鐵路對講機電池的選型分析探討

蔣松華 上海鐵路局科研所

對講機在鐵路生產運輸中有著廣泛的應用，涉及工務、電務、客運和車務等很多方面。在對講機使用過程中，除了對講機本身的性能之外電池是一個重要環節，電池的好壞直接關系對講機的通信質量。因此有必要對對講機的電池進行研究，提高使用質量，減小故障發生率。

1 對講機對所用電池的要求

(1)額定電壓一般為7.5V，允許輸入電壓范圍5.5V-9VDC，電池電壓不得超過此范圍。

(2)合理選擇電池的容量，既能夠保證發射時的穩定又保證使用的時間。

(3)電池應選內阻盡量要小的型號。

(4)電池要有防過流，過壓，過放電保護裝置，鋰電池要加裝保護板。

(5)電池的生產、使用和銷毀過程中應符合環境保護的要求，避免重金屬污染環境和有害氣體釋放。鎳鎘電池因為制造和處理過程中會存在重金屬鎘的污染，應逐漸在使用中淘汰。

2 鐵路對講機使用中所面臨的問題

(1)鐵路的對講機是由普通民用對講機改制而來，內部加入了鐵路上所特有的信令組件并且對結構進行了改造。而使用環境卻比一般的民機惡劣得多：震動、擠壓、風沙、雨水、高溫以及暴曬等等，這對對講機的主機和電池都是嚴酷的考驗。一般市場上的對講機標配的電池容量，GP88S和GP3688都是1200mAh。這樣的配置是根據一個標準的待機、接收和發射時間比率以及8h工作時間來確定的。但是在鐵路無線調車上，接收和發射的時間比率要明顯高出許多，而且工作時間也時常超過8h，這就造成了對講機使用時間的不足。電池容量不足對通話的可靠性會產生嚴重影響。

(2)由于原配電池塊的價格較高，所以鐵路方面采取的是自制的辦法。選取什么樣的電池來生產鐵路對講機電池塊成為了一個重要的問題。并非名牌電池就是合適的，例如某國產品牌鎳氫電池，一開始使用沒有任何問題，但是半年之后會便普遍出現電池漏液、容量下降以及容量不一致的情況，在智能充電器上測試結果是拒充。

(3)電池塊在制造過程中應遵循原裝電池的設計規范，否則會造成嚴重后果。這個情況在GP3688型對講機上尤為明顯。不良的電池塊會使得對講機莫名發射且產生嚴重干擾。

3 對講機電池的選取和使用

蓄電池有5個主要參數，分別為容量、標稱電壓、內阻、放電終止電壓和充電終止電壓。在鐵路應用上面，不同環境、不同的對講機對電池選擇有著不同的要求。

過去的對講機使用的射頻模塊是雙極型的晶體管，所以要達到高功率輸出需要較高電壓，電流的消耗相對小。而現在使用對講機更多使用了新型的場效應管，它的特點是低電壓情況下可以輸出高功率，而發射機效率基本不變，所以在發射機工作時電流也比以往的對講機來得大。這樣對現在的電池組提出了更高的要求。

(1)電池容量C通常的單位是Ah（安時）或者mAh（毫安時），1Ah表示在1A電流下能放電1h。充電速率通常用電池容量C來表示。例如使用3A對1.5Ah的電池充電，充電速率就是2C。對講機電池的選擇直接影響作業效果，所以在使用前需進行合理的配置。對講機的最大耗電是在發射狀態，所以電池容量選取應參考對講機的發射電流。

(2)現場作業的手持對講機一般為摩托羅拉和建伍牌，根據鐵路的實際情況應該選擇容量值大于等于2/3發射電流值的電池組。根據鋰電池的特性，它的內阻較大，所以應該選取容量值大于等于1倍的發射電流值。例如摩托羅拉的GP3688系列對講機，發射時電流通常為1.2A，應采用大于800mAh的鎳鎘鎳氫電池或者1200mAh的鋰電池。除此之外，還要根據現場工作的具體狀況來確定電池容量。對講機工作時發射、接收和待機電流分別為1200mA、250mA和40mA，現場調車作業時此三種狀態所占時間比例約為1：3：6，每個班的工作時間約為8h，計算出電池容量為1752mAh。實際選取容量為1800mAh的電池組。目前對講機出廠時發射電流都大大超出1200mA，所以在正式投入使用前要進行必要的調整，達到設定值。

(3)電壓參數：單體鎳鎘電池的標稱電壓1.3V（也有認為是1.25V），單體鎳氫電池的電壓是1.25V，而鋰電池為3.6V。目前鐵路使用的對講機的標稱電源電壓是7.5V，而實際可用的電壓范圍是在6V-9V之間。所以應該選擇6節串聯的鎳鎘、鎳氫或者2節串聯的鋰電池。鎳鎘電池的充電終止電壓是1.75V-1.8V，鎳氫電池是1.5V，鋰電池為4.1V正負50mV。放電終止電壓分別為1V、1V和3V。而對于電池超過6節的電池組在安裝前需要對電池進行容量和內阻的篩選，盡可能使電池特性保持一致。新舊電池和不同品種的電池不可混用。

(4)電池不可過分放電，鎳鎘電池如果深度放電會造成極間短路，而鋰電池過放電會嚴重影響使用壽命。所以實際使用前需設置對講機的電池監測功能為開啟，使用時務必注意觀察電池工作情況。

(5)電池內阻：鎳鎘和鎳氫電池的內阻較小，所以能夠承受較大的放電電流，而且工作穩定。鋰電池內阻約為鎳鎘鎳氫電池的數倍，不能用于大電流供電場合。鋰電池工作電壓變化范圍較大，電池自身發熱也相對高。鋰電池使用時應該避免過流過壓，否則會直接影響電池的使用壽命甚至產生危險。所以之前需要對其加裝保護板，用以限制充放電電壓以及限制電流輸出。

(6)現實生活中存在一些危險場所，如燃料或化學品的生產、運輸和倉儲地，化工廠，油輪貨倉，空氣中含有大量細微砂粒、粉塵場所，面粉加工廠，亞麻加工廠，機械加工車間和煤炭加工場所等。若要在這些場所使用對講機，必須需要采用的是一種特殊的防爆型的對講機。防爆對講機除了對講機主機以外電池和充電器也要進行防爆處理以達到防爆要求，還需要有密封的外殼和帶限制電流的輸出功能的安全型電池組。

4 充電和充電器

4.1 充電方式的選擇

充電的兩種制式

(1)在環境溫度20℃土5℃的條件下，以0.2C充電，當電池端電壓達到充電限制電壓時，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于0.01c，最長充電時間不大于8h，停止充電。此充電制式為檢驗結果有爭議時作為仲裁采用的充電制式。

(2)在環境溫度20℃土5℃的條件下，以1C充電，當電池端電壓達到充電限制電壓時，改為恒壓充電，直到充電電流小于或等于0.01c，最長充電時間不大于2h，停止充電。

兩種制式中，第一種為常規方式，第二種是快速充電。當前鐵路所采用的是第一種充電方式。

應注意的是，電池放置一段時間后會進入休眠狀態，此時容量會低于標稱值。啟用前要進行激活，經過3～5次正常的充放電循環就可激活電池，恢復正常容量。從一開始就采用標準方法充電的這種"自然激活"方式是最好的。

合理的充放電對對講機的使用以及電池組本身都會帶來好處，而用于運輸生產的對講機電池充電設備更需要進行精確合理的設計以期望達到最佳的使用狀態。

4.2 充電需避免的問題

在充電過程中電池的電壓會隨著儲存電量的增加而逐漸上升，當電池儲存的電量達到飽和電極材料無法繼續充電時，若繼續充電則電池內部電解液會引起電解，并且在陽極產生氧氣，在陰極產生氫氣，造成電池內部壓力上升，會對電池內部結構造成破壞甚至爆炸，像這種現象稱之為過度充電。

過度充電會造成不安全隱患和降低電池的使用壽命。為了防止電池過充，充電器應具備充電檢測電路在電池充滿時及時停止充電。

鎳鎘電池的充電器常以-DV控制方式進行充電，當檢測到電壓低于最高值10～20（mV）時終止充電。

鎳氫電池則以0DV的控制方式，在充電電壓達到最高時，停止繼續充電（見圖1）。

圖1 鎳鎘、鎳氫充電器線路圖

而鋰電池則應使用定電流、定電壓方式充電最好。需要指出的是鎳鎘電池需要通過先放后充的過程以克服它的"記憶效應"（見圖 2）。

由于鎳鎘、鎳氫和鋰電池的充電方式以及充電終止電壓都不相同，所以充電機要采用不同的線路設計，且充電機之間相互不通用。

目前鐵路上所使用的充電機采用的是恒流定時方式，這樣的方式充電雖然簡單但是有諸多弊端，例如無法識別不同容量的電池組，過量充電，充電效率低以及影響電池壽命。所以需要重新設計充電線路，并在充電線路設計中加入電池溫度控制電路。

圖2 鋰電池充電器線路圖

鐵路對講機一般都采用多組式充電機，有4組、6組和8組的規格。電源容量應選擇大于2倍的總充電電流。6組和8組的充電器要求安裝散熱風扇，對于充電機發熱元件要做好散熱工作。充電環境要干燥通風。

5 結論

對講機的廣泛使用，它已成為鐵路運輸的一個重要組成部分。要使得對講機安全高效的運行，除了對講機主機的合適選擇之外，電池作為一個核心部件，也需要得到嚴格的控制。另外人員的操作也要遵守相關的規章制度。這樣，才能夠保證對講機在預期的年限內正常使用。