地鐵車輛蓄電池選型分析及建議

陳興星 張 吉

沈陽地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司

地鐵車輛蓄電池選型分析及建議

陳興星 張 吉

沈陽地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司

地鐵車輛電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，蓄電池是地鐵車輛輔助系統(tǒng)中的重要設(shè)備，蓄電池型號及參數(shù)的確定是電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中的一個重要的組成部分。蓄電池作為緊急負(fù)載供電電源，有著重要的作用，基于此，本文將著重分析探討地鐵車輛蓄電池選型，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

地鐵車輛；蓄電池；選型

1 地鐵車輛蓄電池主要功能

1.1 車輛在運(yùn)行過程中在列車啟動前激活各控制系統(tǒng)，同時為輔助逆變器提供控制電源。在線路電網(wǎng)無網(wǎng)壓或帶充電機(jī)的輔助逆變器全故障不工作情況下，蓄電池為車上應(yīng)急照明、與安全有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、車輛的全部通信設(shè)備（包括PIDS、廣播、無線電等）以及緊急通風(fēng)設(shè)備、門控設(shè)備等提供緊急供電電源，維持規(guī)定的緊急供電時間，滿足乘客安全逃生與供電需求。

1.2 在降弓狀態(tài)下為地鐵車輛DC110V（以B型地鐵為例）控制電路、照明、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、PIDS系統(tǒng)等低壓設(shè)備提供DC110V電源，保證地鐵車輛升弓并投入工作。

1.3 地鐵車輛正常運(yùn)行中，蓄電池和輔助逆變器的充電機(jī)共同為DC110V控制母線供電，起到濾波作用，降低控制母線電源的紋波系數(shù)，提高母線電源的質(zhì)量。因此，正確選用蓄電池型號、組個數(shù)、確定其參數(shù)，對地鐵車輛輔助供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有重要的意義。

2 地鐵車輛蓄電池選型原則

蓄電池作為緊急負(fù)載供電電源，其主要作用如下:1)在列車啟動前激活各控制系統(tǒng)，同時為輔助逆變器提供控制電源。2)列車在無網(wǎng)壓時，蓄電池的容量能夠?yàn)榫o急照明、緊急通風(fēng)、火災(zāi)和煙霧探測系統(tǒng)、門控設(shè)備、無線電、公共廣播系統(tǒng)、信息顯示系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及列車各控制系統(tǒng)供電，維持上述系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)定的緊急供電時間。滿足乘客安全逃生與列車供電需求。

地鐵車輛蓄電池的選型一般從以下三個方面考慮:1)首先，確定蓄電池類型為鎳鎘蓄電池還是鉛酸蓄電池。目前，地鐵車輛用蓄電池主要分為鎳鎘蓄電池和鉛酸蓄電池兩種類型。兩種類型電池的性能比較如下:鉛酸蓄電池性能特點(diǎn):鉛酸蓄電池購置成本低，無記憶效應(yīng)，無需加液，壽命為8～10年，更換成本高，體積大，重量大，適應(yīng)環(huán)境溫度(－40℃～+55℃)。鎳鎘蓄電池性能特點(diǎn):鎳鎘蓄電池購置成本高，有記憶效應(yīng)，需加蒸餾水，可快速充電，壽命為10～15年，更換成本低，體積小，重量輕，適應(yīng)環(huán)境溫度(－40℃～+60℃)。根據(jù)車輛運(yùn)用條件及車輛采購合同對蓄電池壽命、及是否免加液等的要求，結(jié)合以上兩種蓄電池的性能特點(diǎn)可以確定蓄電池類型為鎳鎘蓄電池還是鉛酸蓄電池。2)按照車輛采購合同要求計(jì)算緊急負(fù)載的總功率。3)計(jì)算蓄電池單體數(shù)量及蓄電池容量。最終結(jié)合容量計(jì)算結(jié)果，選擇與車輛合同要求相同或相似的環(huán)境中有成熟的運(yùn)用業(yè)績的蓄電池型號。

3 地鐵車輛蓄電池選型分析

3.1 膠體鉛酸蓄電池

膠體鉛酸蓄電池由金屬鉛和硫酸為主要材料制作而成，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

膠體鉛酸蓄電池采用二氧化硅與硫酸液配制而成的膠體作為電解質(zhì)，使用過程中不會產(chǎn)生酸霧，減小了內(nèi)壓，安全性較高；單體蓄電池額定電壓及容量較高，自放電率低；對使用環(huán)境無污染，可避免廢水、廢電解液的產(chǎn)生，廢舊電池可合法持證且有價回收，整體回收不會造成二次污染；膠體鉛酸蓄電池可以臥放工作，可大大減小車載蓄電池體積及重量，降低車輛能耗。

3.2 鎘鎳蓄電池

正極板是將鎳粉末用高溫?zé)Y(jié)為多孔性的導(dǎo)電板，以氫氧化鎳作為活性物質(zhì)。負(fù)極板是用加強(qiáng)筋制造的膏涂敷多孔性的導(dǎo)電板，以氫氧化鎘作為活性物質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式如下：

鎘鎳堿性蓄電池耐過充或過放能力較強(qiáng)，即使虧電到零電壓恢復(fù)后還能正常使用。該蓄電池中的極板不參與化學(xué)反應(yīng)，極板長期使用后不會變薄，但會產(chǎn)生碳酸鹽，影響離子在電解液中的運(yùn)動，長期使用后會使蓄電池內(nèi)阻加大；電解質(zhì)中的水參與化學(xué)反應(yīng)，一方面會分解為氫氣及氧氣，增大內(nèi)壓，存在一定的安全隱患，另一方面會使電解液水份缺失，需要定時補(bǔ)水，維護(hù)工作量較大；長時間使用后蓄電池液口栓蓋處會出現(xiàn)爬堿現(xiàn)象，易引起短路。

3.3 蓄電池性能比較

膠體鉛酸蓄電池額定電壓及容量較高，自放電率低，長期使用后內(nèi)阻變化小；不需補(bǔ)水，后期維護(hù)工作量?。换厥章矢?，環(huán)境污染??；蓄電池使用過程中不會產(chǎn)生酸霧，內(nèi)壓穩(wěn)定，提高了安全性；可以大大減小車載蓄電池體積，總重量也會有所減小，降低車輛能耗。

3.4 成本分析

由于兩種蓄電池使用材料、使用壽命及維護(hù)保養(yǎng)工作都不同，因此需要對比地鐵車輛生命周期內(nèi)的總運(yùn)行成本。鎘鎳堿性蓄電池的一次性采購成本比膠體鉛酸蓄電池高約1/10，循環(huán)壽命是膠體鉛酸蓄電池的1.2～1.25倍，因此采用膠體鉛酸蓄電池采購成本略低。

總而言之，蓄電池在地鐵車輛輔助供電系統(tǒng)中是一個重要設(shè)備，它作為列車控制設(shè)備和各種應(yīng)急照明的備用電源，保障列車主要控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。地鐵車輛電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，蓄電池組參數(shù)的確定及電池箱的設(shè)計(jì)是電氣系統(tǒng)中一個比較重要的子系統(tǒng)，為保證整體工程效率，就要求我們在以后的實(shí)際工作中必須對其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究探討。

[1]王慶召，劉東廣.深圳地鐵5號線車輛蓄電池的選型分析[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2011，02:33-34.

[2]唐志儂.地鐵列車常用蓄電池技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析及選型建議[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2014，01:56-62.