電力蓄電池工程車續航能力測試方法論述

董海濤

（福州地鐵集團有限公司，福建福州 350009）

0 引言

為了滿足上蓋開發的車輛基地的消防和環保要求，越來越多的地鐵公司采用電力蓄電池工程車來代替內燃工程車。目前主流的電力蓄電池工程車可采用接觸網和蓄電池兩種模式供電，在接觸網供電工況下，電力蓄電池工程車具有清潔環保且無限續航的優勢，但在接觸網無電或作業區域接觸網須斷電的情況，電力蓄電池工程車就必須完全依靠蓄電池來提供動力，所以各地鐵公司一般都對蓄電池工況下的續航能力有一定的要求，并要求驗收時進行續航能力測試，通過后方可進行驗收。本文基于福州地鐵6 號電力蓄電池工程車的續航能力測試情況，對蓄電池工況下的續航能力測試方案如何確定進行分析論述。

1 設備情況及續航能力要求

福州地鐵6 號線電力蓄電池工程車的蓄電池容量為400 A·h、軸重≤14 t、整備重量≤56 t，要求續航能力為一臺電力蓄電池工程車的牽引不低于110 t 的負載，從車輛段/停車場出發，到正線最遠端作業，然后回到最近車輛段/停車場，牽引蓄電池剩余容量不低于總容量的20%，同時全程時間不小于3 h。

2 線路情況與測試結果

福州6 號線為過江地鐵線路，過江部分采用公鐵橋的過江方案，其他部分的地下線路，線路全長約40 km。根據線路情況，從車輛段/停車場出發到正線最遠端作業，然后回到最近車輛段/停車場的最長里程為42.5 km，路徑為：樟嵐停車場—蘆岐站—梁厝站—下洋站—營前站—航城站—鄭和站—十洋站—吳航站—鶴上站—沙京站—蓮花站—濱海新城站—壺井站—萬壽站—國際學校—蓮花站—橫港車輛段。

由于下洋站—營前站之間的跨江公鐵橋施工滯后且萬壽站—國際學校站點暫不施工，所以電力蓄電池工程車無法按合約規定的路徑進行蓄電池工況下的續航能力測試。依據已具備行車條件的現有線路，選擇了從橫港車輛段出發到營前站，然后從營前站到鶴上站往返一次，最后從營前站返回車輛段（全程約43 km），采用一臺電力蓄電池工程車以100%的蓄電池電量牽引兩臺電力蓄電池工程車進行測試。

實際測試過程中，電力蓄電池工程車在最后從營前站返回車輛段的過程中，行進至沙京站時剩余電量僅為22%，此時距離車輛段還有約3.4 km，根據測試過程的耗電情況判斷，測試電力蓄電池工程車已經無法返回車輛段（電量低于20%將牽引封鎖），所以轉由一臺被牽引的電力蓄電池工程車將工程車編組牽引回車輛段，消耗該臺電力蓄電池工程車4%的電量，具體測試數據見表1。

表1 實際測試數據

此次測試結果來看，原測試的電力蓄電池工程車作業時間已達到5 h+39 min，但到達沙京站時已經只剩余22%的電量，已經無法滿足合同的返回車輛段電量不低于20%的要求。經分析發現，此次測試電力蓄電池工程車在兩次經過航城站到營前站的大坡道區間（312 m 的23.826‰坡道和841.904 m 的27.9‰坡道，折算約為1153 m 的26.819‰坡道）時耗電量最快（每次消耗約10%的電量），而根據合同約定的測試路徑：樟嵐停車場—蘆岐站—梁厝站—下洋站—營前站—航城站—鄭和站—十洋站—吳航站—鶴上站—沙京站—蓮花站—濱海新城站—壺井站—萬壽站—國際學校—蓮花站—橫港車輛段，只需經過一次下洋站到營前站的大坡道區間（1458.514 m 的27‰坡道），所以此次實際測試過程較合同約定的路徑多經過了225 m的27‰坡道和613 m 的23.826‰坡道，此部分經測算約需消耗6.7%的電量（［（312×23.826）÷（1153×26.819）×10%×（613÷312）］+［（841.904×27）÷（1153×26.819）×10%×（225÷841.904）］），而正常地下區間坡道運行此838 m 消耗的電量約1%，此部分多消耗了至少5%的電量，而后面沙京至橫港車輛段采用另一輛電力蓄電池車牽引也只消耗了4%的電量，所以判斷此次測試選取的線路有問題，和合同規定的路徑還是存在較大偏差。

3 復測情況

根據第1 次的測試數據，此次進行重新分析，盡量選取與合同規定的線路長度、坡度相同的測試路徑，根據6 號線線路數據，計算出來合同規定的線路（樟嵐停車場—蘆岐站—梁厝站—下洋站—營前站—航城站—鄭和站—十洋站—吳航站—鶴上站—沙京站—蓮花站—濱海新城站—壺井站—萬壽站—國際學校—蓮花站—橫港車輛段）平均坡度值約為0.11‰，可以看出來合同規定線路應均屬于上坡和下坡的里程及坡度基本相近的線路情況，所以最終折算出的平均坡度值才接近于0；進一步分析可知，合同中規定的線路中所有上坡路段折算出來的坡度平均值約為11.11‰，所以可知合同規定的線路是近似于一條坡度為11‰、長度為42.5 km 的拋物線。

經分析線路情況，最終選取的測試路徑為：橫港車輛段—沙京站—營前站—航城站—沙京站—鶴上站—沙京站—橫港車輛段，全長約43 km，經計算全路徑的平均坡度為0.12‰，所有上坡路段折算出來的坡度平均值約為11.25‰，近似于一條坡度為11‰、長度為43 km 的拋物線，與合同規定的線路條件基本相同。

第2 次測試過程中，電力蓄電池工程車在最后從沙京站返回到橫港車輛段時，共用時4 h+52 min，剩余電量還有27%，滿足合同規定的作業時間不小于3 h、剩余電量不低于20%的要求，測試結果說明電力蓄電池工程車續航能力滿足要求，具體測試數據見表2：

表2 實際測試數據

4 電力蓄電池工程車續航能力測試方法分析

通過福州地鐵6 號線的續航能力測試可知，電力蓄電池工程車在蓄電池工況下的續航能力與線路坡度關系密切，在大坡道上的耗電量是平直道的數倍，不同線路情況下的續航里程是大不相同的，所以為了測試條件和實際線路相同，就必須選取綜合線路情況與實際線路基本相同的測試路徑，首先是里程數要基本相同，其次最重要的是坡度情況要基本相同。線路的平均總坡度、平均上坡坡度和平均下坡坡度均可以采用以下公式進行計算得出：

計算即可得出線路的情況，從而判斷出選取的測試路徑是否滿足合同要求。測試路徑選取完成后，就可以根據合同的約定方法進行實際測試，最終根據測試結果就可以很明確地知道電力蓄電池工程車續航能力是否要求。

5 結語

電力蓄電池工程車作為采用新能源的軌道動力車輛，預計未來將逐步代替傳統的內燃工程車，由于目前存在電池充電時間過長和續航能力較差等問題，全國地鐵運營公司仍對使用電力蓄電池工程車有所顧慮，所以往往會提出超出目前市場上電力蓄電池工程車續航能力要求。

經測試分析，目前電力蓄電池工程車不僅可以在蓄電池工況運行，還具備接觸網送電工況的運行能力，理論上蓄電池只是作為一種后備補充電力，不作為主要的運行方式；同時蓄電池的容量大小也基本限定了電力蓄電池工程車的續航能力，在蓄電池容量一定的情況下要盲目要求高續航能力是一種不切實際的想法。而且由于蓄電池固有衰變特性，即使到貨時測試合格，經過一段時間的蓄電池衰變，續航能力也將大不如前。

基于此，本文建議設計單位在設計階段就應該根據各地鐵線路的情況，推薦業主單位選擇合適蓄電池容量的電力蓄電池工程車，地鐵公司也不必再對續航能力進行要求和測試，同時運營單位應根據電力蓄電池工程車特性適時改變作業規程，讓電力蓄電池工程車充分發揮應有作用，做到物盡其用。