電力蓄電池工程車?yán)m(xù)航能力測(cè)試方法論述

董海濤

（福州地鐵集團(tuán)有限公司，福建福州 350009）

0 引言

為了滿足上蓋開發(fā)的車輛基地的消防和環(huán)保要求，越來越多的地鐵公司采用電力蓄電池工程車來代替內(nèi)燃工程車。目前主流的電力蓄電池工程車可采用接觸網(wǎng)和蓄電池兩種模式供電，在接觸網(wǎng)供電工況下，電力蓄電池工程車具有清潔環(huán)保且無限續(xù)航的優(yōu)勢(shì)，但在接觸網(wǎng)無電或作業(yè)區(qū)域接觸網(wǎng)須斷電的情況，電力蓄電池工程車就必須完全依靠蓄電池來提供動(dòng)力，所以各地鐵公司一般都對(duì)蓄電池工況下的續(xù)航能力有一定的要求，并要求驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行續(xù)航能力測(cè)試，通過后方可進(jìn)行驗(yàn)收。本文基于福州地鐵6 號(hào)電力蓄電池工程車的續(xù)航能力測(cè)試情況，對(duì)蓄電池工況下的續(xù)航能力測(cè)試方案如何確定進(jìn)行分析論述。

1 設(shè)備情況及續(xù)航能力要求

福州地鐵6 號(hào)線電力蓄電池工程車的蓄電池容量為400 A·h、軸重≤14 t、整備重量≤56 t，要求續(xù)航能力為一臺(tái)電力蓄電池工程車的牽引不低于110 t 的負(fù)載，從車輛段/停車場(chǎng)出發(fā)，到正線最遠(yuǎn)端作業(yè)，然后回到最近車輛段/停車場(chǎng)，牽引蓄電池剩余容量不低于總?cè)萘康?0%，同時(shí)全程時(shí)間不小于3 h。

2 線路情況與測(cè)試結(jié)果

福州6 號(hào)線為過江地鐵線路，過江部分采用公鐵橋的過江方案，其他部分的地下線路，線路全長約40 km。根據(jù)線路情況，從車輛段/停車場(chǎng)出發(fā)到正線最遠(yuǎn)端作業(yè)，然后回到最近車輛段/停車場(chǎng)的最長里程為42.5 km，路徑為：樟嵐停車場(chǎng)—蘆岐站—梁厝站—下洋站—營前站—航城站—鄭和站—十洋站—吳航站—鶴上站—沙京站—蓮花站—濱海新城站—壺井站—萬壽站—國際學(xué)校—蓮花站—橫港車輛段。

由于下洋站—營前站之間的跨江公鐵橋施工滯后且萬壽站—國際學(xué)校站點(diǎn)暫不施工，所以電力蓄電池工程車無法按合約規(guī)定的路徑進(jìn)行蓄電池工況下的續(xù)航能力測(cè)試。依據(jù)已具備行車條件的現(xiàn)有線路，選擇了從橫港車輛段出發(fā)到營前站，然后從營前站到鶴上站往返一次，最后從營前站返回車輛段（全程約43 km），采用一臺(tái)電力蓄電池工程車以100%的蓄電池電量牽引兩臺(tái)電力蓄電池工程車進(jìn)行測(cè)試。

實(shí)際測(cè)試過程中，電力蓄電池工程車在最后從營前站返回車輛段的過程中，行進(jìn)至沙京站時(shí)剩余電量?jī)H為22%，此時(shí)距離車輛段還有約3.4 km，根據(jù)測(cè)試過程的耗電情況判斷，測(cè)試電力蓄電池工程車已經(jīng)無法返回車輛段（電量低于20%將牽引封鎖），所以轉(zhuǎn)由一臺(tái)被牽引的電力蓄電池工程車將工程車編組牽引回車輛段，消耗該臺(tái)電力蓄電池工程車4%的電量，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

表1 實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)

此次測(cè)試結(jié)果來看，原測(cè)試的電力蓄電池工程車作業(yè)時(shí)間已達(dá)到5 h+39 min，但到達(dá)沙京站時(shí)已經(jīng)只剩余22%的電量，已經(jīng)無法滿足合同的返回車輛段電量不低于20%的要求。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，此次測(cè)試電力蓄電池工程車在兩次經(jīng)過航城站到營前站的大坡道區(qū)間（312 m 的23.826‰坡道和841.904 m 的27.9‰坡道，折算約為1153 m 的26.819‰坡道）時(shí)耗電量最快（每次消耗約10%的電量），而根據(jù)合同約定的測(cè)試路徑：樟嵐停車場(chǎng)—蘆岐站—梁厝站—下洋站—營前站—航城站—鄭和站—十洋站—吳航站—鶴上站—沙京站—蓮花站—濱海新城站—壺井站—萬壽站—國際學(xué)校—蓮花站—橫港車輛段，只需經(jīng)過一次下洋站到營前站的大坡道區(qū)間（1458.514 m 的27‰坡道），所以此次實(shí)際測(cè)試過程較合同約定的路徑多經(jīng)過了225 m的27‰坡道和613 m 的23.826‰坡道，此部分經(jīng)測(cè)算約需消耗6.7%的電量（［（312×23.826）÷（1153×26.819）×10%×（613÷312）］+［（841.904×27）÷（1153×26.819）×10%×（225÷841.904）］），而正常地下區(qū)間坡道運(yùn)行此838 m 消耗的電量約1%，此部分多消耗了至少5%的電量，而后面沙京至橫港車輛段采用另一輛電力蓄電池車牽引也只消耗了4%的電量，所以判斷此次測(cè)試選取的線路有問題，和合同規(guī)定的路徑還是存在較大偏差。

3 復(fù)測(cè)情況

根據(jù)第1 次的測(cè)試數(shù)據(jù)，此次進(jìn)行重新分析，盡量選取與合同規(guī)定的線路長度、坡度相同的測(cè)試路徑，根據(jù)6 號(hào)線線路數(shù)據(jù)，計(jì)算出來合同規(guī)定的線路（樟嵐停車場(chǎng)—蘆岐站—梁厝站—下洋站—營前站—航城站—鄭和站—十洋站—吳航站—鶴上站—沙京站—蓮花站—濱海新城站—壺井站—萬壽站—國際學(xué)?！徎ㄕ尽獧M港車輛段）平均坡度值約為0.11‰，可以看出來合同規(guī)定線路應(yīng)均屬于上坡和下坡的里程及坡度基本相近的線路情況，所以最終折算出的平均坡度值才接近于0；進(jìn)一步分析可知，合同中規(guī)定的線路中所有上坡路段折算出來的坡度平均值約為11.11‰，所以可知合同規(guī)定的線路是近似于一條坡度為11‰、長度為42.5 km 的拋物線。

經(jīng)分析線路情況，最終選取的測(cè)試路徑為：橫港車輛段—沙京站—營前站—航城站—沙京站—鶴上站—沙京站—橫港車輛段，全長約43 km，經(jīng)計(jì)算全路徑的平均坡度為0.12‰，所有上坡路段折算出來的坡度平均值約為11.25‰，近似于一條坡度為11‰、長度為43 km 的拋物線，與合同規(guī)定的線路條件基本相同。

第2 次測(cè)試過程中，電力蓄電池工程車在最后從沙京站返回到橫港車輛段時(shí)，共用時(shí)4 h+52 min，剩余電量還有27%，滿足合同規(guī)定的作業(yè)時(shí)間不小于3 h、剩余電量不低于20%的要求，測(cè)試結(jié)果說明電力蓄電池工程車?yán)m(xù)航能力滿足要求，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見表2：

表2 實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)

4 電力蓄電池工程車?yán)m(xù)航能力測(cè)試方法分析

通過福州地鐵6 號(hào)線的續(xù)航能力測(cè)試可知，電力蓄電池工程車在蓄電池工況下的續(xù)航能力與線路坡度關(guān)系密切，在大坡道上的耗電量是平直道的數(shù)倍，不同線路情況下的續(xù)航里程是大不相同的，所以為了測(cè)試條件和實(shí)際線路相同，就必須選取綜合線路情況與實(shí)際線路基本相同的測(cè)試路徑，首先是里程數(shù)要基本相同，其次最重要的是坡度情況要基本相同。線路的平均總坡度、平均上坡坡度和平均下坡坡度均可以采用以下公式進(jìn)行計(jì)算得出：

計(jì)算即可得出線路的情況，從而判斷出選取的測(cè)試路徑是否滿足合同要求。測(cè)試路徑選取完成后，就可以根據(jù)合同的約定方法進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，最終根據(jù)測(cè)試結(jié)果就可以很明確地知道電力蓄電池工程車?yán)m(xù)航能力是否要求。

5 結(jié)語

電力蓄電池工程車作為采用新能源的軌道動(dòng)力車輛，預(yù)計(jì)未來將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的內(nèi)燃工程車，由于目前存在電池充電時(shí)間過長和續(xù)航能力較差等問題，全國地鐵運(yùn)營公司仍對(duì)使用電力蓄電池工程車有所顧慮，所以往往會(huì)提出超出目前市場(chǎng)上電力蓄電池工程車?yán)m(xù)航能力要求。

經(jīng)測(cè)試分析，目前電力蓄電池工程車不僅可以在蓄電池工況運(yùn)行，還具備接觸網(wǎng)送電工況的運(yùn)行能力，理論上蓄電池只是作為一種后備補(bǔ)充電力，不作為主要的運(yùn)行方式；同時(shí)蓄電池的容量大小也基本限定了電力蓄電池工程車的續(xù)航能力，在蓄電池容量一定的情況下要盲目要求高續(xù)航能力是一種不切實(shí)際的想法。而且由于蓄電池固有衰變特性，即使到貨時(shí)測(cè)試合格，經(jīng)過一段時(shí)間的蓄電池衰變，續(xù)航能力也將大不如前。

基于此，本文建議設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該根據(jù)各地鐵線路的情況，推薦業(yè)主單位選擇合適蓄電池容量的電力蓄電池工程車，地鐵公司也不必再對(duì)續(xù)航能力進(jìn)行要求和測(cè)試，同時(shí)運(yùn)營單位應(yīng)根據(jù)電力蓄電池工程車特性適時(shí)改變作業(yè)規(guī)程，讓電力蓄電池工程車充分發(fā)揮應(yīng)有作用，做到物盡其用。