1 引言

目前，城市轨道交通在大中型城市人们的交通出行中起到日益重要的效果，因其运转快速、高效、安全、环保等优势，已被各大城市广泛推广应用。蓄电池体系又是轨道交通车辆供电体系中不可缺少的重要组成部分，为辅助列车操控体系及其他弱电体系供电供给重要的支撑[2]。今年来，随着车辆的规划轻量化、小型化、全寿数周期、低保护、高可靠性要求越来越高，其间对蓄电池体系选型规划精准、充放电功能好、低保护、小型化等方面，成为轨道交通职业越来越重视的要点问题[1]。针对蓄电池选型的问题，本文将对碱性蓄电池容量的选型规划和蓄电池充电应用进行介绍。

2 蓄电池作业原理及容量选取依据

2.1 蓄电池作业原理

本文将以镉镍碱性蓄电池为例，描绘其正极和负极的作业原理。碱性蓄电池正极活性物质为NiOOH，负极活性物质为镉，电解液为KOH水溶液。在蓄电池充电时，将电能转变成化学能存储；当蓄电池放电时，将会把存储的化学能转变为电能为用电设备供给能量。在蓄电池的充放电过程中，将发生下列反应：

正

充电（Charge）

 

极反应：

N

放电（Discharge）

 

i(OH)2 + OH- NiOOH + H2O+ e

 

负

充电（Charge）

极反应：

放电（Discharge）

C d(OH)2+2e Cd + 2OH-

电 池总反应：

2

充电（Charge）

放电（Discharge）

 

Ni(OH)2 +Cd(OH)2 2NiOOH + Cd + 2H2O

从上述反应方程式可知：充电过程中释放水，电解液液面会上升；放电过程中吸收水，电解液液面会下降。

镉镍碱性蓄电池具有耐过充和过放电的才能，即使当蓄电池亏电到零电压时，恢复后仍能够正常运用。此外，经过上述蓄电池化学反应方程式可得，碱性蓄电池的极板不参加化学反应，长期运用不会导致极板变薄。可是这也导致了蓄电池的电解液在运用逐步削减，需求定时弥补电解液，具有必定的保护量[3]。

2.2 蓄电池容量规划

蓄电池的理论总容量C5 是一个有关电量的概念，其容量首要取决于紧迫工况下列车蓄电池所供电负载的总功率和应急供电时间，一起蓄电池规划时还需考虑蓄电池自身的老化系数、低温批改系数及深度放电等要素的影响

[4]。那么，蓄电池的理论核算公式如下：

C5 =（P/U）*T (1)

上式：U表明蓄电池体系的平均总电压，P表明蓄电池供给负载的总功率，T为应急供电的时间。

影响蓄电池选型要素如下：

1. 温度对系数影响：需考虑列车运用所在地的最低温度进行补偿规划；

2. 老化系数的影响：蓄电池在运用过程中会逐步降低功能，因而，需求考虑蓄电池老化的影响；

3. 充电系数（25℃）：需考虑蓄电池的充电功率的影响；

4. 大电流放电系数影响：蓄电池对负载的大电流放电对电池功能的影响。

因而，蓄电池规划时需求依据上述影响要素对蓄电池容量进行补偿规划，以满意蓄电池的运用要求和运用寿数。

2.3 蓄电池容量的核算

以某项目地铁蓄电池体系规划为例，该项目编组为9编组（6动3拖），要求拖车装备3个碱性蓄电池，蓄电池体系要求作业电压为DC72V。当车辆紧迫供电时，要求在蓄电池组的充电状况为其标称容量的3/4时，需求确保至少60min的列车操控电源以及乘客车门和应急照明的供电。蓄电池供电负载的设备如下表1所示。

表1 紧迫负载核算表

负载称号	紧迫负载功率/kW	发动负载功率/kW	补白
客室照明	1.50	1.50
司机室照明	0.03	0.03	仅头车
头灯、尾灯、前进灯	0.14	0.14	仅头车
门控单元	1.9	1.9
门驱动单元	0.11	0
通风操控	0.56	0.56
乘客信息体系（PIS）	3.28	3.28
牵引体系操控	4.5	4.5
网络操控	1.32	1.32
制动体系操控	0.85	0.85
火灾报警体系	0.55	0.55
总计	14.74	14.63

3 蓄电池组容量剖析核算

当列车网压断电之后，需由蓄电池体系供给车辆的各种应急设备供电，一起蓄电池满意列车发动前激活各种操控设备。而应急供电首要为紧迫照明、悉数的头灯和尾灯、客室通风、以及所有与安全操控体系相关的设备。

3.1蓄电池单体数量选取

蓄电池体系是由必定数量的单体蓄电池串联而成组成体系，其单体数量由蓄电池的单体电压和体系的额外电压而确认。蓄电池单体数量核算公式如下：

N=Ue/Ud （2）

式中：N-蓄电池单体数量，Ue-直流供电体系的额外电压，Ud-单体蓄电池的额外电压。

关于DC72V的供电体系，选用碱性蓄电池的额外电压为1.2V/支，依据式（2）核算可得到蓄电池的数量如下：

N=Ue/Ud=72/1.2=60

经过上述核算可得，该体系蓄电池的单体应挑选60支，可是依据以往项意图经历可知，蓄电池体系处于浮充状况或许快充状况，其单体的额外电压远高于1.2V，因而选用这种理论核算方法将会导致规划后的蓄电池体系超越车辆体系的作业电源电压。

因而，关于确认蓄电池的单支数量，需求结合以往的规划经历及蓄电池职业规划规范进行选取。一般碱性蓄电池单体电压依照U=1.33V/节进行核算，则可确认蓄电池的单体数量为：

N=Ue/U=72/1.33=54(节)

当蓄电池在20℃快速充电式，单体充电电压为1.5V,在-20℃进行温度补偿时，单体充电电压为1.59V（温度补偿值为-3mV/℃），整车体系电压为85.86V，低于DC72V的体系最高电压90V。若直接选用60支蓄电池单体，此时整车直流供电体系电压为95.4，已远高于该体系规则的最高电压。

此外，蓄电池的单体数量挑选可依据实践应用的环境温度、功率、箱体布局进行微调。该项目因为环境温度较好（全年最低温度为-10°），因而也能够选取52支单体。

3.2蓄电池组的容量核算

经过上述核算，选取蓄电池单体为54节，蓄电池组的标称电压为：U1=54*1.2=64.8V,放电的停止电压为：U2=54*1.05=56.7V，则蓄电池组的放电电压U=（U1+U2）/2=60.75V

依据上述表1可知，该项目紧迫负载的总功率P1=14.74kW，发动负载的功率为P2=14.63kW。在紧迫负载状况下，蓄电池体系必须满意在充电状况为其标称容量的3/4时，需求确保至少60min应急供电。

依据式（1），可核算的紧迫负载蓄电池的总容量为：

C1=P1/U*T1=14740/60.75*60/60=242.63Ah

此外，蓄电池在较低温作业时，蓄电池组功能会降低，当环境温度适合或许高温较高时，其电功能变化较小。依据本项目所在地的全年环境温度（最低温-10℃）及经历选取温度影响系数为：K1=0.95。考虑蓄电池的运用寿数为15年，蓄电池的结构、加液状况，选取老化系数为K2=0.8。

随着蓄电池放量倍率的增大，蓄电池放电的容量将削减。因而，依据经历选取大电流放电体系为K3=0.9.

蓄电池选用恒流、恒压、浮充及快充方法进行充电，充电的电压决议蓄电池的充电功率。一起本项目蓄电池选型时，需考虑蓄电池组在满容量的3/4条件下，能够供给紧迫负载用电60min，因而充电功率选取K4=0.75。

因而，综合考虑各种对蓄电池组放电影响的系数，实践蓄电池组总的容量应为：C2=C1/K1/K2/K3/K4=242.63/0.95/0.8/0.9/0.75=472.96Ah。

每组蓄电池的容量为C=C2/3=472.96/3=157.65Ah

因而，依据上述核算并结合蓄电池供货商的型号、考虑必定裕量，最终可选取蓄电池组容量为：160Ah。

4 蓄电池温度补偿曲线

充电机对蓄电池充电时，具有温度补偿充电的功能，必须按蓄电池的温度曲线特性进行补偿充电。在充电机规划时，其输出电压范围需与蓄电池充电特性曲线相匹配，可最大极限延伸蓄电池运用寿数。充电机给蓄电池充电依据蓄电池的浮充和快充的和快速充电温度补偿为-3mV/℃。蓄电池的温度补偿曲线如下图1所示。

 

图1 蓄电池温度补偿曲线

4 结束语

本文经过对蓄电池体系功能的介绍，剖析并总结了影响蓄电池体系选型规划的多种要素，并结合实践应用项目提出了蓄电池组选型的核算方法和核算过程，选取了充电机对蓄电池组充电的温度补偿曲线，达到了蓄电池体系选型规划精准和小型化的意图。