地铁车辆蓄电池的设计

2018-07-27杨一步张树颖王海娜

中国科技纵横 2018年10期

杨一步　张树颖　王海娜

摘要：本文根据蓄电池在地铁车辆上的供电要求和选用原则，对地铁车辆常用的两种蓄电池进行性能对比，确定了蓄电池类型。通过对地铁车辆所有的紧急负载功率进行统计，计算出蓄电池需要提供的总容量，确定蓄电池的型号和容量，为地铁车辆蓄电池的选型设计提供参考。

关键词：蓄电池；负载功率；选型；容量计算

中图分类号：U270.381 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）10-0054-02

1 概述

蓄电池是地铁车辆辅助系统中的重要设备，它主要在列车系统故障情况下为紧急通风、应急照明、门控和门驱动、控制系统、乘客信息系统等提供DC110V应急备用电源。应急电源在车辆故障时有着重大的影响，因此，蓄电池的设计至关重要。

蓄电池的可靠运行是车辆的安全保障，因此，合理选择蓄电池的种类、容量和参数对保证城轨车辆和乘客的安全极其重要。本文从蓄电池类型、使用环境、重量、体积、容量计算等方面介绍了地铁车辆蓄电池选型方法。

2 蓄电池技术要求

蓄电池作为地铁车辆辅助供电系统的重要组成部分，主要为列车激活和紧急负载供电。在选型时，首先应计算地铁车辆紧急负载功率，然后根据该功率的大小、地铁车辆的运用条件、电池的性能参数等条件计算蓄电池的容量。

地铁车辆蓄电池的选型一般遵从以下步骤：

（1）计算紧急情况下直流负载的总功率；（2）根据列车运行的环境条件，确定蓄电池种类；（3）考虑蓄电池的温度补偿系数、老化效率和充电效率，计算所选蓄电池的实际所需容量；（4）根据以上内容及蓄电池容量冗余设计，最终确定出蓄电池容量和蓄电池型号。

2.1 环境要求

在蓄电池组的选型和设计中，要充分考虑蓄电池对车辆运用环境的适应性，考虑蓄电池的可维护性、环境保护、人身安全防护性能，考虑蓄电池是否满足地铁车辆对体积和质量的要求等因素。

地铁车辆的运行环境条件如下：

环境温度：-10℃～+55℃，完全太阳辐射

相对湿度：夏天，45%；冬天，85%（含盐海水）

环境：多尘

降雨：24小时内200毫米

降雪：24小时内20毫米

最大風速：120公里/小时（等候时）

最大海拔高度：300m

气候条件：夏天炎热，冬天温和潮湿

2.2 紧急负载要求

紧急负载是地铁车辆在运营过程中最大的110V直流负载，紧急状态下完全由蓄电池供电。当无网压时，蓄电池在80%全充电状态下为客室应急照明、司机室照明、前照灯、紧急通风、广播、车门控制、列车控制等应急负载供电至少90分钟，包括前5分钟的完全照明，并保证列车开关一次车门。本项目除单独计算的负载外，车辆紧急状态下，DC110V直流负载总计为：P=11.87kW。

3 蓄电池选型设计

3.1 蓄电池类型确定

目前国内地铁项目中，蓄电池形式基本有两种，镉镍碱性电池和铅酸电池。两种蓄电池近年来在性能上均有很大改进，两种少维护型蓄电池均在城轨地铁领域获得应用。

在地铁车辆实际运营中，蓄电池组的可靠性尤为重要。两种蓄电池的性能特点，具体如表1所示。

由上表可以看出，铅酸蓄电池价格低，无记忆效应，但是镍镉碱性蓄电池在快充能力、放电深度、使用寿命、低温性能、耐过充过放电能力和可靠性方面具有更明显的优势。在相同容量下，相对铅酸蓄电池，镍镉蓄电池体积小，重量轻。

根据该项目对蓄电池的工作环境温度、重量、寿命的要求，采用镍镉蓄电池较合适，该项目电池类型确定为镍镉碱性蓄电池。

3.2 蓄电池容量计算

列车蓄电池在80%容量条件下供电不低于90min，单体放电截止电压不低于1.05V/只，根据该要求和蓄电池的特性计算蓄电池的容量如下：

蓄电池单体标称电压V=1.2V

蓄电池单体浮充电压V=1.5V

蓄电池的只数：80只

其浮充电电压为1.5×80=120V。