淺析HXD1C型電力機(jī)車蓄電池故障

羅生龍

摘 要：蓄電池作為機(jī)車上備用控制電源和啟動(dòng)電源，它與控制電源柜并聯(lián)運(yùn)行，起著十分重要的作用。蓄電池一旦出現(xiàn)故障，將直接導(dǎo)致電力機(jī)車升不起受電弓、無法進(jìn)行低壓試驗(yàn)和提供照明用的低壓電源。目前，C4級(jí)修后的HXD1C型電力機(jī)車蓄電池出現(xiàn)故障的質(zhì)量問題頻繁發(fā)生，本文針對(duì)這一問題對(duì)C4級(jí)修后的HXD1C型電力機(jī)車蓄電池故障現(xiàn)象進(jìn)行了具體故障原因分析，并提出了解決該問題的辦法。

關(guān)鍵詞：HXD1C型機(jī)車；蓄電池；虧電；鼓包；C4級(jí)修

1 引言

目前，HXD1C型電力機(jī)車裝車的蓄電池全部采用閥控式密封鉛酸蓄電池，每節(jié)蓄電池標(biāo)稱電壓2V，容量為170A.h。該閥控式密封鉛酸蓄電池作為電力機(jī)車的直流電源，主要采用浮充電方式工作，其主要特點(diǎn)是使用過程無污染、常溫和低溫啟動(dòng)性能良好、絕緣性能優(yōu)良以及荷電能力強(qiáng)等。但是，根據(jù)客戶反饋的質(zhì)量信息，C4級(jí)修后的HXD1C型電力機(jī)車運(yùn)用不久便出現(xiàn)蓄電池故障，甚至出現(xiàn)整臺(tái)車蓄電池鼓包、虧電的現(xiàn)象，影響到機(jī)車的正常運(yùn)用，導(dǎo)致客戶的不滿。因此有必要對(duì)C4級(jí)修后的HXD1C型電力機(jī)車蓄電池故障進(jìn)行研究分析，并提出解決辦法，以降低蓄電池的故障率。

2 閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理

鉛酸蓄電池是一種化學(xué)電池，它的整個(gè)工作過程就是不斷地放電和充電，充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能在電池內(nèi)儲(chǔ)存起來，放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行釋放。其充電和放電過程是經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)完成的，其化學(xué)反應(yīng)為：pbO2+pb+H2SO4=2pbSO4+2H2O，在充電時(shí)，在電能的作用下，轉(zhuǎn)化為二氧化鉛、鉛和硫酸，也就是充電是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。放電時(shí)正極板接受了負(fù)極板送來的電子，鉛離子由正4價(jià)變?yōu)檎?價(jià)，與硫酸根接觸生成難溶于水的硫酸鉛，負(fù)極的鉛由于輸出兩個(gè)電子，變成正2價(jià)，同樣也生成硫酸鉛。也就是說放電時(shí)有儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

3 HXD1C型電力機(jī)車蓄電池故障原因分析

經(jīng)過對(duì)C4級(jí)修后的HXD1C型電力機(jī)車質(zhì)量信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，蓄電池故障的主要形式表現(xiàn)為蓄電池鼓包、漏液、虧電等，發(fā)生故障的時(shí)間主要集中在C4級(jí)修后一年的時(shí)間內(nèi)。由于《HXD1C型電力機(jī)車檢修技術(shù)規(guī)程》（C1-C4修）只要求對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，檢測容量不低于額定容量的80%，檢測合格即可裝車使用，故在機(jī)車C4級(jí)修檢修時(shí)并未對(duì)蓄電池進(jìn)行更新。因此，針對(duì)C4級(jí)修后出現(xiàn)的蓄電池故障質(zhì)量問題需要從多方面進(jìn)行原因分析，其中影響閥控式密封鉛酸蓄電池的因素主要有：使用年限、新舊蓄電池混裝、使用溫度及充電電壓、電池維護(hù)保養(yǎng)不到位等。

3.1使用年限的影響

閥控式密封鉛酸蓄電池的正常壽命是4年，隨著使用年限的增加，其內(nèi)部電解液的飽和程度會(huì)下降，電壓會(huì)趨于均勻，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，其充放電形成的后期生成物將導(dǎo)致內(nèi)阻的增加，加上蓄電池的自然損耗，最終蓄電池的實(shí)際容量將逐年下降，從而影響到蓄電池的性能，儲(chǔ)存電能的能力變?nèi)酢?/p>

3.2新舊蓄電池混裝的影響

對(duì)于不同使用年限的蓄電池進(jìn)行混用時(shí)，在相同放電率和放電時(shí)間的條件下，就會(huì)出現(xiàn)舊電池放電深度更深。而在恢復(fù)充電時(shí)，由于新電池內(nèi)阻相對(duì)較小，其充電效率較舊電池更加快，一旦新電池早于舊電池充足電后，整流器采集到的數(shù)據(jù)卻依然有電流在充電，那么結(jié)果將是，高電壓對(duì)于已充足電的電壓而言，其作用只是作為電解水，電解水的結(jié)果是產(chǎn)生熱以及電解液密度增加，幾個(gè)循環(huán)后，新電池將加速老化而失效。而此時(shí)新電池與舊電池并聯(lián)使用，在整流器仍然在充電的狀態(tài)下，新電池也參與對(duì)舊電池的充電。綜上所述，新舊電池混裝有三種影響：一是內(nèi)阻不一將造成充放電效率不一致；二是電池內(nèi)部活性物質(zhì)活化程度不一將造成極化不一致，在大電流放電情況下，容易出現(xiàn)瞬間放不出電的情況；三是在型號(hào)相同的情況下，由于生產(chǎn)時(shí)間跨度比較大，其生產(chǎn)現(xiàn)場的溫度等外部因素控制及使用后期的影響，其新舊電池的電解液密度必定有所差異，而電解液密度是決定電池電壓的最重要參數(shù)。將跨度比較長的新舊電池混裝，將加速新電池的老化，而舊電池則容易造成欠充電，使電池硫酸鹽化，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行將由于容量問題而影響蓄電池性能，同時(shí)對(duì)后期的維護(hù)工作造成很大的不確定性。而在放電的過程中，由于新舊兩組電池本身的容量和內(nèi)阻相差較大，舊電池的電壓降得比新電池要快，這樣勢必會(huì)造成在放電時(shí)，新電池既要給設(shè)備供電又要給舊電池供電，大大縮短新電池的壽命。

3.3使用溫度及充電電壓的影響

閥控式密封鉛酸蓄電池最佳使用溫度為25℃，蓄電池允許浮充使用和循環(huán)使用。其充電方法分兩種：

浮充充電：限流17～25.5A，恒壓2.25V/單體進(jìn)行充電；

均衡充電：當(dāng)蓄電池遇下列情況時(shí)，需進(jìn)行均衡充電

1）蓄電池系統(tǒng)裝車前，可對(duì)蓄電池組進(jìn)行地面均衡充電；

2）蓄電池?cái)R置超過3個(gè)月；

3）單體蓄電池開路電壓低于2.1V 或蓄電池組浮充使用時(shí)單體蓄電池電壓低于2.18V；

4）蓄電池組全浮充運(yùn)行2個(gè)月；

5）蓄電池組每次放電使用后一般需及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充電。

均衡充電的方法是，以恒壓2.4V/單體、限定電流17～25.5A 充電，充電未期電流連續(xù)3小時(shí)保持不再下降可視為充電結(jié)束。

浮充充電與均衡充電均以常溫25℃為基準(zhǔn)，如環(huán)境溫度不是25℃時(shí)，應(yīng)按表1蓄電池充電電壓值及限流值進(jìn)行電壓調(diào)整：

由表1及表2可知，HXD1C型電力機(jī)車蓄電池在額定輸出充電電壓115.2 V和額定浮充電108.0V時(shí)，其對(duì)應(yīng)的最佳環(huán)境溫度值為20℃-29℃，但經(jīng)驗(yàn)證HXD1C型電力機(jī)車在運(yùn)行時(shí)機(jī)械間內(nèi)的實(shí)際溫度都要超過29℃，夏季高溫時(shí)機(jī)械間內(nèi)的溫度甚至高達(dá)40℃，已超過正常蓄電池浮充電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度范圍，蓄電池已進(jìn)入過充狀態(tài)，當(dāng)密封蓄電池處于過充狀態(tài)時(shí)，沒有純化學(xué)反應(yīng)，幾乎所有過充的能量都轉(zhuǎn)化為熱能，當(dāng)熱量的升高率超過了散熱率時(shí)，蓄電池的溫度就會(huì)升高并且需要更大的電流來維持充電電壓，額外的電流又引起化合反應(yīng)和熱量的產(chǎn)生，從而進(jìn)一步使蓄電池溫度升高，并如此往復(fù)，影響到蓄電池的整體性能。

4 HXD1C型電力機(jī)車蓄電池故障的整改措施

一是根據(jù)單節(jié)電池的內(nèi)阻和容量應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的配組，避免容量相差較大的蓄電池進(jìn)行拼裝，特別是新舊電池的搭配、混裝時(shí)，同一臺(tái)機(jī)車的蓄電池生產(chǎn)時(shí)間相差不能超過一年。二是機(jī)車蓄電池避免長時(shí)間、大電流充電或放電，因?yàn)檫@樣會(huì)使電池溫度急劇上升、電池發(fā)生膨脹鼓包，電池的極板硫化速度也會(huì)加快，電池充放電電流越大，其循環(huán)使用的次數(shù)就越少，對(duì)電池的使用壽命影響非常大。在機(jī)車檢修完成后無火回送的過程中，盡可能少用照明電器，避免無火回送的過程中蓄電池虧電嚴(yán)重充不進(jìn)電。三是定期對(duì)蓄電池進(jìn)行保養(yǎng)，蓄電池在使用一定時(shí)間后，應(yīng)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電、檢查，如觀察其外觀是否異常，測量各電池電壓是否均勻等。四是改善蓄電池柜的通風(fēng)散熱條件，降低電池環(huán)境溫度，確保蓄電池工作在比較適宜的溫度。

5 結(jié)束語

總之，對(duì)HXD1C型電力機(jī)車蓄電池故障進(jìn)行原因分析很有意義，通過制定相應(yīng)的整改措施，不僅可以降低蓄電池的故障率，同時(shí)使蓄電池能夠延長使用壽命或在壽命期內(nèi)更好地發(fā)揮作用，以節(jié)約檢修成本。

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