地鐵鎳鉻蓄電池失效形式及維護方法探討

錢毅

摘 要：鎳鎘蓄電池在各個行業專業設備中的應用都十分廣泛，提前了解鎳鎘蓄電池的失效形式有助于制定合理的維護措施，延長鎳鎘蓄電池的使用壽命。本文旨在對蓄電池系統的原理進行介紹，分析鎳鎘蓄電池的失效形式，以提出合理的維護建議。

關鍵詞：鎳鎘蓄電池;失效;維護

中圖分類號：TM912.9 文獻標識碼：A

0 引言

蓄電池系統是地鐵列車輔助系統的重要組成部分，在列車處于緊急狀態時，蓄電池將對應急通風、應急照明、通信系統、控制系統等負載應急供電45分鐘，而蓄電池一旦故障將直接影響列車的正線運營。日常普查整改過程中也發現部分列車蓄電池絕緣阻值不達標、蓄電池漏液等情況，若不做及時處理可能導致蓄電池內部溫度異常升高，最終造成蓄電池自身的燒損。

1 鎳鎘蓄電池介紹

目前市場上地鐵列車采用的蓄電池種類主要分為兩大類：酸性蓄電池和堿性蓄電池。其中應用最為廣泛的當屬酸性的鉛酸蓄電池和堿性的鎳鎘蓄電池，這兩種蓄電池的制造技術都相對比較成熟，兩者的優缺點也十分的明顯。

堿性蓄電池一般以一定比例的KOH/LiOH溶液作為電解液，正極板為燒結式正極板，以氫氧化鎳作為活性物質浸漬在燒結鎳基架內，導電性好，強度高。負極板是用加強筋制造的膏涂敷多孔性的導電板，以氫氧化鎘作為活性物質，強度高，壽命長。

鎳鎘蓄電池具體化學反應方程如下：

蓄電池充電時將電能轉變成化學能儲存，而在放電時將化學能轉變成電能。

2 蓄電池失效形式分析

在蓄電池的壽命周期內存在各種失效情況，多與電池的生產工藝相關。以下為一些常見的蓄電池失效形式。

2.1 蓄電池失水

蓄電池失水主要包括蓄電池密封不良導致泄露及反應失水：蓄電池密封不良會導致列車運行過程中電解液、氧氣泄漏，從而導致壽命的縮短。

鎳鎘蓄電池充放電時正負極發生氧化還原反應，具體方程式如下：

從方程式中可以看出，鎳鎘蓄電池充電時會生成水，放電時會消耗水，理論上來說，蓄電池正常使用過程中并不會消耗電解液，但隨著蓄電池充放電次數的增加以及后期蓄電池長期處于過充狀態，部分水被水解生成氫氣及氧氣釋放到大氣中，會造成液位的下降，因此在使用過程中需定期添加蒸餾水以保證蓄電池的性能。

2.2 隔膜破損

蓄電池隔膜是蓄電池最關鍵的組件之一，隔膜的特性直接影響電解液的遷移特性、透氣性、容量及安全性能。在蓄電池工作過程中，隔膜起著分隔正負極，防止接觸短路的作用，同時，在蓄電池充放電過程中提供離子運輸通道。

隔膜一旦破裂損壞就會導致正負極直接接觸發生短路，瞬間釋放大量的熱，殼體受熱會產生形變，嚴重時會直接燒穿殼體，引起電解液的大量泄漏。

2.3 制作工藝上的弊端

極板毛刺、毛邊、異物，裝配偏差過大，材質不達標，雜質過多等問題都會影響蓄電池的容量及壽命。極板毛刺及異物會導致蓄電池正常的使用過程中產生嚴重的自放電現象，相當于在內部附加了一個放電電阻，影響蓄電池的容量及壽命。

2.4 極板及線纜銅綠

極板連接處及線纜材質通常為銅，銅在空氣中遇水氧化生成銅綠，會導致連接部分電阻增加，一旦有電流經過，就會溫度升高，加劇蓄電池的內部消耗，影響蓄電池容量，嚴重時影響充放電。

2.5 熱問題

鎳鎘蓄電池使用過程中的溫度條件，將直接影響蓄電池的壽命，實驗數據表明，處于0℃～10℃工作環境下的蓄電池能獲得更長的壽命。蓄電池長期處于過高的工作環境中或內部短路，都可能導致極板的迅速老化，電解液的快速干涸，嚴重時將導致蓄電池的燒損。

2.6 電解液雜質

電解液中的少量雜質也會對蓄電池的性能及可靠性產生很大的影響。部分雜質例如碳酸鹽離子對電池負極板的危害非常大，少量的碳酸鹽離子就會提高金屬鎘的溶解度，導致鎘通過隔膜的遷移，從而影響負極的反應效率，因此電解液不能長時間暴露于大氣中，以減少碳酸鹽的形成。

3 合理化維護建議

3.1 添加蒸餾水

蓄電池長期充放電后常呈現出電解液液位過低的干涸情況，需定期添加蒸餾水，在添加蒸餾水及液位測量的過程中，應保證蒸餾水的純凈，避免各類雜質混入電解液。電解液中雜質過多時，充電過程中通常會伴隨著大量泡沫析出，日常維護中應注意觀察，及時處理。

目前蘇州地鐵鎳鎘蓄電池補液周期為三個月，補液要求為液位>0.6，理論上來說液位消耗每兩周應<=0.1，若在抽查過程中發現液位下降過快，可判定該節蓄電池單體為問題單體，應及時處理更換。

3.2 檢查漏液狀況

蓄電池漏液的表現形式通常為肉眼可見的液流痕跡、蓄電池外殼燒損、蓄電池絕緣過低等。維護人員應制定詳盡的周期維護計劃，定期檢查蓄電池外觀，在泄漏處通常會形成肉眼可見的碳酸鹽白色粉末，若發現需及時處理。

3.3 做好清潔及線纜防護

在日常蓄電池維護時應使用微濕的布對蓄電池表面及蓄電池箱體進行擦拭，不得使用清潔劑清洗，在線纜連接處及裸露金屬表面應涂抹一層凡士林或抗腐蝕油，能有效減緩腐蝕及銅綠的生成。

3.4 定期充放電

鎳鎘蓄電池若長時間處于不完全充放電的工況下，會在蓄電池內部留下痕跡，影響蓄電池的容量，這種現象叫蓄電池的記憶效應。因此，維護人員應每兩年對蓄電池至少進行一次以恒流充電電流為標準的充放電循環，若多次循環后蓄電池容量仍達不到要求，需考慮更換蓄電池。

3.5 蓄電池儲存環境

蓄電池的儲存環境也直接影響蓄電池的容量及使用壽命。蓄電池的儲存環境應遠離熱源，避免陽光直射，同時應保證良好的通風、干燥的環境，避免灰塵堆積。

4 結束語

城市軌道交通列車蓄電池技術不斷在進步，蓄電池的規格參數也在不斷更新，但蓄電池最根本的原理是不變的。只有從根本上學習蓄電池原理，了解蓄電池的失效形式，才能更好的制定維護措施，保證列車的正常運營。

參考文獻：

[1]呂強.全密封鎘鎳蓄電池失效分析[J].電源技術，2014，38（09）：1692-1694.

[2]朱桂瑤.蓄電池漏液故障分析[J].中國設備工程，2018（21）：44-45.

[3]鄭耀.廣州地鐵A型車鎳鎘堿性蓄電池的運用維護及應用現狀[J].機電工程技術，2017，46（04）：149-152.

[4]吳正龍，劉彬.淺析鎳鎘蓄電池運行和維護方法[J].技術與市場，2019，26（11）：138+140.