楊永曉

摘要：天津現(xiàn)代電車供電形式采用接觸網(wǎng)供電與牽引電池包供電相結(jié)合的模式，但牽引電池包的相關(guān)運(yùn)營(yíng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)無(wú)參照、借鑒可循。本文結(jié)合現(xiàn)代電車的實(shí)際情況對(duì)電車電池包性能進(jìn)行分析，總結(jié)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，提出維護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：牽引電池包；現(xiàn)代電車；鎳氫電池

1 導(dǎo)言

天津現(xiàn)代電車是國(guó)內(nèi)首條100%低地板現(xiàn)代電車線路（2007年運(yùn)營(yíng)），采用單軌導(dǎo)向膠輪走行制式電車，供電方式為接觸網(wǎng)與牽引電池包相結(jié)合的模式，但國(guó)內(nèi)無(wú)牽引電池包的運(yùn)營(yíng)維護(hù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

2 現(xiàn)代電車牽引電池包

2.1 牽引電池包簡(jiǎn)介

牽引電池包主要由以下幾部分組成：

（1）鎳氫電池模組：采用SAFT公司的高功率鎳氫電池，放電功率可達(dá)180KW，放電電流可達(dá)到200A。其由44個(gè)12V鎳氫電池模塊（34 Ah）組成，單個(gè)12V鎳氫電池模塊由10支1.2V的小模塊串聯(lián)封裝而成。壽命如下：

① 5%充放電壽命：230，000次

② 20%充放電壽命：25，000次

③ 30%充放電壽命：20，000次

④ 50%充放電壽命：6，000次

⑤ 使用年限：6～8年

（2）電池組管理單元（BMC）：包括信號(hào)采集部分和邏輯控制部分。BMC對(duì)所采集的溫度、電壓、電流等信號(hào)進(jìn)行綜合判斷和分析，然后輸出控制信號(hào)給控制電路進(jìn)行相關(guān)操作。

（3）電池組溫度管理系統(tǒng)（BTMS）：在對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，同時(shí)，外界溫度較高時(shí)，電池溫度會(huì)超過(guò)電池的承受溫度，嚴(yán)重影響電池的性能并存在電池脹裂、短路起火的安全隱患。在冬季溫度較低時(shí)，電池的電化學(xué)性能降低，影響電池組的充放電特性。為保證電池組良好的工作，其溫度必須控制在一定范圍內(nèi)，此溫度管理系統(tǒng)起到了溫度控制的作用。

（4）各種傳感器以及信息采集卡。

2.2 牽引電池故障情況

（1）電池組模塊故障。其表現(xiàn)形式有模塊電壓低、充電溫度高，內(nèi)阻變大、爬堿嚴(yán)重、電池容量下降等，它們之間相互影響。

（2）電池組溫度管理系統(tǒng)（BTMS）故障。常見故障有制冷故障、加熱故障、循環(huán)故障、以及漏液等。

（3）電池組管理單元（BMC）故障。該系統(tǒng)故障直接導(dǎo)致牽引電池包無(wú)法工作。

（4）電池包充電器故障。

（5）各種傳感器以及信息采集卡故障。

3 現(xiàn)代電車電池包的維檢修研究

3.1 電池包模塊的理想檢修標(biāo)準(zhǔn)

（一）充放電

（1）充電溫度 充電時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)在10～40℃。環(huán)境溫度會(huì)影響充電效率，環(huán)境溫度在10～30℃時(shí)，充電效率最佳；環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，電池內(nèi)氣體吸收反應(yīng)不充分，造成電池內(nèi)壓升高，激活安全閥，電解液損耗；環(huán)境溫度高于40℃時(shí)，充電效率會(huì)下降，也會(huì)使電池性能惡化。

（2）涓流充電 在快速充電后可用0.03～0.05C電流進(jìn)行涓流充電。為避免涓流充電造成電池過(guò)充而使電池性能惡化，應(yīng)使用時(shí)間設(shè)定器。

（3）放電溫度 放電時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)在-10～45℃，放電電流影響電流效率。放電效率在0.1～2C之間效果最佳。

（4）放電 溫度在-10℃以下或45℃以上時(shí)，放電容量會(huì)下降。

（5）過(guò)放電 由于過(guò)放電會(huì)損壞電池特性，放電時(shí)要注意切斷電流。

（二）儲(chǔ)存與使用

（1）短期儲(chǔ)存 電池應(yīng)儲(chǔ)存在干燥、無(wú)腐蝕性氣體、溫度在-20℃～45℃之間的地方。電池儲(chǔ)存在相對(duì)濕度特別高或溫度低于-20℃或高于45℃的地方，會(huì)使電池的金屬部件生銹，電池泄露或有機(jī)材料部分收縮，從而影響電池性能和使用壽命。

（2）長(zhǎng)期儲(chǔ)存 由于長(zhǎng)期儲(chǔ)存會(huì)加速電池自放電和活性物質(zhì)鈍化，電池電壓和容量會(huì)下降，環(huán)境溫度為10～30℃之間比較合適。儲(chǔ)存時(shí)間超過(guò)一年時(shí)，至少充一次電，以避免自放電引起電池泄露或性能惡化。

（3）循環(huán)壽命 電池在正確使用條件下可循環(huán)使用1000次以上（100%充放電）。電池使用后期，電池內(nèi)阻增加，應(yīng)考慮電池末期失效生熱的安全問(wèn)題。

（4）正確充放電 為確保電池的安全使用，延長(zhǎng)電池的使用壽命，應(yīng)嚴(yán)格遵循電池的充放電使用條件。

3.2 電池包模塊的維護(hù)作業(yè)研究

（一）禁止事項(xiàng)

（1）拆卸 不要拆卸電池。電池內(nèi)部電解液為強(qiáng)堿性，會(huì)傷害皮膚和衣物，一旦拆開將無(wú)法再使用。

（2）短路 不要將電池短路。否則護(hù)損壞電池，并會(huì)生熱使電池燃燒。

（3）靠近火源或水源。電池太熱會(huì)使電池爆裂，放入水中電池會(huì)失效。

（4）電池極性反接 不要將電池正負(fù)極反接，否則會(huì)導(dǎo)致電池鼓脹或破裂。

（5）大電流過(guò)充和反極充電 不要將電池反極充電或大電流過(guò)充，否則會(huì)造成氣體快速產(chǎn)生，使電池內(nèi)壓增加，電池鼓脹或破裂。

（6）電池包短路 嚴(yán)禁電池包短路，由于電壓高，產(chǎn)生較大電流，短路時(shí)存在燃燒風(fēng)險(xiǎn)。

（7）新舊電池混用 應(yīng)避免新舊電池混用，性能的不同會(huì)使新電池不能發(fā)揮最佳的作用，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)造成新電池的不可恢復(fù)的傷害，縮短使用壽命。

（二）維護(hù)措施

制定并嚴(yán)格執(zhí)行《牽引電池包維護(hù)檢修規(guī)程》，主要包括以下內(nèi)容：

（1）每?jī)芍芟螺d電池包數(shù)據(jù)（BMC數(shù)據(jù)）。提前預(yù)判電池性能趨勢(shì)并及時(shí)對(duì)牽引電池包進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)。

（2）每月檢查BTMS液面高度。如其液面高度低于標(biāo)準(zhǔn)刻度，及時(shí)添加補(bǔ)充。

（3）每月對(duì)牽引電池包的清潔維護(hù)。電池包內(nèi)部和外部進(jìn)行吹掃，保證電池包的清潔狀況。

（4）每季度對(duì)牽引電池包進(jìn)行深度放充電維護(hù)。由于牽引電池包在正線或車輛段內(nèi)使用過(guò)程中，均為10%～20%左右的淺充放循環(huán)，存在一定的記憶效應(yīng)，須進(jìn)行深度充放電進(jìn)行緩解。

（5）每半年對(duì)BTMS進(jìn)行漏點(diǎn)檢測(cè)。對(duì)發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)進(jìn)行維修，確保制冷系統(tǒng)的良好工作。

（6）每年檢測(cè)牽引電池包的耐壓值并更換內(nèi)阻高于0.6mΩ電池。

（7）模塊維護(hù)。鎳氫電池自放電率約為每月約20%-30%，應(yīng)對(duì)備件電池以0.2～0.5C電流充電，并存放于10-30℃干燥環(huán)境中，保證模塊在庫(kù)存期間有足夠的電量，維持電池的最佳性能。同時(shí)，對(duì)于備件電池在使用前應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行多次充放電，激活其化學(xué)活性后再使用。

（8）中期延壽。對(duì)于使用4到5年的電池包，由于老化現(xiàn)象嚴(yán)重、化學(xué)活性降低、故障率較高，須進(jìn)行延壽工作，提高電池包中后期后期性能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐順余，高海鷗 《混合動(dòng)力汽車車用鎳氫動(dòng)力電池分析》.上汽股份汽車工程研究院，2005

[2] 唐有根，李文良《鎳氫電池》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007