摘要：在地鐵車輛供電系統(tǒng)中，蓄電池作為車輛應(yīng)急電源，在主直流110V 電源出現(xiàn)故障的情況下，為全部或部分直流110V負(fù)載。地鐵車輛采用的蓄電池以鎳鎘和鉛酸兩種類型為主，文章以鎳鎘蓄電池為介紹對象，從蓄電池單體數(shù)量，容量等方面，對蓄電池選型因素進(jìn)行分析，以說明如何對蓄電池進(jìn)行選型。

關(guān)鍵詞：鎳鎘蓄電池；單體數(shù)量；額定容量；充電性能；放電曲線

中圖分類號：TM911文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2012）10-0091-02

一、單體數(shù)量

在地鐵項目中，通常每列車會要求配置兩套相同的蓄電池組，而每套蓄電池組的選型關(guān)鍵因數(shù)就是單體數(shù)量和容量。

蓄電池組總電壓是由N個單位蓄電池串聯(lián)構(gòu)成的，本文將其中每個單位蓄電池定義為一個單體，它可以是單個蓄電池或多個并聯(lián)的蓄電池。

就目前比較常用的觀點，蓄電池組的單體數(shù)量是根據(jù)蓄電池組最低放電電壓（用Umin表示）和單體終止放電電壓（用Ef表示）進(jìn)行確定，即單體數(shù)量=Umin/Ef，而單體的終止放電電壓一般在1V。Umin是考慮線路壓降后，將直流供電系統(tǒng)要求的最低工作電壓值等效為蓄電池組最低放電電壓值。例如，某項目要求直流系統(tǒng)的線路壓降是7V，直流供電系統(tǒng)的最低電壓是77V，則蓄電池組最低放電電壓為84V。但是，由于在低溫時，對蓄電池充電需進(jìn)行溫度補償，以保證蓄電池最優(yōu)的充電性能，因此按照此種方法選定的蓄電池組單體數(shù)量，在低溫時，直流系統(tǒng)輸出的電壓值有可能低于蓄電池要求的充電電壓，所以在直流系統(tǒng)電壓不能達(dá)到要求時，也僅以直流系統(tǒng)最高電壓對蓄電池組進(jìn)行充電，對蓄電池而言，需要達(dá)到相同容量的時間更長。

考慮蓄電池的溫度補償充電電壓要求，蓄電池組的單體數(shù)量選取與直流系統(tǒng)最高充電電壓（用Umax表示）和單體的最高充電電壓（Eh）有關(guān)，即蓄電池組的單體數(shù)量=Umax/Eh。通過這種計算方式得到的單體數(shù)量，可以保證系統(tǒng)的電壓范圍與蓄電池充電電壓匹配。選取單體數(shù)量后，再根據(jù)蓄電池組最低放電電壓（Umin）得到單體終止放電電壓（用Ef表示），即Ef=Umin/（單體數(shù)量），但是需要注意，得到的單體最低放電電壓不應(yīng)過高，否則蓄電池的利用率較低。

二、額定容量C5

蓄電池的額定容量是一個電量的概念。它是指單個蓄電池，在+20℃時以5個小時的放電速率達(dá)到最后電壓為1.0V時所放出的電量，以安時（Ah）表示。蓄電池的額定容量在蓄電池的選型中尤其突出，主要因為它是蓄電池相關(guān)性能的集中體現(xiàn)，包括單體數(shù)量、充電性能、放電性能、老化因素等。

蓄電池的容量均需要建立在蓄電池性能的基礎(chǔ)上，主要是通過大量的試驗獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)的利用，有的蓄電池生產(chǎn)商已經(jīng)將其軟件化，可以根據(jù)用戶需要提供特定條件下的曲線。

額定容量的選取，第一輸入?yún)?shù)是蓄電池供電負(fù)載功耗（P），時間（t）和蓄電池組放電平均電壓值（U）。根據(jù)P，t，U，可以判定蓄電池組的放電倍率，以該放電倍率的曲線進(jìn)行容量校核。蓄電池供電的負(fù)載種類較多，其中，車輛緊急通風(fēng)的功耗對蓄電池的額定容量影響較大。

第二輸入?yún)?shù)是蓄電池組的單體數(shù)量，它與額定容量是一組相輔相成的參數(shù)。數(shù)量越少，蓄電池單體終止放電電壓越高，要滿足相同負(fù)載供電的要求，蓄電池的額定容量就越大，但蓄電池的終止放電電壓值應(yīng)低于蓄電池放電穩(wěn)定電壓值，否則，蓄電池的利用率較低。

第三輸入?yún)?shù)是性能參數(shù)，包括充電性能、放電性能、老化因素等，它們主要是作為蓄電池的冗余系數(shù)，為蓄電池最終容量的確定提供計算依據(jù)。本文以在某地鐵項目使用的蓄電池的充電性能和放電性能為例進(jìn)行說明。

如圖1所示，在充電的后期，蓄電池的容量幾乎恒定不變，而恒定值一般低于額定容量值。將實際值與額定容量百分比作為充電系數(shù)，成為選取額定容量的系數(shù)之一，以保證實際可用容量可以滿足供電需求。

如圖2所示，放電曲線主要是提供在特定的溫度下，蓄電池以要求的放電倍率，達(dá)到設(shè)定的單體終止放電電壓時，可以放出的容量百分比，將它作為蓄電池的放電系數(shù)，成為蓄電池額定容量選取系數(shù)之一。根據(jù)蓄電池在不同的溫度下，放電性能的差異，溫度越低，性能越差，所以選取蓄電池容量時，除常溫放電曲線，還應(yīng)注意參考最低環(huán)境溫度的放電曲線特性，以取得較為合適的放電系數(shù)。

三、結(jié)論

綜上所述，蓄電池選型時，車輛直流110V供電系統(tǒng)電壓范圍和蓄電池的性能對單體數(shù)量和額定容量的選取有著重要的影響?？紤]最低溫度電壓補償，直流供電系統(tǒng)最高電壓決定最多的單體數(shù)量，而直流供電系統(tǒng)最低電壓和單體的最低放電電壓決定最少的單體數(shù)量。同時，蓄電池單體數(shù)量和容量是一組具有相輔相成的關(guān)系的參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]IEC 60623 2001 Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes Vented nickel-cadmium prismatic rechargeable single cells.

作者簡介：趙正新（1985-），女，四川西昌人，南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司助理工程師，研究方向：地鐵車輛供電系統(tǒng)。

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