CRH380B（L）型動車組蓄電池三級修檢修工藝及故障分析

摘 要：蓄電池是CRH380B（L）動車組的核心輔助電氣設備之一，其為動車組升弓送電，提供最初的DC100V電源，其功用直接影響動車組的基本性能。通過對CRH380B（L）動車組蓄電池三級修檢修工藝的分析，針對一些常見故障進行診斷，提出可靠的解決措施，以減少蓄電池的故障對動車組運營的影響。

關鍵詞：CRH380型動車組；蓄電池；三級修；檢修工藝分析；故障研判

1 .引言

蓄電池主要有普通鉛酸蓄電池、堿性鎘鎳蓄電池以及閥控式密封鉛酸蓄電池3類。蓄電池是工程機械的輔助電源，也是最重要的部件之一，其性能好壞直接影響機械設備的正常工作。CRH3型動車組蓄電池系統負責在接觸網無電時短時間內對列車各個設備進行供電，蓄電池系統也保證了所有非高壓部件的電力供應。作為高速動車組的重要組成部分，其工作狀態直接影響到動車組穩定、安全運行等。本文主要針對CRH3型動車組蓄電池日常檢修工藝進行研判，通過分析研判，減少蓄電池系統故障發生。

2. CRH380B（L）型動車組蓄電池系統簡介

CRH380B（L）型動車組在04（12）車與05（13）車各設置2臺車的蓄電池，每臺車蓄電池由84節串聯的單體電池組成，兩臺車之間通過并聯連接，其標準電壓達到100.8V，容量為2×160Ah。單體電池采用的是堿性鎳鎘電池，正極活性物質主要由鎳制成，負極活性物質主要由鎘制成的一種堿性蓄電池。正極為氫氧化鎳，負極為鎘，電解液是高苛性氫氧化鉀溶液（KOH）和氫氧化鋰（LiOH）添加劑。

3.蓄電池的充放電特性分析

3.1蓄電池的充電

（1）蓄電池充電機充電。當動車組處于高壓狀態時，輔助變流器動作，蓄電池充電機得電，為動車組提供DC110V電源。此時，蓄電池從放電轉臺轉變為充電狀態。

（2）外接電源充電。以CRH380B為例，當動車組蓄電池虧電或用于動車組檢修需要時，地面3AC 380V電源通過04車或05車雙項輔助變流器外接電源口，為動車組提供3AC 380V電源，并通過蓄電池充電機為蓄電池充電。

（3）蓄電池高級修檢修時，蓄電池下車，通過地面電源模擬動車組蓄電池充電機，給蓄電池進行充放電試驗。

3.2 蓄電池的放電

CRH380B（L）動車組共有無電、低壓與高壓三種狀態。

無電狀態，為動車組最初的原始狀態，受電弓處于降下，蓄電池斷開。從無電狀態轉變為低壓狀態，只需要將蓄電池處于導通狀態下。此時，蓄電池為車內服務設施、受電弓、主斷路器、輔助空壓機等部件供電，并保持運行。從低壓狀態轉變高壓狀態時，得到蓄電池供電的輔助空壓機、受電弓、主斷路器，依次動作，接觸網即可動車組供電，使動車處于高壓狀態。

4.CRH380B（L）蓄電池檢修工藝分析

4.1 蓄電池檢修作業分析及單體蓄電池屬性

根據《和諧3型動車組高級修檢修規程》（鐵總機輛〔2018〕211號）要求，在三級修過程中，需要對蓄電池的外觀狀態、蓄電池組絕緣測試、蓄電池容量檢測、單體之間的連接狀態、以及單體蓄電池的基本性能檢查。根據規程要求可以發現，蓄電池容量檢測是蓄電池三級修檢修最核心的步驟，這一過程要求生產現場模擬蓄電池充電機給蓄電池進行充電，模擬負載對蓄電池進行放電。通過充放電過程來檢測蓄電池的容量，是否滿足動車組的基本需求。下面以荷貝克產蓄電池為例，進行分析研究。

根據國家蓄電池容量標準規范要求，蓄電池標準容量為C（Ah），其含義為5h率放出容量。CRH380B動車組蓄電池單體容量C（Ah）為160Ah。則蓄電池組充放電電流：

Iin=Iout=（|C|/5）A=160/5=32A.

4.2 蓄電池充電機給蓄電池充電時參數分析

電池容量：2×160 Ah

最大電池充電電流：1.5×2×Iout = 96 A

U1=1.58V/節（132.72V），20℃時的升壓充電電壓。（可調：1.637-1.505V/節，137.50V-126.42V）

U2=1.48V/節（124.32V），20℃時的浮充電壓。（可調：1.637-1.36V/節，137.50V-114.24V）

升壓充電：首先，使用最大充電電流1.5×2×Iout=96A為電池充電，直至達到U1之后，充電會持續保持在U1=恒定（充電電流減少）。溫度>45℃時，充電電壓將減少至U2。

浮充電：如果負載電流減少至13A以下，則電壓將從U1=恒定轉為U2=恒定。負載將通過進一步減少充電電流得以繼續。

轉換至升壓充電：將充電電流增加至超過19A，則會轉換至升壓充電。

蓄電池充電過程中，電解液溫度也隨之發生變化，則電解液與充電電壓的關系如下圖所示：

4.3 三級修蓄電池充放裝置給蓄電池充電方法

技術參數：

工作特性：

（1）充電電流、充電時間、放電電流、放電時間通過一體機設定，設備可根據設定參數自動工作進行充放電。

（2）充電起始電壓為50-90V，充電終止電壓為80-144V，充電起始電壓、充電終止電壓科數字設定。充電為恒流限壓充電方式，到達充電終止電壓之前為恒流充電，到達充電終止電壓以后為限壓減流充電，到達充電時間后停止工作。

（3）放電終止電壓為65-150V，放電終止電壓可數字設定。放電為恒流限壓方式，到達放電終止電壓前未恒流放電，到達放電終止電壓或到達放電時間后停止工作。

（4）本裝置設有完善的信號監測系統，具有小于充電起始電壓、大于充電終止電壓、小于放電終止電壓、電池極性接反、輸出電流過大、過壓、過流、溫度過高，并在顯示器有中文顯示的故障信息和報警號。

4.4蓄電池充放電設備的適應性分析與使用

（1）非第一次T放電≥4.5h；若第二次T放電<4.5h，則繼續進行充放電循環，5次循環后T放電<4.5h，更換蓄電池。

（2）放電以恒定電流Iout=32A持續放電，單體電壓U單體≥1.0V，即U蓄電池≥84V；

（3）放電過程作批量容量檢測，對容量不符合要求的蓄電池，更新電解液。

（4）充電以恒定電流Iin=32A持續充電，電池容量至少恢復到標稱容量的90%，容量測試單體達不到要求時更新蓄電池單體。

根據上述要求，對蓄電池三級修使用蓄電池充放設備的技術參數與工作特性分析：

（1）恒流輸入、輸出電流：0-100A×4連續可調，精度為0.1A，滿足于Iout=Iin=32A的需求。

（2）充電起始電壓為50-90V，滿足于充電起始電壓U蓄電池=84V的需求；充電終止電壓為80-144V，滿足于電解液在不同溫度下充電終止電壓U蓄電池=111.72V-137.50V的需求。

（3）放電終止電壓為65-150V，滿足于恒流Iout=32A持續放電，單體電壓U單體≥1.0V，即U蓄電池≥84V的需求。

（4）充放電定時時間：0-999min，滿足于t放電≥4.5h，t充電=8h的需求。

根據流程圖上的內容可以分析，蓄電池容量的檢測確認蓄電池組是否滿足CRH380B的需求，主要在于以恒定電流Iout=32A持續放電，至單體電壓U單體≥1.0V，即U蓄電池≥84V時，最終是否滿足t放電≥4.5h。為了滿足上述這一條件，或者要求最終性能高于上述條件，在容量檢測過程確認：

（1）初始U單體≥1.0V；

（2）恒定Iout=Iin=32A；

（3）t放電=3h、4h、4.5h時，U放電單體≥1.0V，U蓄電池≥84V；

（4）單體電池之間的電壓差UD-value≥0.1V；

（5）t充電=8h，在T電解液不同范圍內，U蓄電池=111.72V-137.50V；

（6）檢測過程中，蓄電池電解液高度與密度；

（7）t充電=8h后，t靜置=1h，測量U單體≥1.3V；

所有參數滿足條件后，才能判定蓄電池充放電狀態合格，以及蓄電池容量合格，蓄電池滿足使用要求

5典型案例分析

2018年6月，CRH380BL-3532動車組三級修時，發現04車與05車共4臺車的蓄電池組，經過8次充放電試驗，最終蓄電池的t放電小于4.5h，蓄電池容量測試試驗無法通過。委外修廠家在第四次，充放電前，更換8塊蓄電池單體。

通過對現場試驗記錄表分析，8次蓄電池充電后，U蓄電池成明顯向上趨勢，由此可以說明，蓄電池已經全部激活，但U蓄電池明顯高于理論的最大值137.50V，即便如此，t放電<4.5h，蓄電池虛電嚴重。根據歷次的U蓄電池和t放電=3h、4h、4.5h時的U單體值分析，U蓄電池在6次數據道7次之間大幅提升，則7、8次的數據更具有指導意義。分析發現：

（1）存在t放電結束后，U單體<1.0V的單體；

（2）存在單體電池之間的電壓差UD-value≥0.1V；

（3）蓄電池電解液密度正常，高度正常；

（4）恒定Iout=Iin=32A，正常；

為此，更換U單體<1.0V的單體，調整UD-value≥0.1V的單體，最終更換21塊蓄電池單體，調整10塊蓄電池單體，第9次蓄電池電容檢測的充放電試驗合格。

6結論

本文主要介紹了 CRH380B（L）型動車組蓄電池系統，并且重點對蓄電池三級修檢修工藝進行分析，對蓄電池充放電特性、充放電參數、蓄電池電壓、蓄電池容量、等一系列重要參數進行分析。通過分析，反映出蓄電池的狀態。蓄電池作為CRH380B（L）動車組的核心輔助電氣部件，在日常檢修中，時常發生在充電8h后，蓄電池電壓虛高嚴重現象，說明蓄電池的日常維護保養工作，有待進一步加強。隨著蓄電池使用周期加長，極柱老化、電解液液位偏低、電解液密度偏低等現象極為普遍，此將極大地影響蓄電池的基本性能。蓄電池工作狀態嚴重影響動車組的工作性能。分析檢修過程中的重要參數，保障蓄電池基本性能。為動車組安全運行提供保障。

參考文獻：

[1]CRH380BL 型動車組用戶說明書-充電機. 唐山軌道客車有限責任公司.2010.

[2]CRH380BL 型動車組用戶說明書-蓄電池. 唐山軌道客車有限責任公司.2010.

[3]康瑛，栗木功，崔虎山，陳偉.新一代高速動車組蓄電池低電壓檢測原理分析及調試方法.大連交通大學學報.2012 年 12 月.

作者簡介：

楊彪（1990-）， 男，漢 ，學歷本科，助理工程師，從事方向：動車組高級修。