地铁列车蓄电池组车下深度充放电试验研究.pdf

58D0I:10.14032issn.1007-6034.2023.04.016文章编号：10 0 7-6 0 34（2 0 2 3）0 4-0 0 58-0 3机车车辆工艺第4期2 0 2 3年8 月现场经验地铁列车蓄电池组车下深度充放电试验研究邓举明1，逢顺勇，李世骏（1.青岛地铁运营有限公司，山东青岛2 6 6 0 41；2.青岛青铁物业管理发展有限公司，山东青岛2 6 6 0 0 0）摘要：在地铁运营过程中，由于列车蓄电池组长期浮充供电，浅充浅放，产生“记忆效应”，使得蓄电池组容量变小，出现明显充放电失效情况。当发生上述情况后，可通过深度充放电试验对蓄电池组容量进行恢复。因此，需定期将蓄电池组从地铁列车上拆下，利用恒流充放电机对其进行深度充放电试验。文章重点研究地铁列车蓄电池组车下充放电试验方案。关键词：地铁列车；蓄电池组；浅充浅放；深度充放电中图分类号：U270.38*1文献标识码：B蓄电池组作为地铁列车控制系统和应急照明的备用电源，在列车电气系统中起着重要作用。蓄电池组能够在列车主供电系统接通前为列车激活控制系统，同时为辅助逆变器提供控制电源。当电网无高压或车辆辅助逆变器发生故障时，蓄电池组可为列车应急照明、紧急通风、网络控制、乘客信息及车门控制等系统提供电源，保证应急负载可持续运行一定时间，满足乘客安全逃生与供电需求 2 。但地铁列车在运营过程中，由于蓄电池组长期浅充浅放，导致蓄电池组容量变小。为了恢复蓄电池容量，需要对蓄电池组深度充放电，激活蓄电池容量。1蓄电池结构与化学原理1.1蓄电池结构组成地铁列车两端各配置1组镉镍碱性蓄电池，标称电压为DC110V，正常供电电压范围为6 7 132V，在此范围内蓄电池组负载均可正常工作。3 青岛地铁3号线列车蓄电池组为镉镍碱性蓄电池，每组蓄电池由7 8 节单体电池串联组成，单体蓄电池结构如图1所示。蓄电池组额定容量16 0 Ah，型号为LPH-M-160A，每节蓄电池标称电压：DC1.2V，使用温度范围：-2 5 45。正极板、负极板、电解液、隔膜组装在蓄电池壳体内。其中，正极板是将镍粉末高温烧结而成的多孔导电板，其活性物质为氢氧化镍。负极板是一块膏涂敷多孔性的极板，其活性物质为氢氧化镉。蓄电池内部电解液为氢氧化钾溶液，电解液起导电作用，使蓄电池内部形成通收稿日期：2 0 2 1-12-10作者简介：邓举明（198 5一），男，高级工程师，本科。路。当环境温度为2 0 时，正常蓄电池的电解液密度为1.18 1.30 g/cm。蓄电池内部隔膜由耐碱性合成树脂纤维与合成树脂薄膜组成，用于将正负极板隔离，防止短路。注液孔负极板壳体隔膜正极板图1蓄电池单体结构1.2蓄电池化学原理及充放电特性蓄电池充电时是将电能转化为化学能，放电时将化学能转化为电能，通过可逆的化学反应实现电能与化学能转换和存储。1.2.1蓄电池化学原理蓄电池充电过程化学式见图2，电解液中的氢氧化钾不参与充放电的化学反应。充电时，放电状态的负极活性物质氢氧化镉失掉羟基还原为镉，正极活性物质氢氧化镍被氧化为羟基氧化镍，并生成水。充电完毕，正极的活性物质变为饱和充电状态后，若再继续充电（即过充电），电解液中的水将被分解为氢气与氧气。放电过程与充电过程相反，放电时负极活性物质镉氧化为氢氧化镉，正极活性性物质羟基氧化镍还原为氢氧化镍59邓举明，逢顺勇，李世骏地铁列车蓄电池组车下深度充放电试验研究放电2Ni00H+2H20+zCd2Ni(OH)2+Cd(OH)2充电图2充放电过程中的化学反应公式1.2.2蓄电池的自放电特性蓄电池满电态储存时，内部会发生缓慢化学反应，使蓄电池电能慢慢流失。电解液的成分和环境温度均对蓄电池自放电产生影响。地铁列车蓄电池组如图3所示图3地铁列车蓄电池组1.2.3蓄电池的记忆效应记忆效应是镉镍蓄电池特性之一，当蓄电池长期在浅充浅放状态下使用，会产生明显的充电和放电性能下降的情况。蓄电池的记忆效应是由于长时间积累导致，可通过定期进行容量循环（即深度充放电）试验来消除，恢复正常容量。若蓄电池组超过3年时间未进行维护，则蓄电池记忆效应会较为严重。2蓄电池组恒电流充放电要求2.1作业环境要求蓄电池间温度需尽量保持（2 0 5）范围内。蓄电池组充电作业时，有氢气释放。故蓄电池组充放电作业时及结束后3h内，须保证蓄电池间通风正常，否则可能引起爆炸。蓄电池间内禁止烟火。蓄电池间的照明和开关设备均应采用防爆设计。2.2充放电电气要求蓄电池常用参数C，A 表示（蓄电池满容量时，恒流放电5h，可以完全放电，这个电流值即为C,A)。LPH-M-16 0 A 型蓄电池C,A为16 0 A。为了保护在充电过程中，蓄电池不会发生过热或过流情况，需恒流充电。恒流充电是指在蓄电池充放电过程中，充电电流恒定不变，充放电电流一般以倍率表示。LPH-M-160A型蓄电池恒流充电标准：用0.2 CsA电流连续充电8 h，充人额定容量16 0%（0.2 C,A 表示0.2 倍率的充（放）电电流，即0.2 160A=32A电流），电池可处于全充电状态，这种方法通常用于电池初充电、容量恢复或容量检查。2.3电解液密度要求LPH-M-160A型蓄电池电解液为氢氧化钾溶液，密度正常应在1.18 1.30 g/cm32.4纯水要求纯水电导率应小于10 S/cm，纯水PH值应在5.88.6。3工艺方案研究3.1蓄电池外观检查对连接线、端子损坏、温度开关、腐蚀等进行点检，确认蓄电池单体有无漏液现象3.2单体蓄电池电压测量使用万用表测量蓄电池单体开路电压，并记录。此时单体蓄电池正常电压应在1.2 3 1.38 V。3.3蓄电池电解液密度检测与液位调整打开蓄电池液口栓盖，使用吸人式密度计（密度计量程：1.10 1.30 g/cm），检测电解液密度。电解液密度应在1.18 1.30 g/cm：对于电解液密度不合格的蓄电池，为其更换合格电解液，并将电解液液位调整至蓄电池中间液位线。对于电解液液位超过中间液位线的蓄电池，抽出部分电解液至PP材质塑料桶，使电解液液位位于蓄电池中间液位线，记录每节蓄电池被抽出的电解液体积。对于低于蓄电池中间液位线的蓄电池，使用注射器补充合格电解液至蓄电池中间液位线。3.4蓄电池组充放电试验蓄电池组采用整体方式进行充放电试验，激活其容量。青岛地铁使用自动恒流充放电机开展蓄电池充放电试验3.4.1恒流充放电机功能恒流充放电机可以控制蓄电池按照恒定电流对蓄电池进行充放电。对蓄电池放电时，可设置充放电机的放电电流、蓄电池放电终止电压、放电时间及放电上限容量。3.4.2蓄电池组接线方式将充电机柜输出线与蓄电池组的正负极连接，闭合充电机开关3.4.3蓄电池组余电释放蓄电池正式充放电之前，首先将蓄电池剩余电量进行释放。设置充电机以32 A恒流放电至7 8V/组、放电时间5.5h和容量30 0 Ah（对于充电机的电压、时间和容量参数，先到先停，正常7 8 V先达60上接第57 页）上接第54页）机车车辆工艺第4期2 0 2 3年8 月现场经验到）。若放电时间不小于5h，视为容量合格，然后进行补水、充电。最后静置1h。3.4.4蓄电池组充放电蓄电池组充放电需循环进行3次，每次充放电过程如下：设置充电机以32 A恒流充电8 h，充电上限电压17 1.6 V和容量30 0 Ah。每2 h抽查1节蓄电池电解液温度，若超过45，则强制通风降温。每2 h记录7 8 节蓄电池的单节电压，1 2 V为正常，更换电压异常的单节电池，静置1h。设置充电机以32 A恒流放电至7 8 V/组，放电时间5.5h和容量30 0 Ah。每2 h记录蓄电池单节电压值是否正常。该过程正常电压不小于1V（如果在第3次充放电过程的第4h，发现单节蓄电池电压小于1V，视为容量不合格，需更换该节蓄电池）。如果放电时间不小于5h，视为容量合格，静置1h后，进行下步操作。3.4.5蓄电池组上车前充电设置充电机以32 A恒流充电8 h，充电上限电压为17 1.6 V和容量30 0 Ah。每2 h抽检1节蓄电池电解液温度，若超过45，停止作业，强制通风降温。每2 h记录所有单节蓄电池电压，1 2 V为正参考文献：1 康伟，崔军胜，王绅宇，等，轨道交通车辆空调系统智能控制与大数据应用 J.城市轨道交通研究，2 0 2 0,2 3（4）：134-136.【2 惠正鹏基于计算机智能变频的中央空调节能改造与控制浅析J.电子世界，2 0 14（18）：196.3朱洪磊，邬春晖，李琦.地铁车辆智能变频空调全制冷季运行节能试验研究 J.电子质量，2 0 2 0（10）：8 5-90.4】崔军胜，王佳.城市轨道车辆定频空调机组与变频空调机组对比分析J.中国标准化,2 0 19（6）：2 12-2 14.5王钊，魏婉娜，陈亮.轨道车辆变频空调节能试验及舒适性研究.制冷与空调（四川），2 0 16,30（1）：9910 3.6陈萍，张永利，李超，青岛市轨道交通车辆采用变频空调满足节能舒适健康的应用研究J：城市轨道交通研究，2 0 17，2 0到钩体的Goodman-Smith图中进行比较分析，结果表明车钩钩体的疲劳性能满足使用要求。（2）该方法可以应用到其他工程机械的疲劳应用分析中，具有一定的理论指导意义，同时也对其他行业的金属部件、构件的选材，设计强度校核提供了技术依据。常。更换电压异常的单节蓄电池，静置16 h。3.4.6向蓄电池组返补电解液和补充纯水将抽出电解液按相同数量补充回对应蓄电池，补充纯水至蓄电池最高液位4丝结束语青岛地铁运营公司按照上述工艺方案对青岛地铁3号线2 4列地铁列车蓄电池组下地深度充放电，方便可行。通过该工艺方法能够准确快速挑栋出不合格的蓄电池单体进行更换，以及对电解液密度不合格的蓄电池更换电解液，使得蓄电池容量得到很好的恢复。目前采用该工艺方案恢复容量蓄电池已在正线运营2 年多时间，状态良好，未发生容量不足等相关故障。参考文献：【1代磊.地铁车辆蓄电池典型故障分析及优化整改措施J，轨道交通装备与技术，2 0 2 1（4）：41-43.【2】李爽，胡骁椅.武汉地铁8 号线蓄电池开路故障原因及解决对策J.技术应用,2 0 2 1（4)：7 5-7 6.3徐勇，刘勇，戴计生，等.一种基于实时网络数据的列车蓄电池故障预警方法 J.控制与信息技术,2 0 2 1（2）：10 6-111.(7):123 126.7李剑，刘美堂，高福学.城市轨道交通车辆变频空调系统节能及舒适性分析J城市轨道交通研究，2 0 15，18（5）：99-103.【8】王钊，魏婉娜，陈亮.轨道车辆变频空调节能试验及舒适性研究 J制冷与空调，2 0 16，30（1）：99-10 3.9张永利，孟胜军，轨道车辆变频空调机组在轨道交通中的节能分析J。现代城市轨道交通，2 0 12（6）：19-2 2.10 王兴江.轨道车辆空调的节能技术 J.机电工程技术，2 0 11，40(8),66-68.11】熊小慧，梁习锋.CRH2型动车组列车交会空气压力波试验分析 J.铁道学报，2 0 0 9，31（6)：15-2 0.【12 任姝颖.低温等离子技术在空气净化领域的发展现状及其应用前景 J.洁净与空调技术，2 0 17（3）：44-54.参考文献：1】米彩盈，李带.铁道机车车辆结构强度M.成都：西南交通大学出版社,2 0 0 7.2项彬，史建平，郭灵彦，等.铁路常用材料Goodman疲劳极限线图的绘制及应用J.中国铁道科学，2 0 0 2,2 3（4）：7 2-7 6.3刘鸿文.材料力学IM.北京：高等教育出版社,2 0 10.【4】黄诗尧，赵永翔，胡海斌.ZC230-450铸钢的疲劳可靠性设计Goodman-Smith图 J.机械强度,2 0 0 8,30(1）：117-12 1.