關于延長鐵路客車蓄電池使用壽命的探討

袁曉

摘 要：鐵路運用客車上使用的蓄電池作為啟動和后備應急電源，對客車的安全運行起著十分重要的作用。本文針對如何延長運用客車蓄電池的使用壽命進行了研究和探討，根據現有標準提出了客車運用維修部門可行的措施，具有指導作用。

關鍵詞：延長;蓄電池;壽命;措施

前言

電池是一種電源和儲能裝置，主要用作旅客列車的電源，啟動電源和備用電源，在旅客列車的安全運行中起著非常重要的作用。當前，乘用車中使用的電池的主要類型是鉛酸電池，堿性電池和免維護電池。免維護電池具有充電容量大，充電接受性強，安全性高，密封性好，免維護的特點，因此在客運列車上得到了普及。受操作條件和地面檢修條件的限制，電池的容量和使用壽命與設計要求有很大不同。提高電池的容量和使用壽命并最大程度地提高電池的性能，是電池操作和維護中非常重要的環節。本文總結了乘用車應用部門在電池日常運行和維護中積累的經驗和教訓，并提出了針對性的對策，以提高電池的使用壽命。

1.電池的工作原理

鉛酸電池在充電和放電期間會產生以下反應：

在電池充電的后期，從正極釋放氧氣，從負極釋放氫氣。當前使用的閥控式密封鉛酸電池使用無銻合金來增加負電極上析氫的超電勢，從而抑制了氫的沉淀。使用安全閥將電池內保持一定的內部壓力;使用超細玻璃纖維分離器使用陰極吸收技術，通過稀釋液設計，在正極板和負極板之間以及分離器中保留了一條氣體通道。在充電過程中，當正極板產生氧氣時，氧氣會沿著氣體通道轉移到負極板，并且在放出氫氣之前，它與海綿狀鉛起如下反應：

氧氣被重組為H2O，然后返回系統以實現電池內部氧氣的循環重組。負電極還由于生成PbSO4而降低了極化電勢，因此負電極不會放出氫。因此，可以在無需維護的情況下密封閥控式密封鉛酸蓄電池。

2.影響電池性能和壽命的原因分析

電池的充放電過程是電化學反應過程。硫酸鉛在充電過程中變為氧化鉛，而氧化鉛在放電過程中還原為硫酸鉛。硫酸鉛是一種非常容易結晶的物質。當電池電解液中硫酸鉛的濃度過高或靜態閑置時間過長時，會形成小晶體。這些小晶體將吸引周圍的硫酸鉛，其行為就像雪球形成大的惰性晶體。結晶的硫酸鉛不僅在充電過程中不再被還原成氧化鉛，而且還會沉淀并附著在電極板上，導致電極板的工作面積減小。這種現象稱為硫酸化，通常稱為老化。此時，電池的容量將逐漸減少，直到無法使用為止。當大量硫酸鉛積聚時，它將吸引鉛顆粒形成鉛分支。正負極板之間的橋將導致電池短路。如果電極板或密封塑料盒的表面有縫隙，則硫酸鉛晶體會積聚在這些縫隙中并產生膨脹張力，這最終會導致電極板折斷或外殼破裂，從而導致無法修復的物理現象，造成損壞電池。因此，導致電池故障和損壞的主要機理是硫酸鹽化，而硫酸鹽化本身是無法避免的。

2.1電池硫酸化的原因分析

只要是鉛酸電池，在使用過程中就會發生硫酸鹽化或老化。在電池的實際使用中使電池硫酸化的主要原因是：①電池放電后無法及時充電，在此期間會形成大的硫酸鉛晶體。此現象在所有深放電電池中均會發生，并且在電池放電12小時后會形成大的硫酸鉛晶體。 ②深循環電池中硫酸的比重較大，容易形成硫酸化條件。 ③閥控密封鉛酸蓄電池標準設計的負極容量比正極容量大10%。帶有負極過渡層的密封電池充電100%后，仍然會有許多未被還原的硫酸鉛晶體，形成大量的硫酸鉛晶體的“種子”，一旦滿足其他條件，就很容易形成較大的硫酸鉛晶體。 ④正極板的容量減少后，負極板無法完全還原，成為硫酸鉛晶體逐漸生長的形成條件。可以看出，在任何深循環電池的正常使用中，硫酸化都是不可避免的。電池一旦被硫酸化，不僅會降低電池負極板的容量，還會增加水的流失和正極板的軟化，這會影響整個電池的使用壽命。

（1）電池熱失控的原因分析。閥控式鉛酸電池具有良好的氧氣循環特性，因此可以減輕電池的水分流失。然而，電池的氧氣循環也是一把雙刃劍，其副作用是氧氣循環產生的高熱量非常容易引起熱失控。所有熱失控僅在充電過程中產生，因此充電器的選擇和位置非常重要。充電和放電作為電池接地維護的關鍵部分，在安全可靠地使用電池方面起著至關重要的作用。合理的充電和放電過程可以獲得電池的高充電容量，延長使用壽命。

（2）分析電池單元差異的原因。即使嚴格地組裝電池，許多因素也會引起串聯電池組中的單電池之間的差異，從而使同一組電池的單體性能具有更大的分散性。造成這種現象的主要原因是：電池自放電的差異，排氣壓力的差異，硫酸比重的差異，水分損失的差異以及制造工藝的差異。差異發生后，電池的容量將擴大。解決電池單體之間差異的最佳方法是簡單地為每個電池單體充電，而正是這一點在應用工作中很難實現。同時，還需要注意每個單元的恒定電壓值的差異。并行充電是消除這種差異的一種好方法，但是并行充電時每個電池的充電電流會有所不同，因此充滿電的時間會有所不同。

3.維修中提高電池容量和使用壽命的對策探討

基于以上分析，可以采用以下幾種方法來延長電池的使用壽命：

3.1關于電池和充電設備的選擇

購買優質電池。在電池的選擇和購買過程中，有必要充分了解制造商的制造過程，制造過程和質量控制方法。含銻鎘合金的電池在使用后期會由于正極板中的銻而擴散到負極板，并且電池會嚴重失水，從而容易發生熱失控。玻璃纖維隔板必須由低堿棉制成。使用一年后，高堿棉可能會變得渾濁，這將導致電池的氣體化合物通道消失，并且電池壽命將終止。電池中酸的比重不能太高或太低。具有高比重的酸將增加電池的容量，但會極大地加劇電極板的腐蝕。電池的自放電越低越好。低自放電意味著它使用高質量和純凈的原材料，并且生產過程受到嚴格管理。

選擇合適的充電器。最好選擇具有實時監控和智能管理功能的充電器。智能充電器的使用率高于現有充電器。充電器可以實時準確地測量充電過程中以及終止充電時的電池電壓。離線，并記錄相應的曲線，有效地控制了單電池的過充和過放。由于電池充電和放電系統實際上是一個實時檢測和控制系統，因此需要檢測電池充電和放電過程中的多個參數，例如單節電池電壓，總電池電壓，電流，容量（時間），環境溫度等。其中，單電池電壓檢測是最關鍵的。因為在電池的充電和放電過程中，尤其是在后期的充電和放電階段，電池單元端子電壓連續變化，所以電池端子電壓迅速變化。如果使用手動測量，則難以保證其實時性或準確性。

3.2安裝和使用電池時

在安裝和拆卸電池時要嚴格防止短路。

每個電池的正極連接到正極，負極和負極連接的長度應盡可能一致，并且在處理過程中應卸下電池連接電纜，以在大電流放電期間保持電池組之間的工作平衡。不同容量的蓄電池不能同時使用，同一組蓄電池的容量應相同。請勿在未使用的新電池中預先添加電解液。已添加了電解液但未使用的電池應定期充電。長期存放將不可避免地導致硫酸鉛板硬化。

電池操作期間應進行維護。由于單個電池的不平衡對電池組的影響更大，因此浮動電壓的下限可用于浮動充電。定期檢查電池外殼是否變形和受熱，仔細檢查空氣插頭周圍是否有斑點，并確定空氣插頭是否擰緊或損壞。電池的電解液液位應保持在一定高度。電解液液位必須在浮標上顯示的上下刻度之間。請注意，在電池充電時應添加蒸餾水，以確保電解質混合更加均勻。液位不應太高，以防止在充電和放電過程中電解液溢出。及時清理電池接線和表面。應及時進行日常檢查和維護，以確保電池排列整齊，外殼沒有破裂或變形，連接線沒有松動，硫化或脫焊。定期檢查電解液的密度。每兩個月測試一次電池的比重，并在電池比規定值低時進行更新。不建議在現有車輛中調節電解液的比重。列車抵達后或充電狀態結束后30分鐘，應檢查同一組中電池的相對重量。定期進行補充充電，每兩個月對電池電壓進行逐塊測試，以確保同一組的最大容量差異與平均值之比小于10%。在電動負載控制乘用車的操作過程中，乘用車的電池是主要照明電池。冬天來臨時，東北地區應與客運部門積極溝通，以免長時間放電，并導致電池電壓過低而影響火車的供電。

參考文獻：

[1] 韋恩. 關于如何延長新能源汽車電池的使用壽命分析[J]. 大眾標準化， 2020， No.335（24）：62-63.

[2] 趙軍業， 張強. 延長電機車蓄電池使用壽命的探討與研究[J]. 科海故事博覽·科技探索， 2010， 000（012）：123-123，115.

[3] 沙永香， 黃斌， 沈曉衛，等. 48V60Ah鐵路客車用鋰離子蓄電池組的研發[C]// 第七屆中國國際電池電源系統先進技術與市場高峰研討會. 2009.

（青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司，山東 青島 266000）