CTM蓄电池动车组镍镉蓄电池充放电分析

高铁已成为众多交通工具中最重要的一种，自2007年至今，第一批动车组已运营十余年之久，跟着动车组服役年限不断添加，毛病率也逐年递增，其相应的检修压力也随之加大，而辅佐供电体系的供电质量与可靠性是影响到动车运转安全和旅客乘坐舒适度的最直接要素。本文首要以CRH3动车组镍镉蓄电池恒流充放电进程中的温度、放电时刻要素为参考点研究动车组镍镉蓄电池充放电的特性。

关键词：动车组；恒流充放电；镍镉蓄电池；温度；放电时刻

蓄电池是动车组辅佐直流供电体系中的重要部件，在动车组无外电源时，承担着为直流负载应急供电的任务。

我国2005年引入动车组时，车载蓄电池首要为铅酸电池和镉镍电池。跟着我国动车组技能的开展，铅酸电池逐步被烧结式镍铬电池替代。近年来，跟着电池技能进步，高能量密度和免维护的锂电池逐步运用至动车组，如CR400BF型标准动车组开端选用钛酸锂电池。现有各型动车组蓄电池类型包含铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池和锂电池。

1根本运用

1.1铅酸蓄电池

铅酸蓄电池首要运用在CRH2A型动车组，首要特点如下：（1）常温放电功用平稳、一次性采购成本低。在运用进程中，每半年需进行1次电池状况惯例检查，每2年进行1次电池容量均衡。（2）适用于浅充电，允许的充放电电流较小，以大电流反复充电会形成蓄电池缓慢损伤。（3）硫化及漏液严峻，需很多日常维护。（4）电池电解液对极柱和板栅具有腐蚀性，在高温下充电过热膨胀容易发生“热失控”现象，导致电池损坏，使串联回路开放，带毛病运转能力差。（5）出产及运用中存在铅污染或砷化氢污染。

1.2烧结式镉镍电池

烧结式镉镍蓄电池遍及运用于CRH1，CRH2,CRH3,CRH5及CR400AF动车组，电池首要特点如下：1.工作温度规模大，放电电压平稳。2.单体均一性好，可承受过充过放，寿命长。2.每半年完结1次容量均衡。在运用进程中，单个电池液位低时可形成“干烧”。4.充电特性平稳，充电效率较高，运用寿命长，大电流放电功用优异，可满足动车组大功率放电需求。5.与袋式镉镍电池相比，烧结式镉镍电池再出产和运用中相同存在镉污染[1][2]。

1.3镍氢蓄电池

镍氢蓄电池首要运用在大型机械、新能源汽车、风电储能、太阳能储能等领域，近年在160km/h动力集中型电动车组运用，首要特点如下：1.放电特性平稳；2.低内阻、高倍率、大电流充放电功用优秀；2.适应温度规模大，-50℃~50℃均可正常运用；4.容量密度高，运用寿命长；5.蓄电池回收率高，可完成资源的回收运用，电池集中补液操作简单；6.自放电比其他类型电池略高。

1.4钛酸锂电池

CR400BF动车组运用钛酸锂电池，电池首要特点如下：1.能量密度较高，介于镍氢与磷酸铁锂电池之间；2.具有高功率承受能力，可大电流充放电；2.电池自放电率低，无回忆效应，电池循环寿命可达10000次以上；4.电池运用配套电池办理体系，可检测单体状况；5.绿色环保，无铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质；6.安全性高，在充电后期、低温或高倍率充电状况下，负极电位不会到达锂离子还原成金属锂的电位，不易析锂；7.在动车组运用经验不足，电池对过充、过压敏感，不妥运用可能导致燃烧或爆破。锂电池爆破原因首要有电池受热导致隔阂、电极分解产生很多热量与气体；撞击、针刺诱发内部短路，电流过大导致热失控；过充引发锂金属在负极外表堆积，溶剂被氧化放出的热量，触发金属锂与溶剂反应，导致热失控。

2体系示意图

镉镍和铅酸蓄电池箱体系电气原理示意图如图1所示，锂离子电池箱体系电气原理图如图2-2所示。

 

图1镉镍和铅酸蓄电池箱体系电气原理示意图

 

图2锂离子电池箱体系电气原理示意图

3充电方法

除CEH2系列动车组蓄电池选用恒压直充充电方法外，其他车型蓄电池均选用带温度补偿的充电方法。

3.1恒压直充充电

恒压充电方法选用恒定电压充电，但存在以下问题：高温环境电池易被过充，电解液中的水耗费过快，严峻时损坏蓄电池；低温环境充电效率低，充入电量少，影响放电功用；无充电限流功用，充电电流不可控，对蓄电池冲击大。

3.2温度补偿充电

温度补偿充电方法是依据蓄电池温度来补偿充电电压，温度补偿系数、充电曲线的规划遵循充入电量最大化、耗水量最小准则。EN50547:2013《铁路运用 电池辅佐供电体系》要求，镉镍电池温度补偿系数每只-0.003V/K，铅酸电池温度补偿系数每只-0.004V/K。镍镉蓄电池温度超越45℃时，铅酸蓄电池温度超越50℃时，应选用浮充形式，当温度超越70℃时，应停止充电。

4毛病安全

各车型所用电池类型、充电方法不同，使得蓄电池维护存在差异。

CRH2型动车组充电机没有控制器，无法收集电压电流进行毛病维护，因而无法完成充电进程中的软件维护。为此，在电气柜内设置断路器欠压继电器，完成蓄电池的过流及欠压维护。除CRH2型动车组充电机外，其他各车型充电机均为高频改换充电机，具有充电电压、充电电流及蓄电池温度收集功用、功率元件毛病、接触器毛病、过热维护等维护功用

[3]。

CRH1和CRH380D型动车组具有软件维护功用，熔断器等硬件维护器材均设置在蓄电池箱内；CRH3，CRH5,CR400AF和CR400BF型动车组充电机具有软件维护功用，内部同时设置熔断器，对蓄电池进行负载短路维护。

CR400BF型动车组选用锂电池，锂电池对安全性要求高，除上述充电机采纳的被迫维护措施外，锂电池添加自动维护功用。电池办理体系检测充电电压、充电电流、电池电量、单体电压、单体温度等电池状况。当检测到单体电压过高、总压过高、温度过高、压差过大、充电过流等毛病时，BMS发送降流请求。严峻时，切除接触器，断开充电放电回路，完成锂电池维护。

5高档修中充放电进程剖析

由于动车组车型不同，装配的蓄电池类型品种较多，技能参数各不相同，给后期各动车段在高档修进程中蓄电池的检修保养带来了不小的难度。

CRH380B/380C为北京铁路局集团公司北京动车段的主修车型，FNC型蓄电池为以上两个车型中装配较多的蓄电池类型，本文即以以上两个车型的FNC蓄电池为例进行论说。

蓄电池箱体系下车分解检修流程如图3所示。

 

图3 蓄电池箱体系下车分解检修流程如图

动车组蓄电池的充放电稳定是动车能够安全运转的一大重要保障。而动车组蓄电池在检修维护时，却时常出现充放电时刻不符合标准而导致蓄电池检修不合格的状况。依据蓄电池充放电进程中温度以及放电时刻为参数因子提出研究课题，评论蓄电池充放电时刻与环境温度有何相互关联[4]。

把单体电池依照顺序正负极相错摆放于托盘上，并用衔接片正负相衔接（衔接之前对极柱、衔接片、垫圈进行清洁检查无异物，衔接片及垫圈外表平整）。每路电池84块，顺次衔接后将螺母紧固，并运用力矩扳手依照20Nm力矩衔接力矩承认衔接紧固，并复查。充电前需以恒定电流32A放电到单体电压均匀为1V。

蓄电池容量测试选用二充二放制。充电依照恒定电流32A充电8小时，充电后在20±5℃温度下蓄电池需至少静置1小时最多4小时。放电时以恒定电流32A放到单体电压均匀为1.0V。

蓄电池容量合格标准：第二次容量测试放电时刻不低于4.5小时，每支单体电压大于1.0V，且同一蓄电池体系内两组蓄电池整组放电时刻差≤0.5h。

6充放电环境温度与放电时刻参数联系

结合2021年全年蓄电池均匀放电时刻与温度数据来看，生成如下联系图：

 

图4 蓄电池组放电时长与环境温度统计图

由上图来看，不难得出以下定论

（1）蓄电池组放电时长与环境温度的联系：并不是环境温度越高，放电时长越长，两者之间并不是比例联系；

（2）环境温度处于0-25℃时，放电时长按必定系数增加，但从全体放电时长来看，增加系数并不大，即增加不明显；

（3）蓄电池组放电时长合格的环境温度段根本在10℃-30℃之间；

（4）蓄电池组放电时长的峰值在环境温度到达25℃。

7蓄电池组均匀年限与放电时长的参数联系

结合2021年全年蓄电池均匀年限与放电时长参数来看，生成如下联系图：

 

图5 蓄电池组放电时长与电池年限

由上图来看，可得出以下定论：

（1）蓄电池组均匀年限在2010年时，可到达放电合格标准；而蓄电池组均匀年限在2021年也便是全新电池时，放电时长最高，可达300分钟；

（2）由上图可看出，蓄电池年限越挨近新电池的出产年份，放电时长越高，但在挨近新电池出产年份时，放电时长趋于平稳；

（3）一般状况下，全新电池放电时长不会超越300分钟。

8结语

经过上述两个实验来看，蓄电池组的全体放电时刻与环境温度和电池本身新旧程度有着密不可分的联系。

从图4咱们可得出蓄电池组全体放电适用于环境温度为10-30℃，其中25℃为最佳环境温度。在如今，咱们可以经过设置恒温间来对环境温度进行调整，使之到达25℃，确保蓄电池组充放电时的最佳温度，从而确保蓄电池组放电时长合格。

从图5咱们可看出蓄电池越年份越高，电池本身越新，本身的放电时长越长。经过这必定论，咱们可对运用年份过长的电池提前准备周转件或许新电池，以防蓄电池在放电进程中不合格形成备品短缺。