查BTMS液面高度。如其液面高度低于標準刻度，及時添加補充。

（3）每月對牽引電池包的清潔維護。電池包內部和外部進行吹掃，保證電池包的清潔狀況。

（4）每季度對牽引電池包進行深度放充電維護。由于牽引電池包在正線或車輛段內使用過程中，均為10%～20%左右的淺充放循環，存在一定的記憶效應，須進行深度充放電進行緩解。

（5）每半年對BTMS進行漏點檢測。對發現的漏點進行維修，確保制冷系統的良好工作。

（6）每年檢測牽引電池包的耐壓值并更換內阻高于0.6mΩ電池。

（7）模塊維護。鎳氫電池自放電率約為每月約20%-30%，應對備件電池以0.2～0.5C電流充電，并存放于10-30℃干燥環境中，保證模塊在庫存期間有足夠的電量，維持電池的最佳性能。同時，對于備件電池在使用前應先對其進行多次充放電，激活其化學活性后再使用。

（8）中期延壽。對于使用4到5年的電池包，由于老化現象嚴重、化學活性降低、故障率較高，須進行延壽工作，提高電池包中后期后期性能。

參考文獻：

[1] 徐順余，高海鷗 《混合動力汽車車用鎳氫動力電池分析》.上汽股份汽車工程研究院，2005

[2] 唐有根，李文良《鎳氫電池》.北京：化學工業出版社，2007