淺析HXD1C型電力機車蓄電池故障

羅生龍

摘 要：蓄電池作為機車上備用控制電源和啟動電源，它與控制電源柜并聯運行，起著十分重要的作用。蓄電池一旦出現故障，將直接導致電力機車升不起受電弓、無法進行低壓試驗和提供照明用的低壓電源。目前，C4級修后的HXD1C型電力機車蓄電池出現故障的質量問題頻繁發生，本文針對這一問題對C4級修后的HXD1C型電力機車蓄電池故障現象進行了具體故障原因分析，并提出了解決該問題的辦法。

關鍵詞：HXD1C型機車；蓄電池；虧電；鼓包；C4級修

1 引言

目前，HXD1C型電力機車裝車的蓄電池全部采用閥控式密封鉛酸蓄電池，每節蓄電池標稱電壓2V，容量為170A.h。該閥控式密封鉛酸蓄電池作為電力機車的直流電源，主要采用浮充電方式工作，其主要特點是使用過程無污染、常溫和低溫啟動性能良好、絕緣性能優良以及荷電能力強等。但是，根據客戶反饋的質量信息，C4級修后的HXD1C型電力機車運用不久便出現蓄電池故障，甚至出現整臺車蓄電池鼓包、虧電的現象，影響到機車的正常運用，導致客戶的不滿。因此有必要對C4級修后的HXD1C型電力機車蓄電池故障進行研究分析，并提出解決辦法，以降低蓄電池的故障率。

2 閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理

鉛酸蓄電池是一種化學電池，它的整個工作過程就是不斷地放電和充電，充電時將電能轉化為化學能在電池內儲存起來，放電時將化學能轉化為電能進行釋放。其充電和放電過程是經過電化學反應完成的，其化學反應為：pbO2+pb+H2SO4=2pbSO4+2H2O，在充電時，在電能的作用下，轉化為二氧化鉛、鉛和硫酸，也就是充電是電能轉化為化學能的過程。放電時正極板接受了負極板送來的電子，鉛離子由正4價變為正2價，與硫酸根接觸生成難溶于水的硫酸鉛，負極的鉛由于輸出兩個電子，變成正2價，同樣也生成硫酸鉛。也就是說放電時有儲存的化學能轉化為電能。

3 HXD1C型電力機車蓄電池故障原因分析

經過對C4級修后的HXD1C型電力機車質量信息進行統計，蓄電池故障的主要形式表現為蓄電池鼓包、漏液、虧電等，發生故障的時間主要集中在C4級修后一年的時間內。由于《HXD1C型電力機車檢修技術規程》（C1-C4修）只要求對蓄電池進行充電，檢測容量不低于額定容量的80%，檢測合格即可裝車使用，故在機車C4級修檢修時并未對蓄電池進行更新。因此，針對C4級修后出現的蓄電池故障質量問題需要從多方面進行原因分析，其中影響閥控式密封鉛酸蓄電池的因素主要有：使用年限、新舊蓄電池混裝、使用溫度及充電電壓、電池維護保養不到位等。

3.1使用年限的影響

閥控式密封鉛酸蓄電池的正常壽命是4年，隨著使用年限的增加，其內部電解液的飽和程度會下降，電壓會趨于均勻，經過一段時間的運行后，其充放電形成的后期生成物將導致內阻的增加，加上蓄電池的自然損耗，最終蓄電池的實際容量將逐年下降，從而影響到蓄電池的性能，儲存電能的能力變弱。

3.2新舊蓄電池混裝的影響

對于不同使用年限的蓄電池進行混用時，在相同放電率和放電時間的條件下，就會出現舊電池放電深度更深。而在恢復充電時，由于新電池內阻相對較小，其充電效率較舊電池更加快，一旦新電池早于舊電池充足電后，整流器采集到的數據卻依然有電流在充電，那么結果將是，高電壓對于已充足電的電壓而言，其作用只是作為電解水，電解水的結果是產生熱以及電解液密度增加，幾個循環后，新電池將加速老化而失效。而此時新電池與舊電池并聯使用，在整流器仍然在充電的狀態下，新電池也參與對舊電池的充電。綜上所述，新舊電池混裝有三種影響：一是內阻不一將造成充放電效率不一致；二是電池內部活性物質活化程度不一將造成極化不一致，在大電流放電情況下，容易出現瞬間放不出電的情況；三是在型號相同的情況下，由于生產時間跨度比較大，其生產現場的溫度等外部因素控制及使用后期的影響，其新舊電池的電解液密度必定有所差異，而電解液密度是決定電池電壓的最重要參數。將跨度比較長的新舊電池混裝，將加速新電池的老化，而舊電池則容易造成欠充電，使電池硫酸鹽化，經過一段時間的運行將由于容量問題而影響蓄電池性能，同時對后期的維護工作造成很大的不確定性。而在放電的過程中，由于新舊兩組電池本身的容量和內阻相差較大，舊電池的電壓降得比新電池要快，這樣勢必會造成在放電時，新電池既要給設備供電又要給舊電池供電，大大縮短新電池的壽命。

3.3使用溫度及充電電壓的影響

閥控式密封鉛酸蓄電池最佳使用溫度為25℃，蓄電池允許浮充使用和循環使用。其充電方法分兩種：

浮充充電：限流17～25.5A，恒壓2.25V/單體進行充電；

均衡充電：當蓄電池遇下列情況時，需進行均衡充電

1）蓄電池系統裝車前，可對蓄電池組進行地面均衡充電；

2）蓄電池擱置超過3個月；

3）單體蓄電池開路電壓低于2.1V 或蓄電池組浮充使用時單體蓄電池電壓低于2.18V；

4）蓄電池組全浮充運行2個月；

5）蓄電池組每次放電使用后一般需及時進行補充電。

均衡充電的方法是，以恒壓2.4V/單體、限定電流17～25.5A 充電，充電未期電流連續3小時保持不再下降可視為充電結束。

浮充充電與均衡充電均以常溫25℃為基準，如環境溫度不是25℃時，應按表1蓄電池充電電壓值及限流值進行電壓調整：

由表1及表2可知，HXD1C型電力機車蓄電池在額定輸出充電電壓115.2 V和額定浮充電108.0V時，其對應的最佳環境溫度值為20℃-29℃，但經驗證HXD1C型電力機車在運行時機械間內的實際溫度都要超過29℃，夏季高溫時機械間內的溫度甚至高達40℃，已超過正常蓄電池浮充電壓時對應的溫度范圍，蓄電池已進入過充狀態，當密封蓄電池處于過充狀態時，沒有純化學反應，幾乎所有過充的能量都轉化為熱能，當熱量的升高率超過了散熱率時，蓄電池的溫度就會升高并且需要更大的電流來維持充電電壓，額外的電流又引起化合反應和熱量的產生，從而進一步使蓄電池溫度升高，并如此往復，影響到蓄電池的整體性能。

4 HXD1C型電力機車蓄電池故障的整改措施

一是根據單節電池的內阻和容量應該進行嚴格的配組，避免容量相差較大的蓄電池進行拼裝，特別是新舊電池的搭配、混裝時，同一臺機車的蓄電池生產時間相差不能超過一年。二是機車蓄電池避免長時間、大電流充電或放電，因為這樣會使電池溫度急劇上升、電池發生膨脹鼓包，電池的極板硫化速度也會加快，電池充放電電流越大，其循環使用的次數就越少，對電池的使用壽命影響非常大。在機車檢修完成后無火回送的過程中，盡可能少用照明電器，避免無火回送的過程中蓄電池虧電嚴重充不進電。三是定期對蓄電池進行保養，蓄電池在使用一定時間后，應對蓄電池進行充電、檢查，如觀察其外觀是否異常，測量各電池電壓是否均勻等。四是改善蓄電池柜的通風散熱條件，降低電池環境溫度，確保蓄電池工作在比較適宜的溫度。

5 結束語

總之，對HXD1C型電力機車蓄電池故障進行原因分析很有意義，通過制定相應的整改措施，不僅可以降低蓄電池的故障率，同時使蓄電池能夠延長使用壽命或在壽命期內更好地發揮作用，以節約檢修成本。

參考文獻

[1]南車株洲電力機車有限公司.蓄電池柜檢修手冊[1.0]，株洲：南車株洲電力機車有限公司.

[2]深圳市通業發展有限公司.TGY03型電源柜檢修手冊[1.0]，深圳：深圳市通業發展有限公司.

[3]張曉波，徐寶堂，王凈泉.鐵路機車車輛用閥控式密封鉛酸蓄電池[TB/T3061-2002]，2002.