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    現(xiàn)代電車牽引電池包維檢修研究

    2018-10-21 21:35楊永曉
    科技信息·下旬刊 2018年8期

    楊永曉

    摘要:天津現(xiàn)代電車供電形式采用接觸網(wǎng)供電與牽引電池包供電相結合的模式,但牽引電池包的相關運營維護經(jīng)驗無參照、借鑒可循。本文結合現(xiàn)代電車的實際情況對電車電池包性能進行分析,總結運營經(jīng)驗,提出維護建議。

    關鍵詞:牽引電池包;現(xiàn)代電車;鎳氫電池

    1 導言

    天津現(xiàn)代電車是國內首條100%低地板現(xiàn)代電車線路(2007年運營),采用單軌導向膠輪走行制式電車,供電方式為接觸網(wǎng)與牽引電池包相結合的模式,但國內無牽引電池包的運營維護相關經(jīng)驗。

    2 現(xiàn)代電車牽引電池包

    2.1 牽引電池包簡介

    牽引電池包主要由以下幾部分組成:

    (1)鎳氫電池模組:采用SAFT公司的高功率鎳氫電池,放電功率可達180KW,放電電流可達到200A。其由44個12V鎳氫電池模塊(34 Ah)組成,單個12V鎳氫電池模塊由10支1.2V的小模塊串聯(lián)封裝而成。壽命如下:

    ① 5%充放電壽命:230,000次

    ② 20%充放電壽命:25,000次

    ③ 30%充放電壽命:20,000次

    ④ 50%充放電壽命:6,000次

    ⑤ 使用年限:6~8年

    (2)電池組管理單元(BMC):包括信號采集部分和邏輯控制部分。BMC對所采集的溫度、電壓、電流等信號進行綜合判斷和分析,然后輸出控制信號給控制電路進行相關操作。

    (3)電池組溫度管理系統(tǒng)(BTMS):在對電池進行充電時,會產(chǎn)生大量的熱,同時,外界溫度較高時,電池溫度會超過電池的承受溫度,嚴重影響電池的性能并存在電池脹裂、短路起火的安全隱患。在冬季溫度較低時,電池的電化學性能降低,影響電池組的充放電特性。為保證電池組良好的工作,其溫度必須控制在一定范圍內,此溫度管理系統(tǒng)起到了溫度控制的作用。

    (4)各種傳感器以及信息采集卡。

    2.2 牽引電池故障情況

    (1)電池組模塊故障。其表現(xiàn)形式有模塊電壓低、充電溫度高,內阻變大、爬堿嚴重、電池容量下降等,它們之間相互影響。

    (2)電池組溫度管理系統(tǒng)(BTMS)故障。常見故障有制冷故障、加熱故障、循環(huán)故障、以及漏液等。

    (3)電池組管理單元(BMC)故障。該系統(tǒng)故障直接導致牽引電池包無法工作。

    (4)電池包充電器故障。

    (5)各種傳感器以及信息采集卡故障。

    3 現(xiàn)代電車電池包的維檢修研究

    3.1 電池包模塊的理想檢修標準

    (一)充放電

    (1)充電溫度 充電時環(huán)境溫度應在10~40℃。環(huán)境溫度會影響充電效率,環(huán)境溫度在10~30℃時,充電效率最佳;環(huán)境溫度低于0℃時,電池內氣體吸收反應不充分,造成電池內壓升高,激活安全閥,電解液損耗;環(huán)境溫度高于40℃時,充電效率會下降,也會使電池性能惡化。

    (2)涓流充電 在快速充電后可用0.03~0.05C電流進行涓流充電。為避免涓流充電造成電池過充而使電池性能惡化,應使用時間設定器。

    (3)放電溫度 放電時環(huán)境溫度應在-10~45℃,放電電流影響電流效率。放電效率在0.1~2C之間效果最佳。

    (4)放電 溫度在-10℃以下或45℃以上時,放電容量會下降。

    (5)過放電 由于過放電會損壞電池特性,放電時要注意切斷電流。

    (二)儲存與使用

    (1)短期儲存 電池應儲存在干燥、無腐蝕性氣體、溫度在-20℃~45℃之間的地方。電池儲存在相對濕度特別高或溫度低于-20℃或高于45℃的地方,會使電池的金屬部件生銹,電池泄露或有機材料部分收縮,從而影響電池性能和使用壽命。

    (2)長期儲存 由于長期儲存會加速電池自放電和活性物質鈍化,電池電壓和容量會下降,環(huán)境溫度為10~30℃之間比較合適。儲存時間超過一年時,至少充一次電,以避免自放電引起電池泄露或性能惡化。

    (3)循環(huán)壽命 電池在正確使用條件下可循環(huán)使用1000次以上(100%充放電)。電池使用后期,電池內阻增加,應考慮電池末期失效生熱的安全問題。

    (4)正確充放電 為確保電池的安全使用,延長電池的使用壽命,應嚴格遵循電池的充放電使用條件。

    3.2 電池包模塊的維護作業(yè)研究

    (一)禁止事項

    (1)拆卸 不要拆卸電池。電池內部電解液為強堿性,會傷害皮膚和衣物,一旦拆開將無法再使用。

    (2)短路 不要將電池短路。否則護損壞電池,并會生熱使電池燃燒。

    (3)靠近火源或水源。電池太熱會使電池爆裂,放入水中電池會失效。

    (4)電池極性反接 不要將電池正負極反接,否則會導致電池鼓脹或破裂。

    (5)大電流過充和反極充電 不要將電池反極充電或大電流過充,否則會造成氣體快速產(chǎn)生,使電池內壓增加,電池鼓脹或破裂。

    (6)電池包短路 嚴禁電池包短路,由于電壓高,產(chǎn)生較大電流,短路時存在燃燒風險。

    (7)新舊電池混用 應避免新舊電池混用,性能的不同會使新電池不能發(fā)揮最佳的作用,長時間使用會造成新電池的不可恢復的傷害,縮短使用壽命。

    (二)維護措施

    制定并嚴格執(zhí)行《牽引電池包維護檢修規(guī)程》,主要包括以下內容:

    (1)每兩周下載電池包數(shù)據(jù)(BMC數(shù)據(jù))。提前預判電池性能趨勢并及時對牽引電池包進行相應維護。

    (2)每月檢查BTMS液面高度。如其液面高度低于標準刻度,及時添加補充。

    (3)每月對牽引電池包的清潔維護。電池包內部和外部進行吹掃,保證電池包的清潔狀況。

    (4)每季度對牽引電池包進行深度放充電維護。由于牽引電池包在正線或車輛段內使用過程中,均為10%~20%左右的淺充放循環(huán),存在一定的記憶效應,須進行深度充放電進行緩解。

    (5)每半年對BTMS進行漏點檢測。對發(fā)現(xiàn)的漏點進行維修,確保制冷系統(tǒng)的良好工作。

    (6)每年檢測牽引電池包的耐壓值并更換內阻高于0.6mΩ電池。

    (7)模塊維護。鎳氫電池自放電率約為每月約20%-30%,應對備件電池以0.2~0.5C電流充電,并存放于10-30℃干燥環(huán)境中,保證模塊在庫存期間有足夠的電量,維持電池的最佳性能。同時,對于備件電池在使用前應先對其進行多次充放電,激活其化學活性后再使用。

    (8)中期延壽。對于使用4到5年的電池包,由于老化現(xiàn)象嚴重、化學活性降低、故障率較高,須進行延壽工作,提高電池包中后期后期性能。

    參考文獻:

    [1] 徐順余,高海鷗 《混合動力汽車車用鎳氫動力電池分析》.上汽股份汽車工程研究院,2005

    [2] 唐有根,李文良《鎳氫電池》.北京:化學工業(yè)出版社,2007

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