城市軌道車輛蓄電池選型分析

童安蓉

摘 要：蓄電池是城市軌道列車輔助供電系統的重要設備，作為緊急負載供電電源，滿足乘客安全 逃生與列車供電需求，保障列車主要控制系統的安全、穩定。文章對蓄電池容量、類型以及蓄電池組電壓、組個數等參數進行了詳細論述，對蓄電池選型因素進行分析。

關鍵詞：城市軌道列車 蓄電池 容量 選型

引言

城市軌道列車蓄電池容量及類型的確定，在現代城市軌道列車輔助供電系統設計中扮演著一個非常重要的角色，它主要為控制系統及其他弱電系統提供動力[1]。蓄電池作為緊急負載供電電源，其主要作用如下：

（1）在列車啟動前激活各控制系統，同時為 輔助逆變器提供控制電源。

（2）在無網壓或輔助逆變器及充電機故障情況時，為城市軌道列車緊急照明系統、所有與安全有關的控制系統、全部通信設備，包括廣播系統、無線電通訊系統等，以及在列車故障情況下緊急通風設備等提供緊急供電電源，滿足乘客安全逃生的需要[2]。

一、蓄電池容量選取依據

蓄電池理論總容量C5計算公式如下：

影響城市軌道列車蓄電池的因素主要有：低溫影響系數、老化系數、充電系數、大電流放電系數。

最后，將修正后的計算結果比照蓄電池生產廠家的產品系列標準，選定蓄電池產品的容量。

二、蓄電池串聯數量的選取依據

蓄電池串聯數量的選取要根據蓄電池單體電壓和系統額定電壓而定。根據以往設計經驗，結合蓄電池行業設計規范， 對蓄電池進行選擇。堿性蓄電池按Uj=1.33V/節計算，則需要選取的蓄電池數量為：

N=Ue/Uj=Ue/1.33 （2）

酸性蓄電池按Us=2.2V/節計算，則需要選取的 蓄電池數量為：

N=Ue/Us=Ue/2.2（3）

然后取整數。

以上介紹的蓄電池串聯數量的選擇為DC110V系統的一般選擇方法，在實際應用中可根據功率、布局、充電范圍等做微調。

三、蓄電池容量計算

以泰國綠線項目為例，根據公式：N=Ue/Uj =110/

1.33=82.7取整數 83 節，根據我國的國情和使用習慣，83 節電池不好布置，增加1節，取 84 節，則平均總電壓U=1.2×84=100.8 V。

根據表1，緊急負載的總功率P1=28.4657kW（包括開關門功耗）；啟動負載的功率 P2=16.1457 kW；一次開/關門的功耗P3=12.32 kW。設緊急放電時間 T1=60 min，一次開/關門的時間 T2=3 s，列車激活時 間T3=5 min。蓄電池在較低溫度下工作時，電性能降低；在較高的溫度下工作，電性能變化較小。根據泰國曼谷氣候條件（最低溫為5℃）及經驗選取低溫影響系數為 K1=0.95。選取老化系數為K2=0.8。根據蓄電池供應商的充放電試驗及經驗，選取充電系數為K3=0.95。選取大電流放電系數為 K4=0.935。根據式（1），可得緊急負載所需蓄電池總容量為：

C5I=（P1-P3）/U×T1=（28.4657-16.1457）/100.8×60/60 =122.2Ah

一次開關門所需容量為：C5II=P3/U×2T2=16.1457/100.8×6/3600=0.2667 Ah

列車激活所需容量為：C5III=P2/U×T3=16.1457/

100.8×5/60=13.347 Ah

總負載理論容量為：C5總=C5I+C5II+C5III=122.2+0.2667+13.347=135.814Ah

考慮各種系數，總負載蓄電池實際總容量為：

C5=C5總/K1/K2/K3/K4=135.8137/0.95/0.8/0.85/0.935= 224.8534 Ah

每組蓄電池容量為C=C5/2=224.8534/2=112.43Ah。

考慮留一定裕量，并根據蓄電池供應商型號選取蓄電池容量 C=145 Ah。

四、模擬放電驗證蓄電池選型

軟件可以提供所選蓄電池在車輛緊急負載工況下放電60min的模擬放電曲線，如圖1-2所示。從圖1可以看出，設備最小電壓為91V，遠大于合同要求的77V。電壓余量很大。從圖2可以看出，可獲得的容量為67%，放電深度為59%，因此還有8%的余量。由此可以驗證所選145Ah的蓄電池完全可以滿足車輛緊急負載的供電需求。

結束語

本文對城市軌道列車蓄電池的選型進行分析研究，并以泰國綠線項目為例，對蓄電池選型過程進行分析和計算，已經裝車使用，并且狀態良好，充分證明蓄電池選型對城市軌道列車輔助供電系統的重要性。

參考文獻：

[1] 石彩霞.城市軌道列車蓄電池選型分析 [J]. 電力機車與城軌車輛，2018（3）：82-91.

[2] 查小菲.地鐵車輛供電蓄電池合理選型分析 [J]. 中國新技術新產品，2013（5）：148-149.

[3] 王慶召.深圳地鐵 5 號線車輛蓄電池的選型分析 [J]. 電力機車與城軌車輛，2011（2）：33-34.