CRH380B（L）型動車組蓄電池三級修檢修工藝及故障分析

摘 要：蓄電池是CRH380B（L）動車組的核心輔助電氣設(shè)備之一，其為動車組升弓送電，提供最初的DC100V電源，其功用直接影響動車組的基本性能。通過對CRH380B（L）動車組蓄電池三級修檢修工藝的分析，針對一些常見故障進行診斷，提出可靠的解決措施，以減少蓄電池的故障對動車組運營的影響。

關(guān)鍵詞：CRH380型動車組；蓄電池；三級修；檢修工藝分析；故障研判

1 .引言

蓄電池主要有普通鉛酸蓄電池、堿性鎘鎳蓄電池以及閥控式密封鉛酸蓄電池3類。蓄電池是工程機械的輔助電源，也是最重要的部件之一，其性能好壞直接影響機械設(shè)備的正常工作。CRH3型動車組蓄電池系統(tǒng)負(fù)責(zé)在接觸網(wǎng)無電時短時間內(nèi)對列車各個設(shè)備進行供電，蓄電池系統(tǒng)也保證了所有非高壓部件的電力供應(yīng)。作為高速動車組的重要組成部分，其工作狀態(tài)直接影響到動車組穩(wěn)定、安全運行等。本文主要針對CRH3型動車組蓄電池日常檢修工藝進行研判，通過分析研判，減少蓄電池系統(tǒng)故障發(fā)生。

2. CRH380B（L）型動車組蓄電池系統(tǒng)簡介

CRH380B（L）型動車組在04（12）車與05（13）車各設(shè)置2臺車的蓄電池，每臺車蓄電池由84節(jié)串聯(lián)的單體電池組成，兩臺車之間通過并聯(lián)連接，其標(biāo)準(zhǔn)電壓達到100.8V，容量為2×160Ah。單體電池采用的是堿性鎳鎘電池，正極活性物質(zhì)主要由鎳制成，負(fù)極活性物質(zhì)主要由鎘制成的一種堿性蓄電池。正極為氫氧化鎳，負(fù)極為鎘，電解液是高苛性氫氧化鉀溶液（KOH）和氫氧化鋰（LiOH）添加劑。

3.蓄電池的充放電特性分析

3.1蓄電池的充電

（1）蓄電池充電機充電。當(dāng)動車組處于高壓狀態(tài)時，輔助變流器動作，蓄電池充電機得電，為動車組提供DC110V電源。此時，蓄電池從放電轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)變?yōu)槌潆姞顟B(tài)。

（2）外接電源充電。以CRH380B為例，當(dāng)動車組蓄電池虧電或用于動車組檢修需要時，地面3AC 380V電源通過04車或05車雙項輔助變流器外接電源口，為動車組提供3AC 380V電源，并通過蓄電池充電機為蓄電池充電。

（3）蓄電池高級修檢修時，蓄電池下車，通過地面電源模擬動車組蓄電池充電機，給蓄電池進行充放電試驗。

3.2 蓄電池的放電

CRH380B（L）動車組共有無電、低壓與高壓三種狀態(tài)。

無電狀態(tài)，為動車組最初的原始狀態(tài)，受電弓處于降下，蓄電池斷開。從無電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪籂顟B(tài)，只需要將蓄電池處于導(dǎo)通狀態(tài)下。此時，蓄電池為車內(nèi)服務(wù)設(shè)施、受電弓、主斷路器、輔助空壓機等部件供電，并保持運行。從低壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變高壓狀態(tài)時，得到蓄電池供電的輔助空壓機、受電弓、主斷路器，依次動作，接觸網(wǎng)即可動車組供電，使動車處于高壓狀態(tài)。

4.CRH380B（L）蓄電池檢修工藝分析

4.1 蓄電池檢修作業(yè)分析及單體蓄電池屬性

根據(jù)《和諧3型動車組高級修檢修規(guī)程》（鐵總機輛〔2018〕211號）要求，在三級修過程中，需要對蓄電池的外觀狀態(tài)、蓄電池組絕緣測試、蓄電池容量檢測、單體之間的連接狀態(tài)、以及單體蓄電池的基本性能檢查。根據(jù)規(guī)程要求可以發(fā)現(xiàn)，蓄電池容量檢測是蓄電池三級修檢修最核心的步驟，這一過程要求生產(chǎn)現(xiàn)場模擬蓄電池充電機給蓄電池進行充電，模擬負(fù)載對蓄電池進行放電。通過充放電過程來檢測蓄電池的容量，是否滿足動車組的基本需求。下面以荷貝克產(chǎn)蓄電池為例，進行分析研究。

根據(jù)國家蓄電池容量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，蓄電池標(biāo)準(zhǔn)容量為C（Ah），其含義為5h率放出容量。CRH380B動車組蓄電池單體容量C（Ah）為160Ah。則蓄電池組充放電電流：

Iin=Iout=（|C|/5）A=160/5=32A.

4.2 蓄電池充電機給蓄電池充電時參數(shù)分析

電池容量：2×160 Ah

最大電池充電電流：1.5×2×Iout = 96 A

U1=1.58V/節(jié)（132.72V），20℃時的升壓充電電壓。（可調(diào)：1.637-1.505V/節(jié)，137.50V-126.42V）

U2=1.48V/節(jié)（124.32V），20℃時的浮充電壓。（可調(diào)：1.637-1.36V/節(jié)，137.50V-114.24V）

升壓充電：首先，使用最大充電電流1.5×2×Iout=96A為電池充電，直至達到U1之后，充電會持續(xù)保持在U1=恒定（充電電流減少）。溫度>45℃時，充電電壓將減少至U2。

浮充電：如果負(fù)載電流減少至13A以下，則電壓將從U1=恒定轉(zhuǎn)為U2=恒定。負(fù)載將通過進一步減少充電電流得以繼續(xù)。

轉(zhuǎn)換至升壓充電：將充電電流增加至超過19A，則會轉(zhuǎn)換至升壓充電。

蓄電池充電過程中，電解液溫度也隨之發(fā)生變化，則電解液與充電電壓的關(guān)系如下圖所示：

4.3 三級修蓄電池充放裝置給蓄電池充電方法

技術(shù)參數(shù)：

工作特性：

（1）充電電流、充電時間、放電電流、放電時間通過一體機設(shè)定，設(shè)備可根據(jù)設(shè)定參數(shù)自動工作進行充放電。

（2）充電起始電壓為50-90V，充電終止電壓為80-144V，充電起始電壓、充電終止電壓科數(shù)字設(shè)定。充電為恒流限壓充電方式，到達充電終止電壓之前為恒流充電，到達充電終止電壓以后為限壓減流充電，到達充電時間后停止工作。

（3）放電終止電壓為65-150V，放電終止電壓可數(shù)字設(shè)定。放電為恒流限壓方式，到達放電終止電壓前未恒流放電，到達放電終止電壓或到達放電時間后停止工作。

（4）本裝置設(shè)有完善的信號監(jiān)測系統(tǒng)，具有小于充電起始電壓、大于充電終止電壓、小于放電終止電壓、電池極性接反、輸出電流過大、過壓、過流、溫度過高，并在顯示器有中文顯示的故障信息和報警號。

4.4蓄電池充放電設(shè)備的適應(yīng)性分析與使用

（1）非第一次T放電≥4.5h；若第二次T放電<4.5h，則繼續(xù)進行充放電循環(huán)，5次循環(huán)后T放電<4.5h，更換蓄電池。

（2）放電以恒定電流Iout=32A持續(xù)放電，單體電壓U單體≥1.0V，即U蓄電池≥84V；

（3）放電過程作批量容量檢測，對容量不符合要求的蓄電池，更新電解液。

（4）充電以恒定電流Iin=32A持續(xù)充電，電池容量至少恢復(fù)到標(biāo)稱容量的90%，容量測試單體達不到要求時更新蓄電池單體。

根據(jù)上述要求，對蓄電池三級修使用蓄電池充放設(shè)備的技術(shù)參數(shù)與工作特性分析：

（1）恒流輸入、輸出電流：0-100A×4連續(xù)可調(diào)，精度為0.1A，滿足于Iout=Iin=32A的需求。

（2）充電起始電壓為50-90V，滿足于充電起始電壓U蓄電池=84V的需求；充電終止電壓為80-144V，滿足于電解液在不同溫度下充電終止電壓U蓄電池=111.72V-137.50V的需求。

（3）放電終止電壓為65-150V，滿足于恒流Iout=32A持續(xù)放電，單體電壓U單體≥1.0V，即U蓄電池≥84V的需求。

（4）充放電定時時間：0-999min，滿足于t放電≥4.5h，t充電=8h的需求。

根據(jù)流程圖上的內(nèi)容可以分析，蓄電池容量的檢測確認(rèn)蓄電池組是否滿足CRH380B的需求，主要在于以恒定電流Iout=32A持續(xù)放電，至單體電壓U單體≥1.0V，即U蓄電池≥84V時，最終是否滿足t放電≥4.5h。為了滿足上述這一條件，或者要求最終性能高于上述條件，在容量檢測過程確認(rèn)：

（1）初始U單體≥1.0V；

（2）恒定Iout=Iin=32A；

（3）t放電=3h、4h、4.5h時，U放電單體≥1.0V，U蓄電池≥84V；

（4）單體電池之間的電壓差UD-value≥0.1V；

（5）t充電=8h，在T電解液不同范圍內(nèi)，U蓄電池=111.72V-137.50V；

（6）檢測過程中，蓄電池電解液高度與密度；

（7）t充電=8h后，t靜置=1h，測量U單體≥1.3V；

所有參數(shù)滿足條件后，才能判定蓄電池充放電狀態(tài)合格，以及蓄電池容量合格，蓄電池滿足使用要求

5典型案例分析

2018年6月，CRH380BL-3532動車組三級修時，發(fā)現(xiàn)04車與05車共4臺車的蓄電池組，經(jīng)過8次充放電試驗，最終蓄電池的t放電小于4.5h，蓄電池容量測試試驗無法通過。委外修廠家在第四次，充放電前，更換8塊蓄電池單體。

通過對現(xiàn)場試驗記錄表分析，8次蓄電池充電后，U蓄電池成明顯向上趨勢，由此可以說明，蓄電池已經(jīng)全部激活，但U蓄電池明顯高于理論的最大值137.50V，即便如此，t放電<4.5h，蓄電池虛電嚴(yán)重。根據(jù)歷次的U蓄電池和t放電=3h、4h、4.5h時的U單體值分析，U蓄電池在6次數(shù)據(jù)道7次之間大幅提升，則7、8次的數(shù)據(jù)更具有指導(dǎo)意義。分析發(fā)現(xiàn)：

（1）存在t放電結(jié)束后，U單體<1.0V的單體；

（2）存在單體電池之間的電壓差UD-value≥0.1V；

（3）蓄電池電解液密度正常，高度正常；

（4）恒定Iout=Iin=32A，正常；

為此，更換U單體<1.0V的單體，調(diào)整UD-value≥0.1V的單體，最終更換21塊蓄電池單體，調(diào)整10塊蓄電池單體，第9次蓄電池電容檢測的充放電試驗合格。

6結(jié)論

本文主要介紹了 CRH380B（L）型動車組蓄電池系統(tǒng)，并且重點對蓄電池三級修檢修工藝進行分析，對蓄電池充放電特性、充放電參數(shù)、蓄電池電壓、蓄電池容量、等一系列重要參數(shù)進行分析。通過分析，反映出蓄電池的狀態(tài)。蓄電池作為CRH380B（L）動車組的核心輔助電氣部件，在日常檢修中，時常發(fā)生在充電8h后，蓄電池電壓虛高嚴(yán)重現(xiàn)象，說明蓄電池的日常維護保養(yǎng)工作，有待進一步加強。隨著蓄電池使用周期加長，極柱老化、電解液液位偏低、電解液密度偏低等現(xiàn)象極為普遍，此將極大地影響蓄電池的基本性能。蓄電池工作狀態(tài)嚴(yán)重影響動車組的工作性能。分析檢修過程中的重要參數(shù)，保障蓄電池基本性能。為動車組安全運行提供保障。

參考文獻：

[1]CRH380BL 型動車組用戶說明書-充電機. 唐山軌道客車有限責(zé)任公司.2010.

[2]CRH380BL 型動車組用戶說明書-蓄電池. 唐山軌道客車有限責(zé)任公司.2010.

[3]康瑛，栗木功，崔虎山，陳偉.新一代高速動車組蓄電池低電壓檢測原理分析及調(diào)試方法.大連交通大學(xué)學(xué)報.2012 年 12 月.

作者簡介：

楊彪（1990-）， 男，漢 ，學(xué)歷本科，助理工程師，從事方向：動車組高級修。