地鐵車輛蓄電池選型分析及建議

陳興星 張 吉

沈陽地鐵集團有限公司運營分公司

地鐵車輛蓄電池選型分析及建議

陳興星 張 吉

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地鐵車輛電氣系統設計中，蓄電池是地鐵車輛輔助系統中的重要設備，蓄電池型號及參數的確定是電氣系統設計流程中的一個重要的組成部分。蓄電池作為緊急負載供電電源，有著重要的作用，基于此，本文將著重分析探討地鐵車輛蓄電池選型，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

地鐵車輛；蓄電池；選型

1 地鐵車輛蓄電池主要功能

1.1 車輛在運行過程中在列車啟動前激活各控制系統，同時為輔助逆變器提供控制電源。在線路電網無網壓或帶充電機的輔助逆變器全故障不工作情況下，蓄電池為車上應急照明、與安全有關的網絡控制系統、車輛的全部通信設備（包括PIDS、廣播、無線電等）以及緊急通風設備、門控設備等提供緊急供電電源，維持規定的緊急供電時間，滿足乘客安全逃生與供電需求。

1.2 在降弓狀態下為地鐵車輛DC110V（以B型地鐵為例）控制電路、照明、網絡控制系統、PIDS系統等低壓設備提供DC110V電源，保證地鐵車輛升弓并投入工作。

1.3 地鐵車輛正常運行中，蓄電池和輔助逆變器的充電機共同為DC110V控制母線供電，起到濾波作用，降低控制母線電源的紋波系數，提高母線電源的質量。因此，正確選用蓄電池型號、組個數、確定其參數，對地鐵車輛輔助供電系統的設計有重要的意義。

2 地鐵車輛蓄電池選型原則

蓄電池作為緊急負載供電電源，其主要作用如下:1)在列車啟動前激活各控制系統，同時為輔助逆變器提供控制電源。2)列車在無網壓時，蓄電池的容量能夠為緊急照明、緊急通風、火災和煙霧探測系統、門控設備、無線電、公共廣播系統、信息顯示系統、視頻監控系統及列車各控制系統供電，維持上述系統運行規定的緊急供電時間。滿足乘客安全逃生與列車供電需求。

地鐵車輛蓄電池的選型一般從以下三個方面考慮:1)首先，確定蓄電池類型為鎳鎘蓄電池還是鉛酸蓄電池。目前，地鐵車輛用蓄電池主要分為鎳鎘蓄電池和鉛酸蓄電池兩種類型。兩種類型電池的性能比較如下:鉛酸蓄電池性能特點:鉛酸蓄電池購置成本低，無記憶效應，無需加液，壽命為8～10年，更換成本高，體積大，重量大，適應環境溫度(－40℃～+55℃)。鎳鎘蓄電池性能特點:鎳鎘蓄電池購置成本高，有記憶效應，需加蒸餾水，可快速充電，壽命為10～15年，更換成本低，體積小，重量輕，適應環境溫度(－40℃～+60℃)。根據車輛運用條件及車輛采購合同對蓄電池壽命、及是否免加液等的要求，結合以上兩種蓄電池的性能特點可以確定蓄電池類型為鎳鎘蓄電池還是鉛酸蓄電池。2)按照車輛采購合同要求計算緊急負載的總功率。3)計算蓄電池單體數量及蓄電池容量。最終結合容量計算結果，選擇與車輛合同要求相同或相似的環境中有成熟的運用業績的蓄電池型號。

3 地鐵車輛蓄電池選型分析

3.1 膠體鉛酸蓄電池

膠體鉛酸蓄電池由金屬鉛和硫酸為主要材料制作而成，化學反應方程式如下：

膠體鉛酸蓄電池采用二氧化硅與硫酸液配制而成的膠體作為電解質，使用過程中不會產生酸霧，減小了內壓，安全性較高；單體蓄電池額定電壓及容量較高，自放電率低；對使用環境無污染，可避免廢水、廢電解液的產生，廢舊電池可合法持證且有價回收，整體回收不會造成二次污染；膠體鉛酸蓄電池可以臥放工作，可大大減小車載蓄電池體積及重量，降低車輛能耗。

3.2 鎘鎳蓄電池

正極板是將鎳粉末用高溫燒結為多孔性的導電板，以氫氧化鎳作為活性物質。負極板是用加強筋制造的膏涂敷多孔性的導電板，以氫氧化鎘作為活性物質。化學反應方程式如下：

鎘鎳堿性蓄電池耐過充或過放能力較強，即使虧電到零電壓恢復后還能正常使用。該蓄電池中的極板不參與化學反應，極板長期使用后不會變薄，但會產生碳酸鹽，影響離子在電解液中的運動，長期使用后會使蓄電池內阻加大；電解質中的水參與化學反應，一方面會分解為氫氣及氧氣，增大內壓，存在一定的安全隱患，另一方面會使電解液水份缺失，需要定時補水，維護工作量較大；長時間使用后蓄電池液口栓蓋處會出現爬堿現象，易引起短路。

3.3 蓄電池性能比較

膠體鉛酸蓄電池額定電壓及容量較高，自放電率低，長期使用后內阻變化小；不需補水，后期維護工作量小；回收率高，環境污染小；蓄電池使用過程中不會產生酸霧，內壓穩定，提高了安全性；可以大大減小車載蓄電池體積，總重量也會有所減小，降低車輛能耗。

3.4 成本分析

由于兩種蓄電池使用材料、使用壽命及維護保養工作都不同，因此需要對比地鐵車輛生命周期內的總運行成本。鎘鎳堿性蓄電池的一次性采購成本比膠體鉛酸蓄電池高約1/10，循環壽命是膠體鉛酸蓄電池的1.2～1.25倍，因此采用膠體鉛酸蓄電池采購成本略低。

總而言之，蓄電池在地鐵車輛輔助供電系統中是一個重要設備，它作為列車控制設備和各種應急照明的備用電源，保障列車主要控制系統的安全、穩定。地鐵車輛電氣系統設計中，蓄電池組參數的確定及電池箱的設計是電氣系統中一個比較重要的子系統，為保證整體工程效率，就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現進一步研究探討。

[1]王慶召，劉東廣.深圳地鐵5號線車輛蓄電池的選型分析[J].電力機車與城軌車輛，2011，02:33-34.

[2]唐志儂.地鐵列車常用蓄電池技術經濟性分析及選型建議[J].現代城市軌道交通，2014，01:56-62.