地铁车辆蓄电池选型分析及建议

陈兴星 张 吉

沈阳地铁集团有限公司运营分公司

地铁车辆蓄电池选型分析及建议

陈兴星 张 吉

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地铁车辆电气系统设计中，蓄电池是地铁车辆辅助系统中的重要设备，蓄电池型号及参数的确定是电气系统设计流程中的一个重要的组成部分。蓄电池作为紧急负载供电电源，有着重要的作用，基于此，本文将着重分析探讨地铁车辆蓄电池选型，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

地铁车辆；蓄电池；选型

1 地铁车辆蓄电池主要功能

1.1 车辆在运行过程中在列车启动前激活各控制系统，同时为辅助逆变器提供控制电源。在线路电网无网压或带充电机的辅助逆变器全故障不工作情况下，蓄电池为车上应急照明、与安全有关的网络控制系统、车辆的全部通信设备（包括PIDS、广播、无线电等）以及紧急通风设备、门控设备等提供紧急供电电源，维持规定的紧急供电时间，满足乘客安全逃生与供电需求。

1.2 在降弓状态下为地铁车辆DC110V（以B型地铁为例）控制电路、照明、网络控制系统、PIDS系统等低压设备提供DC110V电源，保证地铁车辆升弓并投入工作。

1.3 地铁车辆正常运行中，蓄电池和辅助逆变器的充电机共同为DC110V控制母线供电，起到滤波作用，降低控制母线电源的纹波系数，提高母线电源的质量。因此，正确选用蓄电池型号、组个数、确定其参数，对地铁车辆辅助供电系统的设计有重要的意义。

2 地铁车辆蓄电池选型原则

蓄电池作为紧急负载供电电源，其主要作用如下:1)在列车启动前激活各控制系统，同时为辅助逆变器提供控制电源。2)列车在无网压时，蓄电池的容量能够为紧急照明、紧急通风、火灾和烟雾探测系统、门控设备、无线电、公共广播系统、信息显示系统、视频监控系统及列车各控制系统供电，维持上述系统运行规定的紧急供电时间。满足乘客安全逃生与列车供电需求。

地铁车辆蓄电池的选型一般从以下三个方面考虑:1)首先，确定蓄电池类型为镍镉蓄电池还是铅酸蓄电池。目前，地铁车辆用蓄电池主要分为镍镉蓄电池和铅酸蓄电池两种类型。两种类型电池的性能比较如下:铅酸蓄电池性能特点:铅酸蓄电池购置成本低，无记忆效应，无需加液，寿命为8～10年，更换成本高，体积大，重量大，适应环境温度(－40℃～+55℃)。镍镉蓄电池性能特点:镍镉蓄电池购置成本高，有记忆效应，需加蒸馏水，可快速充电，寿命为10～15年，更换成本低，体积小，重量轻，适应环境温度(－40℃～+60℃)。根据车辆运用条件及车辆采购合同对蓄电池寿命、及是否免加液等的要求，结合以上两种蓄电池的性能特点可以确定蓄电池类型为镍镉蓄电池还是铅酸蓄电池。2)按照车辆采购合同要求计算紧急负载的总功率。3)计算蓄电池单体数量及蓄电池容量。最终结合容量计算结果，选择与车辆合同要求相同或相似的环境中有成熟的运用业绩的蓄电池型号。

3 地铁车辆蓄电池选型分析

3.1 胶体铅酸蓄电池

胶体铅酸蓄电池由金属铅和硫酸为主要材料制作而成，化学反应方程式如下：

胶体铅酸蓄电池采用二氧化硅与硫酸液配制而成的胶体作为电解质，使用过程中不会产生酸雾，减小了内压，安全性较高；单体蓄电池额定电压及容量较高，自放电率低；对使用环境无污染，可避免废水、废电解液的产生，废旧电池可合法持证且有价回收，整体回收不会造成二次污染；胶体铅酸蓄电池可以卧放工作，可大大减小车载蓄电池体积及重量，降低车辆能耗。

3.2 镉镍蓄电池

正极板是将镍粉末用高温烧结为多孔性的导电板，以氢氧化镍作为活性物质。负极板是用加强筋制造的膏涂敷多孔性的导电板，以氢氧化镉作为活性物质。化学反应方程式如下：

镉镍碱性蓄电池耐过充或过放能力较强，即使亏电到零电压恢复后还能正常使用。该蓄电池中的极板不参与化学反应，极板长期使用后不会变薄，但会产生碳酸盐，影响离子在电解液中的运动，长期使用后会使蓄电池内阻加大；电解质中的水参与化学反应，一方面会分解为氢气及氧气，增大内压，存在一定的安全隐患，另一方面会使电解液水份缺失，需要定时补水，维护工作量较大；长时间使用后蓄电池液口栓盖处会出现爬碱现象，易引起短路。

3.3 蓄电池性能比较

胶体铅酸蓄电池额定电压及容量较高，自放电率低，长期使用后内阻变化小；不需补水，后期维护工作量小；回收率高，环境污染小；蓄电池使用过程中不会产生酸雾，内压稳定，提高了安全性；可以大大减小车载蓄电池体积，总重量也会有所减小，降低车辆能耗。

3.4 成本分析

由于两种蓄电池使用材料、使用寿命及维护保养工作都不同，因此需要对比地铁车辆生命周期内的总运行成本。镉镍碱性蓄电池的一次性采购成本比胶体铅酸蓄电池高约1/10，循环寿命是胶体铅酸蓄电池的1.2～1.25倍，因此采用胶体铅酸蓄电池采购成本略低。

总而言之，蓄电池在地铁车辆辅助供电系统中是一个重要设备，它作为列车控制设备和各种应急照明的备用电源，保障列车主要控制系统的安全、稳定。地铁车辆电气系统设计中，蓄电池组参数的确定及电池箱的设计是电气系统中一个比较重要的子系统，为保证整体工程效率，就要求我们在以后的实际工作中必须对其实现进一步研究探讨。

[1]王庆召，刘东广.深圳地铁5号线车辆蓄电池的选型分析[J].电力机车与城轨车辆，2011，02:33-34.

[2]唐志侬.地铁列车常用蓄电池技术经济性分析及选型建议[J].现代城市轨道交通，2014，01:56-62.