地鐵車輛蓄電池活化應用探討

楊海 肖貴平 王寬兵

摘要：成都地鐵車輛所用蓄電池是堿性鎳鎘蓄電池，是車輛正常激活必不可少的一個部件。本文介紹了成都地鐵所用鎳鎘蓄電池的結(jié)構(gòu)、原理，并在此基礎上結(jié)合地鐵運營的經(jīng)驗提出了該種蓄電池的使用及維護方法。

關鍵詞：蓄電池;結(jié)構(gòu);關鍵參數(shù);活化

一、蓄電池結(jié)構(gòu)

成都地鐵車輛所用蓄電池為整個電池組由80節(jié)蓄電池組成，每一單節(jié)標稱電壓為1.2V。每節(jié)電池則由以下幾部份組成：正極板、負極板、隔板、電解液、蓄電池極柱等組成。

（1）正極板：正極板是將鎳粉末用高溫燒結(jié)為多孔性的導電板，用氫氧化鎳作為這個導電板的活性物質(zhì)。

（2）負極板：負極板將以氫氧伙櫻為活性物質(zhì)，與用加強筋制造的膏涂敷多孔性的導電板組合而成。

（3）隔板：隔板將正極板與負極板隔離，并防止短路。這個隔板用耐堿性合成樹脂纖維與合成樹脂薄膜組成，多層構(gòu)造。

（4）電解液：使用密度為1.15--1.30（20℃時）的氫氧化鉀溶液。當環(huán)境溫度較低時，電解液密度要相對高一些。為兼顧低溫性能和荷電保持能力，密封鎳鎘蓄電池采用密度為1.40（15℃時）的氫氧化鉀溶液。為了增加蓄電池的容量和循環(huán)壽命，通常在電解液中加入少量的氫氧化鋰（大約每升電解液加15～20g）。

二、蓄電池關鍵參數(shù)

鎳鎘電池具有效率高、循環(huán)壽命長、能量密度大、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、并且不需要維護的特點，因此在工業(yè)和消費產(chǎn)品中得到了廣泛應用。蓄電池的五個主要參數(shù)為：電池的容量、標稱電壓、內(nèi)阻、放電終止電壓和充電終止電壓。

（1）電池的容量通常AN安時）表示，IAh就是能在IA的電流下放電1小時。單節(jié)電池內(nèi)活性物質(zhì)的數(shù)量決定單節(jié)電池含有的電荷量，而活性物質(zhì)的含量則由電池使用的材料和體積決定，因此，通常電池體積越大，容量越高。與電池容量相關的一個參數(shù)是蓄電池的充電電流。蓄電池的充電電流通常用充電速率C表示，C為蓄電池的額定容量。例如，用2A電流對1Ah電池充電，充電速率就是2C;同樣地，用2A電流對500mAh電池充電，充電速率就是4C。

（2）電池剛出廠時，正負極之間的電勢差稱為電池的標稱電壓。標稱電壓由極板材料的電極電位和內(nèi)部電解液的濃度決定。當環(huán)境溫度、使用時間和工作狀態(tài)變化時，單節(jié)電池的輸出電壓略有變化，這種鎳鎘電池單節(jié)的標稱電壓約為1.20V。

（3）電池的內(nèi)阻決定于極板的電阻和離子流的阻抗。在充放電過程中，極板的電阻是不變的，但是，離子流的阻抗將隨電解液濃度的變化和帶電離子的增減而變化。

（4）蓄電池充足電時極板上的活性物質(zhì)己達到飽和狀態(tài)，再繼續(xù)充電，蓄電池的電壓也不會上升，此時的電壓稱為充電終止電壓。鎳鎘電池的充電終止電壓為1.75～1.8V，鎳鎘電池不同放電率時的放電終止電壓是指蓄電池放電時允許的最低電壓。如果電壓低于放電終止電壓后蓄電池繼續(xù)放電，電池兩端電壓會迅速下降，形成深度放電，這樣，極板上形成的生成物在正常充電時就不易再恢復，從而影響電池的壽命。放電終止電壓和放電率有關。鎳鎘電池的放電終止電壓和放電速率的關系如表1所列。

電解液的溫度對蓄電池的容量影響較大。這是因為隨著電解液溫度升高，極板活性物質(zhì)的化學反應也逐步改善。電解液中的有害雜質(zhì)越多，蓄電池的容量越小。主要的有害雜質(zhì)是碳酸鹽和硫酸鹽，它們能使電解液的電阻增大，并且低溫時容易結(jié)晶，堵塞極板微孔，使蓄電池容量顯著下降。此外，碳酸根離子還能與負極板作用，生成碳酸鎘附著在負極板表面上，從而引起導電不良，使蓄電池內(nèi)阻增大，容量下降。

鎳輻電池使用過程中，如果電量沒有全部放完就開始充電，下次再放電時，就不能放出全部電量。比如，鎳鎘電池只放出80%的電量后就開始充電，充足電后，該電池也只能放出80%的電量，這種現(xiàn)象稱為記憶效應。

三、常見故障及處理方法

（1）白色結(jié)晶：產(chǎn)生結(jié)晶的部位多在電池極柱和運行氣塞處，這是由于添加純水或電解液時液面過高，加之運行氣塞密封不嚴，對蓄電池充電時，電解液發(fā)生化學反應釋放熱量，溶液產(chǎn)生熱膨脹而溢出氣塞，日積月累，形成白色結(jié)晶。

處理方法：首先在添加純水和電解液時不要超過液面上線，一般我們要求三月檢時檢查液面，夏天可根據(jù)情況適當縮短時間，液面加到上下刻度3/4處。要緊固密封部位，預防電解液溢出氣塞;其次每隔2，3個月把運行氣塞擰開放在3%的硼酸水溶液或清水中浸泡，瀝干后，重新裝上，可達到預防的目的;最后對己產(chǎn)生的白色結(jié)晶，可用清水或3%的硼酸水揩擦干凈。對于蓋子有變形或裂紋的要及時更換。

（2）綠色銹蝕：產(chǎn)生綠色銹蝕的部位在極柱、跨接板及連接線頭處，這是因為極柱、跨接板和連接線頭均為裸導體，長期裸露在外，在潮濕環(huán)境中，銅與氧氣發(fā)生化學反應形成綠色銅銹。

處理方法：對極柱、跨接板及連接線頭產(chǎn)生的綠色銹蝕，首先要清除綠銹，最好是拆下來清潔，然后在接頭連接處涂上電力復合脂，取代以前常用的中性凡士林，因中性凡士林的滴點太低，容易流失，而電力復合脂滴點高達200℃左右，具有良好的導電和防腐性能。

（3）電壓過低：運行中測量某節(jié)電池電壓過低，說明該節(jié)電池放電較深或己老化;若該節(jié)電池電壓接近零，又不為零，首先看是不是接反了，很可能是這幾節(jié)電池極性接反了。對電池電壓太低且基本為零的電池，立即更換。若電池電壓較低，可以恢復其容量的，應對這些電池進行活化。

活化的方法：首先斷開充電回路，在放電饋出回路輸出端接上放電負載，放電電流應為電池額定容量的電流數(shù)值，合上放電開關至單支電池電壓為1.0V后，切斷放電負載，合上充電回路，按4小時充電制給電池充電，此即完成一個循環(huán)的電池活化工作，以此方法循環(huán)工作三次，即完成電池活化工作，能恢復電池基本性能。電池性能指標實現(xiàn)修復，以達到延長電池使用壽命的效果。

（4）容量下降：電池容量下降有兩種情況，一種情況是容量嚴重下降，且無法恢復;一種情況是容量下降較快，通過一系列科學的方法，可以恢復其性能。

處理方法：電池容量下降的，可以更換電解液，進行重新充、放電來恢復電池容量，并將無法恢復容量的電池更換掉。

四、充、放電工作注意事項

（1）電解液溫度超過35℃時，不宜充電，注入的電解液應冷卻到30℃以下，防止充電時電解液溫度升高過快。充電期間，特別是過充時，電解液中的水被電解，釋放出氫氣和氧氣，為防止爆炸，故室內(nèi)不得有明火。充電時電解液溫度在20℃時，按照規(guī)定的充電電流或電壓值充到規(guī)定時間，蓄電池充入的實際容量是合格電池額定容量。當溫度低于5℃或高于35℃時充電，此時充電容量達不到額定值。

（2）鎳鎘蓄電池電解液的密度在充、放電期間無變化，故密度不能作為蓄電池充電結(jié)束的標志，而應用充入容量和電壓來衡量。初充電時間達到產(chǎn)品的技術條件規(guī)定的充電時間，可認為充入容量達到要求，此時單節(jié)電池的電壓也應達到產(chǎn)品的技術條件的規(guī)定，才可認為充電結(jié)束。

（3）鎳鎘蓄電池在初充電時要經(jīng)過多次充放電循環(huán)才能達到額定容量，產(chǎn)品技術條件一般要求3-5次循環(huán)內(nèi)應達到其額定容量。

（4）堿性蓄電池在低溫狀態(tài)下的放電容量與它的電解液溫度有關，當溫度低于15℃時，其放出的容量比額定容量要小，在該溫度以下放電時，應按制造廠提供的該型蓄電池的修正系數(shù)進行修正。

（5）充電結(jié)束后，電解液的液面將會發(fā)生變化，為保證蓄電池的正常使用，需用蒸餾水或去離子水將液面調(diào)整至液面線規(guī)定處。

五、結(jié)束語

在延長電池壽命的同時為公司節(jié)約不菲的更新電池產(chǎn)生的采購費用。隨著國家加大環(huán)境保護力度，重污染的電池的報廢流程也勢必更加嚴格。通過活化電池也可以節(jié)約公司報廢電池產(chǎn)生的管理成本，并響應國家環(huán)保政策。