高速動車組鎘鎳蓄電池充電優(yōu)化策略

楊金鵬 高鑒 張立明 張宏濤 張召星

摘要：在高速動車組中的運行中，發(fā)現(xiàn)動車組中的鎘鎳蓄電池的充電過程存在一些問題，使得蓄電池不能及時的發(fā)揮自身的作用，不能動車組提供充足的動力，進(jìn)而嚴(yán)重影響了動車組的正常工作。為了進(jìn)一步的促進(jìn)高速動車組中蓄電池能夠穩(wěn)定的提供動力，在本文中，對鎘鎳蓄電池的構(gòu)件，充電的原理以及高速動車組中蓄電池出現(xiàn)的主要故障進(jìn)行了全面的分析與研究，從而對高速動車組中鎘鎳蓄電池的充電過程進(jìn)行了優(yōu)化，及時對蓄電池的異常狀態(tài)進(jìn)行控制與管理，進(jìn)而保證蓄電池能夠穩(wěn)定的提供動力，促進(jìn)高速動車組的穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：高速動車組，鉻鎳蓄電池，充電，優(yōu)化策略

1.鎘鎳蓄電池

1.1鎘鎳蓄電池的構(gòu)件

在高速動車組的鎘鎳蓄電池中，主要的構(gòu)件分為四部分，其中最關(guān)鍵的是正負(fù)極板，電解液，這些構(gòu)件質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著蓄電池的性能，進(jìn)而影響蓄電池為動車組提供動力。

①正負(fù)極板

在鎘鎳蓄電池的組成中，正極板主要是一個矩形的小盒子，其中小盒子的里面由多個穿孔的鎳帶按照對應(yīng)的“一正一反”的結(jié)構(gòu)來構(gòu)成，而且在鎳帶的里邊由氫氧化鋇，石墨粉以及氫氧化亞鎳粉按照嚴(yán)格的比例進(jìn)行混合而成，接著，給小盒子按上對應(yīng)的電源引線，從而就構(gòu)成了正極板。

對于鎘鎳蓄電池的負(fù)極板來說，與正極板的構(gòu)造基本相同，但就是鎳帶中的組成物質(zhì)和混合的比例不同，負(fù)極板中的物質(zhì)是氧化鎘粉，活性的鐵粉和變壓器油按照對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)比例進(jìn)行混合來組成。

②外殼體

一般鎘鎳蓄電池的外殼體主要有兩種，分別是塑料外殼和鐵質(zhì)外殼，并且在兩種外殼上都安裝了正負(fù)極的引出口和注電解液的注射口，進(jìn)而方便了正負(fù)極的連接和注入電解液，同時，在電解液的注射口安裝了泄氣的裝置，從而避免了鎘鎳蓄電池出現(xiàn)漲氣的情況，正負(fù)極板用螺絲釘和一些不會導(dǎo)電的蓋子固定在正負(fù)極的引出口位置中，從而方便二者的接線以及使用。

③隔離物

在蓄電池的組裝中，正極板和負(fù)極板是交相進(jìn)行排列，雖然是交相排列，但是正負(fù)極板很容易出現(xiàn)連接，這就使得蓄電池中容易出現(xiàn)短路，進(jìn)而對蓄電池造成嚴(yán)重的影響，使得電池不能為動車組提供動力。因而，為了避免出現(xiàn)短路的情況，就在正極板和負(fù)極板之間添加橡膠棒和塑料而組成的隔板來將兩個極板進(jìn)行隔離，隔離板還可以對兩個電極板起到固定的作用。

④電解液

一般鎘鎳蓄電池中，選用的電解液是氫氧化鉀和氫氧化鈉兩大類，這兩種電解液可以為正負(fù)極板之間的電子起到導(dǎo)電的作用，同時，如果蓄電池工作環(huán)境中的溫度較高，還可以在電解液中加入一些氫氧化鋰溶液，從而使得電解液不會受到周邊環(huán)境溫度的影響。

1.2鉻鎳蓄電池充電的原理

在高速動車組中，鎘鎳蓄電池分步在車輛下方的蓄電池總箱內(nèi)，同時蓄電池的充電機(jī)則是分步在列車輛的車下，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對蓄電池對應(yīng)的充電，及時為蓄電池充電，使得蓄電池能夠穩(wěn)定持續(xù)的為動車提供能量。

2.在高速動車組中鎘鎳蓄電池充電的主要故障

在高速動車組中的運行中，鎘鎳蓄電池在為動車提供能量的過程中，主要發(fā)生的問題就是蓄電池自身的電解液不充足而使得充電過程中出現(xiàn)異常狀況，而且長時間蓄電池的充電過程出現(xiàn)異常，就會使得蓄電池出現(xiàn)發(fā)熱的情況，嚴(yán)重的會使得蓄電池發(fā)生燒毀的現(xiàn)象，進(jìn)而使得蓄電池不能為動車組提供持續(xù)的動力，進(jìn)一步影響動車組的運行。

為了進(jìn)一步的了解高速動車組中蓄電池在充電過程中的異常狀況以及進(jìn)一步的對充電過程進(jìn)行優(yōu)化，借助某一鎘鎳蓄電池進(jìn)行了相關(guān)的試驗，實驗的步驟是，首先，將這一蓄電池的全部去單體電池自身的電解液下降到最低的狀態(tài)下，用于模擬蓄電池在單體電池自身電解液不足的情況在重復(fù)多次進(jìn)行充放電的檢驗過程，接著，將電池靜放半個小時，之后在進(jìn)行對應(yīng)的充電過程，根據(jù)最大的96A的充電限流來進(jìn)行恒流的充電試驗，之后再轉(zhuǎn)向浮充電，進(jìn)行反復(fù)多次的試驗。再者，在試驗的過程中蓄電池的充電機(jī)根據(jù)NTC來收集蓄電池箱內(nèi)的溫度，掌握溫度的變化過程，接著，按照蓄電池箱內(nèi)的溫度補(bǔ)償曲線來進(jìn)行對應(yīng)的充電過程。

在試驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)充電機(jī)的輸出的充電電流超過19A時，充電機(jī)就會默認(rèn)蓄電池是虧電的狀態(tài)，此時就根據(jù)升壓充電曲線來進(jìn)行充電過程，而當(dāng)充電電流低于13A時，充電機(jī)認(rèn)為蓄電池處于快充滿電的狀態(tài)，利用浮充電曲線來較慢的向蓄電池輸送電能。

充電機(jī)的充電模式可以分為兩種。一種是恒壓充電，也就是根據(jù)蓄電池的具體溫度狀態(tài)來進(jìn)行充電，而另一種則是限流充電，也就是當(dāng)充電機(jī)自身的充電電流大于所能掌控的電流時，以最大的96A的充電限流來對蓄電池進(jìn)行充電。

3.高速動車組鉻鎳蓄電池充電的優(yōu)化策略

根據(jù)大量的實驗證明得出，第一在高速動車組中對鎘鎳蓄電池進(jìn)行充電時，充電的最大電流時96A。第二，在進(jìn)行充電時，當(dāng)蓄電池的溫度超過平常的溫度時，充電機(jī)就應(yīng)該自動的報障，并且按照按照在日常45℃時的充電電壓來進(jìn)行充電，而且電流的限流還是96A。第三，如果在充電過程中，充電機(jī)的充電電流持續(xù)的超過90A，并且已經(jīng)充電超過了4小時，則就應(yīng)該判斷蓄電池出現(xiàn)充電異常，此時，不能讓充電機(jī)繼續(xù)向蓄電池提供充電服務(wù)。第四，如果蓄電池自身的充電電流不斷的呈階梯式的下降，并且在49～89內(nèi)，就應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)的檢測，如果充電電流的下斜率比起正常的下降斜率低時，就判斷為重度充電異常，此時，充電機(jī)及時地上報蓄電池的狀況，同時不繼續(xù)向蓄電池提供服務(wù)。第五，如果蓄電池自身的充電電流不斷的呈階梯式的下降，并且在14～49內(nèi)，就應(yīng)該進(jìn)行詳細(xì)的檢測，如果充電電流的下斜率比起正常的下降斜率低時，就判斷為輕度充電異常，將情況進(jìn)行上報，繼續(xù)向蓄電池進(jìn)行充電。第六，如果蓄電池的充電電流一直在96A，并且在半小時內(nèi)下降了3V，則就應(yīng)該判斷為重度充電故障，并且上報蓄電池充電的信息，不繼續(xù)向蓄電池繼續(xù)充電。

在高速動車組日常的充電中，如果出現(xiàn)了充電異常的故障都能及時地上報，并且自動的進(jìn)行控制和管理，及時地解決了故障問題，進(jìn)一步的保障了蓄電池的安全，也就保證了動車組的安全。

4.結(jié)語

在本文中，對鎘鎳蓄電池的充電過程進(jìn)行了分析與研究，并根據(jù)試驗提出了一系列的蓄電池充電的優(yōu)化措施，進(jìn)而解決了動車組蓄電池在充電中出現(xiàn)的緊急問題，提高了蓄電池在充電過程中的安全性，同時，向動車組提供穩(wěn)定的動力，來進(jìn)一步提高了高速動車組中能夠穩(wěn)定持續(xù)的運行。

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