城市軌道車輛蓄電池選型分析

童安蓉

摘 要：蓄電池是城市軌道列車輔助供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，作為緊急負(fù)載供電電源，滿足乘客安全 逃生與列車供電需求，保障列車主要控制系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定。文章對(duì)蓄電池容量、類型以及蓄電池組電壓、組個(gè)數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述，對(duì)蓄電池選型因素進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：城市軌道列車 蓄電池 容量 選型

引言

城市軌道列車蓄電池容量及類型的確定，在現(xiàn)代城市軌道列車輔助供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中扮演著一個(gè)非常重要的角色，它主要為控制系統(tǒng)及其他弱電系統(tǒng)提供動(dòng)力[1]。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(dòng)前激活各控制系統(tǒng)，同時(shí)為 輔助逆變器提供控制電源。

（2）在無(wú)網(wǎng)壓或輔助逆變器及充電機(jī)故障情況時(shí)，為城市軌道列車緊急照明系統(tǒng)、所有與安全有關(guān)的控制系統(tǒng)、全部通信設(shè)備，包括廣播系統(tǒng)、無(wú)線電通訊系統(tǒng)等，以及在列車故障情況下緊急通風(fēng)設(shè)備等提供緊急供電電源，滿足乘客安全逃生的需要[2]。

一、蓄電池容量選取依據(jù)

蓄電池理論總?cè)萘緾5計(jì)算公式如下：

影響城市軌道列車蓄電池的因素主要有：低溫影響系數(shù)、老化系數(shù)、充電系數(shù)、大電流放電系數(shù)。

最后，將修正后的計(jì)算結(jié)果比照蓄電池生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品系列標(biāo)準(zhǔn)，選定蓄電池產(chǎn)品的容量。

二、蓄電池串聯(lián)數(shù)量的選取依據(jù)

蓄電池串聯(lián)數(shù)量的選取要根據(jù)蓄電池單體電壓和系統(tǒng)額定電壓而定。根據(jù)以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合蓄電池行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范， 對(duì)蓄電池進(jìn)行選擇。堿性蓄電池按Uj=1.33V/節(jié)計(jì)算，則需要選取的蓄電池?cái)?shù)量為：

N=Ue/Uj=Ue/1.33 （2）

酸性蓄電池按Us=2.2V/節(jié)計(jì)算，則需要選取的 蓄電池?cái)?shù)量為：

N=Ue/Us=Ue/2.2（3）

然后取整數(shù)。

以上介紹的蓄電池串聯(lián)數(shù)量的選擇為DC110V系統(tǒng)的一般選擇方法，在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)功率、布局、充電范圍等做微調(diào)。

三、蓄電池容量計(jì)算

以泰國(guó)綠線項(xiàng)目為例，根據(jù)公式：N=Ue/Uj =110/

1.33=82.7取整數(shù) 83 節(jié)，根據(jù)我國(guó)的國(guó)情和使用習(xí)慣，83 節(jié)電池不好布置，增加1節(jié)，取 84 節(jié)，則平均總電壓U=1.2×84=100.8 V。

根據(jù)表1，緊急負(fù)載的總功率P1=28.4657kW（包括開關(guān)門功耗）；啟動(dòng)負(fù)載的功率 P2=16.1457 kW；一次開/關(guān)門的功耗P3=12.32 kW。設(shè)緊急放電時(shí)間 T1=60 min，一次開/關(guān)門的時(shí)間 T2=3 s，列車激活時(shí) 間T3=5 min。蓄電池在較低溫度下工作時(shí)，電性能降低；在較高的溫度下工作，電性能變化較小。根據(jù)泰國(guó)曼谷氣候條件（最低溫為5℃）及經(jīng)驗(yàn)選取低溫影響系數(shù)為 K1=0.95。選取老化系數(shù)為K2=0.8。根據(jù)蓄電池供應(yīng)商的充放電試驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)，選取充電系數(shù)為K3=0.95。選取大電流放電系數(shù)為 K4=0.935。根據(jù)式（1），可得緊急負(fù)載所需蓄電池總?cè)萘繛椋?/p>

C5I=（P1-P3）/U×T1=（28.4657-16.1457）/100.8×60/60 =122.2Ah

一次開關(guān)門所需容量為：C5II=P3/U×2T2=16.1457/100.8×6/3600=0.2667 Ah

列車激活所需容量為：C5III=P2/U×T3=16.1457/

100.8×5/60=13.347 Ah

總負(fù)載理論容量為：C5總=C5I+C5II+C5III=122.2+0.2667+13.347=135.814Ah

考慮各種系數(shù)，總負(fù)載蓄電池實(shí)際總?cè)萘繛椋?/p>

C5=C5總/K1/K2/K3/K4=135.8137/0.95/0.8/0.85/0.935= 224.8534 Ah

每組蓄電池容量為C=C5/2=224.8534/2=112.43Ah。

考慮留一定裕量，并根據(jù)蓄電池供應(yīng)商型號(hào)選取蓄電池容量 C=145 Ah。

四、模擬放電驗(yàn)證蓄電池選型

軟件可以提供所選蓄電池在車輛緊急負(fù)載工況下放電60min的模擬放電曲線，如圖1-2所示。從圖1可以看出，設(shè)備最小電壓為91V，遠(yuǎn)大于合同要求的77V。電壓余量很大。從圖2可以看出，可獲得的容量為67%，放電深度為59%，因此還有8%的余量。由此可以驗(yàn)證所選145Ah的蓄電池完全可以滿足車輛緊急負(fù)載的供電需求。

結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)城市軌道列車蓄電池的選型進(jìn)行分析研究，并以泰國(guó)綠線項(xiàng)目為例，對(duì)蓄電池選型過程進(jìn)行分析和計(jì)算，已經(jīng)裝車使用，并且狀態(tài)良好，充分證明蓄電池選型對(duì)城市軌道列車輔助供電系統(tǒng)的重要性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 石彩霞.城市軌道列車蓄電池選型分析 [J]. 電力機(jī)車與城軌車輛，2018（3）：82-91.

[2] 查小菲.地鐵車輛供電蓄電池合理選型分析 [J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013（5）：148-149.

[3] 王慶召.深圳地鐵 5 號(hào)線車輛蓄電池的選型分析 [J]. 電力機(jī)車與城軌車輛，2011（2）：33-34.