探究地铁车辆供电蓄电池的合理选型

探究地铁车辆供电蓄电池的合理选型

南海舟

兰州市轨道交通有限公司运营分公司

摘要：本文将会对兰州轨道交通地铁车辆中蓄电池的选择做相应的阐述，分别从蓄电池的容量、类型等方面做详细的分析和探讨，希望能为地铁车辆的安全运行提供可借鉴的新思路。

关键词：地铁车辆；蓄电池；合理选型

在地铁车辆的供电系统中，蓄电池是其重要的组成部分，它是用来控制列车设备并做应急处理的电源备用工具，也是列车安全运行的重要保障。

一、供电蓄电池概述

在兰州轨道交通地铁车辆中一项重要的电气子系统就是对蓄电池参数和电池箱的设计。为了保障地铁车辆能够安全运行，蓄电池作为一种应急供电设备，需要具备以下几种功能。

首先，地铁在启动列车之前，需要将各个控制系统激活，相应的控制电源要为辅助逆变器的工作提供便利。当辅助逆变器出现全故障或者线路电网无网压的现象时，蓄电池便可以为列车上的通信设备、紧急通风设备等提供应急电源，满足列车的供电需求，为乘客的逃生争取更多的时间。

其次，在降弓状态下，蓄电池的使用可以让地铁车辆的DC110V控制电器、PIDS系统等低压的设备提供DC110V的电源，维持地铁升弓功能能够维持工作状态。

最后，在地铁列车的运行过程中，辅助电器和蓄电池都是由DC110V的母线来进行供电，在一定程度上起到了滤波的作用，降低了母线电源的纹波系数，进而提高其电源的质量。

因此，在选择蓄电池的类型时，应充分考虑蓄电池的信号、参数、组个数等内容，可以为地铁列车的辅助供电系统设计提供更加有效的保障。

二、蓄电池选型的原则

在对兰州轨道交通地铁车辆进行蓄电池类型选择时，需要参考以下原则。

第一，需要根据列车的采购要求来计算紧急状况下列车运行的蓄电池直流负载的总功率。

第二，在选取蓄电池类型时，还要根据电池应用的气候条件以及实现约定的合同要求来确认其温度补偿系数、充电效率以及老化效率等。

第三，在合同的要求范围内，需要计算蓄电池在列车运行中实际需要的容量，以此确保其在有限的使用寿命里满足地铁车辆的行驶要求。

在紧急状况下，地铁运行中最大的110直流负载就是紧急负载。当面临突发状况时，地铁车辆只能通过蓄电池来完成供电，一般维持时间在45分钟左右。因此，在选型时，需要提前计算好车辆运行的紧急负载功率，然后根据其功率大小以及车辆实际运行的环境条件等来计算相应的电池容量。基于具体的电池性能参数来了解一个电池组的容量，进而确认其在车辆的运行条件中，比如抗震、湿度、环境保护、可维护性等多个方面的情况加以比较，在列车实际需要容量的基础上根据冗余原则来确认合适的电池容量，以此来满足列车运营的需求。

三、蓄电池容量的计算

关于蓄电池容量的计算，主要取决于其在紧急状况下，相应的应急设备所需要的总功率以及供电的总时间。然后参照蓄电池低温修正系数因素，来对计算的结果进行调整，确保蓄电池容量的可适用性。

（一）紧急状况下用电设备的总功率

在紧急状况下，用到的应急设备包括了全部的紧急照明、与安全网络相关的控制系统、通信设备、紧急通风、侧门开关等。在计算总功率时，需要将所有的应急设备纳入到计算范围内，并确保系统在45分钟之内能够满足列车再次启动的需求。

（二）车载蓄电池总容量计算

关于蓄电池的总流量计算，主要涉及到的公式是：C0=(P/U)×T，其中P为蓄电池的负载总功率，而U则是直流系统的额定电压，T是紧急状况下应急设备可维持的时间。通过这个公式我们可以了解到蓄电池在列车运行时需要确认的总容量。另外，由于电池容量在确认时还需要留出约10%的冗余空间。以此来作为地铁车辆运行的应急质量电源。

四、确定蓄电池的类型

（一）酸性蓄电池与碱性蓄电池

在目前地铁列车的运行过程中，主要使用的有两种类型的蓄电池，阀控式密封铅酸蓄电池和少维护镉镍碱性蓄电池。相比于传统的酸性与碱性蓄电池来说，这两种新型的蓄电池使用的寿命更长，并且很少出现漏液现象，后续的维修工作也相对便捷。除此之外，两种新型的酸性与碱性蓄电池类型在整体性能的表现上有所差异。

（二）镉镍碱性蓄电池的优势

在同等电压的情况下，铅酸蓄电池所需要的电池数量较少，因此占用较少的空间。但是镉镍碱性蓄电池在快充、使用寿命等方面有着更显著的优势，在地铁列车的运行中其可靠性将会更加明显。

1.耐过充、过放电的能力

铅酸蓄电池中的充放电量较少，最高只有0.3C10A，而辅助逆变器中一般采用恒压限流式的充电方式，因此反复充电很容易对蓄电池造成损伤。但镉镍碱性蓄电池的电流充电量可以高达1C5A，并且支持大电流的放电形式，相比于铅酸蓄电池来说，其充、过放电的能力更佳。另外，车辆在检修过程中容易产生电池亏电的现象，铅酸电池便会受到较大的损害，但是镉镍碱性蓄电池即便是在电压为0的状况下也能够正常使用，这也是其应用的一大优势。

2.适应环境能力强

镉镍碱性蓄电池的另外一项优势在于其低温的适应性较好，即便是在零下40度的条件下，电池的容量最多只减少了50%。而酸性电池在这样的温度下则会减少75%以上的电量。铁路局在轨检车的技术条件中有提到，列车的使用环境需要保持在零下40-50℃，从低温适应性的角度来看，碱性的蓄电池表现出较佳的效果。

同时，从耐高温的层面来说，两者内部组成的化学原理有所差异，镉镍碱性蓄电池在高温条件下也表现出较好的效果。因为酸性蓄电池由于无法通过失水来散进行热。因此在过充电的过程中，电池的温度和电流会形成一种累积性的作用，导致蓄电池出现热失控现象，继而导致电池外壳漏气、起包等问题。而碱性电池则不会出现这种现象。

3.带故障运行能力

如果铅酸蓄电池组中有一节出现热失控的现象，则整个蓄电池会形成开路而失去运行的作用。由于镉镍碱性蓄电池不会产生热失控的问题，因此开路现象出现的可能性较低。如果其中一节蓄电池出现误接或者短路的现象，由于其浮充电压的范围交款，因此不会对蓄电池的整体运行带来影响，只会让整个蓄电池组的电压有所下降，约在1V-1.2V之间，因此在这样的条件下蓄电池依然可以带故障作用，对于地铁列车的顺利运行来说是一种较为可靠的选择。

4.蓄电池使用寿命

根据循环实验的结果表明，相比于阀控式密封铅酸蓄电池来说，镉镍碱性蓄电池的循环使用寿命高达1.5倍。因此在同等条件下，镉镍碱性蓄电池的使用性能更佳。

结束语：

从蓄电池的抗过充过放电能力、环境适应性、带故障运行能力以及使用寿命等方面将阀控式密封铅酸蓄电池和少维护镉镍碱性蓄电池进行对比，经过综合考虑，兰州轨道交通地铁车辆采用镉镍碱性蓄电池。碱性蓄电池在列车的运营上表现效果更为有效。根据目前统计的地铁项目状况来看，大多数地铁项目在配置碱性蓄电池的数量上要高于酸性蓄电池，可以说，碱性蓄电池在具体的应用中也有着更好的实践意义。蓄电池作为地铁列车安全运行的重要备用电源，在项目实践之前一定要充分考虑各方面的条件，做好蓄电池的类型选择，以此来提高地铁列车运行的可靠性。

参考文献：

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