某动车组HAWKER蓄电池的选型说明

摘要：本文根据车辆上的供电需求和选用原则，对于常用的两种蓄电池，铅酸蓄电池和镍镉畜电池，进行了性能对比。以某动车组为例，通过统计车辆上的所有紧急负载功率，确定蓄电池的容量。此外，通过仿真软件模拟蓄电池放电曲线，验证了其选型的正确性。

 

关键词：动车组；蓄电池

 

1 背景

在动车组车辆上，蓄电池设计是极为重要的一个环节，其主要功能如下：

1）若列车运行过程中发生紧急故障、等待救援时，由蓄电池给紧急照明，紧急通风，与安全有关的控制系统，列车通讯及广播系统等紧急负载提供供电电源，维持规定要求的紧急供电时间，以满足乘客的供电需求与安全逃生。

2）在列车升弓前能够使其永久负载正常激活，以保证车辆能够顺利升弓并投入工作。

蓄电池的可靠运行是车辆的安全保障。因此，蓄电池的种类、容量、参数的正确选择，对保证动车组车辆和乘客的安全有着及其重要的意义。

 

2 蓄电池选型

2.1 蓄电池选型原则

对于蓄电池的选型，一般需要满足以下几点：

1）满足列车在紧急负载的功率需求；

2）依据环境及车辆使用条件确定蓄电池种类；

3）考虑蓄电池的温度影响系数、老化系数、充电系数等性能参数的影响；

4）考虑车辆对蓄电池的空间尺寸和重量的要求。

根据以上内容及蓄电池容量的冗余设计，最终可以确定蓄电池类型和容量。

2.2 蓄电池类型选取

目前车辆上常见的蓄电池产品主要有2种：铅酸蓄电池和镍镉碱性蓄电池。它们都具有使用寿命长、少维护等优点，都可选配电子化管理系统，实现动态监测，但其整体性能却有所不同[1]。

表2-1 镍镉蓄电池与铅酸蓄电池性能对比

技术参数	镍镉蓄电池	铅酸蓄电池
工作电压（V）	1.2	2
能量质量比	50	36
能量体积比	150	70
充放电寿命（次）	3000	800-1000
浮充电寿命（年）	10-20	8-10
污染	较轻，可回收	较重，可回收
维护性	需加蒸馏水	无需加液
安全性	全密封，防火	全密封，防火
适应环境温度	-25℃-+70℃	-10℃-+35℃

铅酸蓄电池价格低，无记忆效应，但是镍镉碱性蓄电池在快充能力、放电深度、使用寿命、低温性能、耐过充过放电能力和可靠性方面有更明显的优势[2]。在相同容量下，镍镉蓄电池体积小，重量轻。当前，动车组车辆一般采用镍镉碱性蓄电池。

3 蓄电池参数分析

以某动车组车辆（6M2T）为例进行蓄电池参数选型分析。

蓄电池工作条件设定如下：

8编组车辆由两个牵引单元构成，每个牵引单元包含3节动车和1节拖车，其中两节动车车下各配置一组蓄电池组，整车共4组蓄电池组。

蓄电池容量能够满足在整列车没有高压电输入时，提供相关的紧急负载45分钟。此外，蓄电池的标称容量应足够大，除了保证满足紧急负载要求供电外，为以后可能增加负载而提供15％的额外裕度。

基于工作环境温度、重量、寿命的考虑，蓄电池类型确定为镍镉碱性蓄电池。

3.1 紧急负载功率统计

统计车辆紧急负载功率，最终确定为31.88kW。

3.2 蓄电池单体数量确认

根据电气设计经验，并咨询国内资深蓄电池设计师，认为按照下述公式进行浮充蓄电池数量的选择是比较合理的[3]：

蓄电池单体数量=蓄电池组的终止放电电压/单节蓄电池放电终止电压

选定蓄电池组的终止放电电压为84V，而蓄电池单体放电终止电压为不大于1.05V。

蓄电池单体数量=84V/1.05V=80

因此，每组蓄电池单体数量为80支。

3.3 蓄电池容量计算

额定容量是指单体蓄电池充满电后，在20℃时，以5h的放电速率放电至1.0V电压时所能提供的容量，单位为安时(Ah)。

影响电池容量的因素，除了紧急负载以外，还应考虑温度影响系数、老化系数、充电系数等诸多影响因素。

蓄电池额定容量=（紧急负载功率/蓄电池额定电压 工作时间）/温度影响系数/老化系数/充电系数*冗余系数

蓄电池额定电压为96V

温度影响系数：0.9（温度对于蓄电池额定容量的影响）

老化系数：0.9（寿命对于对于蓄电池额定容量的影响）

充电系数：0.9（充电机充电效率对于蓄电池额定容量影响）

冗余系数：1.15（蓄电池需提供15％的额外裕度）

蓄电池额定容量=(31.88×1000)W/96V×(45/60)h/0.9/0.9/0.9×1.15

=392.78Ah

因此，最终蓄电池总容量选定为400Ah。考虑到型号以及整车配重，最终采用100Ah的蓄电池组，每组80只，每列车共4组。

3.4 蓄电池放电模拟验证

通过软件模拟蓄电池在车辆紧急负载工况下放电曲线，如图3-1及3-2所示。

由图3-1可以看出，蓄电池放电45分钟后仍有约88V电压，余量较大；由图3-2可看出，蓄电池的可获得容量为72%，放电45分钟后的放电深度为60%，存在12%的裕度。

综上，所选4×100Ah蓄电池完全可以满足车辆紧急负载的供电需求。

图3-1 设备电压变化曲线（V）

图3-2 可获得容量和放电深度关系（%）

4 总结

本文简要介绍了车辆蓄电池的功能，对蓄电池选型原则作了说明，并以某动车组的蓄电池选型为例，对于蓄电池参数的选择进行了介绍，并通过分析选取合适的蓄电池组类型和容量，最后通过软件模拟蓄电池放电曲线，对于蓄电池选型参数的正确性进行了验证。本文蓄电池选型方法可靠，可为动车组蓄电池设计提供参考。