地铁车辆镍镉蓄电池的选型

摘要：在地铁车辆供电系统中，蓄电池作为车辆应急电源，在主直流110V 电源出现故障的情况下，为全部或部分直流110V负载。地铁车辆采用的蓄电池以镍镉和铅酸两种类型为主，文章以镍镉蓄电池为介绍对象，从蓄电池单体数量，容量等方面，对蓄电池选型因素进行分析，以说明如何对蓄电池进行选型。

关键词：镍镉蓄电池；单体数量；额定容量；充电性能；放电曲线

中图分类号：TM911文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）10-0091-02

一、单体数量

在地铁项目中，通常每列车会要求配置两套相同的蓄电池组，而每套蓄电池组的选型关键因数就是单体数量和容量。

蓄电池组总电压是由N个单位蓄电池串联构成的，本文将其中每个单位蓄电池定义为一个单体，它可以是单个蓄电池或多个并联的蓄电池。

就目前比较常用的观点，蓄电池组的单体数量是根据蓄电池组最低放电电压（用Umin表示）和单体终止放电电压（用Ef表示）进行确定，即单体数量=Umin/Ef，而单体的终止放电电压一般在1V。Umin是考虑线路压降后，将直流供电系统要求的最低工作电压值等效为蓄电池组最低放电电压值。例如，某项目要求直流系统的线路压降是7V，直流供电系统的最低电压是77V，则蓄电池组最低放电电压为84V。但是，由于在低温时，对蓄电池充电需进行温度补偿，以保证蓄电池最优的充电性能，因此按照此种方法选定的蓄电池组单体数量，在低温时，直流系统输出的电压值有可能低于蓄电池要求的充电电压，所以在直流系统电压不能达到要求时，也仅以直流系统最高电压对蓄电池组进行充电，对蓄电池而言，需要达到相同容量的时间更长。

考虑蓄电池的温度补偿充电电压要求，蓄电池组的单体数量选取与直流系统最高充电电压（用Umax表示）和单体的最高充电电压（Eh）有关，即蓄电池组的单体数量=Umax/Eh。通过这种计算方式得到的单体数量，可以保证系统的电压范围与蓄电池充电电压匹配。选取单体数量后，再根据蓄电池组最低放电电压（Umin）得到单体终止放电电压（用Ef表示），即Ef=Umin/（单体数量），但是需要注意，得到的单体最低放电电压不应过高，否则蓄电池的利用率较低。

二、额定容量C5

蓄电池的额定容量是一个电量的概念。它是指单个蓄电池，在+20℃时以5个小时的放电速率达到最后电压为1.0V时所放出的电量，以安时（Ah）表示。蓄电池的额定容量在蓄电池的选型中尤其突出，主要因为它是蓄电池相关性能的集中体现，包括单体数量、充电性能、放电性能、老化因素等。

蓄电池的容量均需要建立在蓄电池性能的基础上，主要是通过大量的试验获取相关的数据。对数据的利用，有的蓄电池生产商已经将其软件化，可以根据用户需要提供特定条件下的曲线。

额定容量的选取，第一输入参数是蓄电池供电负载功耗（P），时间（t）和蓄电池组放电平均电压值（U）。根据P，t，U，可以判定蓄电池组的放电倍率，以该放电倍率的曲线进行容量校核。蓄电池供电的负载种类较多，其中，车辆紧急通风的功耗对蓄电池的额定容量影响较大。

第二输入参数是蓄电池组的单体数量，它与额定容量是一组相辅相成的参数。数量越少，蓄电池单体终止放电电压越高，要满足相同负载供电的要求，蓄电池的额定容量就越大，但蓄电池的终止放电电压值应低于蓄电池放电稳定电压值，否则，蓄电池的利用率较低。

第三输入参数是性能参数，包括充电性能、放电性能、老化因素等，它们主要是作为蓄电池的冗余系数，为蓄电池最终容量的确定提供计算依据。本文以在某地铁项目使用的蓄电池的充电性能和放电性能为例进行说明。

如图1所示，在充电的后期，蓄电池的容量几乎恒定不变，而恒定值一般低于额定容量值。将实际值与额定容量百分比作为充电系数，成为选取额定容量的系数之一，以保证实际可用容量可以满足供电需求。

如图2所示，放电曲线主要是提供在特定的温度下，蓄电池以要求的放电倍率，达到设定的单体终止放电电压时，可以放出的容量百分比，将它作为蓄电池的放电系数，成为蓄电池额定容量选取系数之一。根据蓄电池在不同的温度下，放电性能的差异，温度越低，性能越差，所以选取蓄电池容量时，除常温放电曲线，还应注意参考最低环境温度的放电曲线特性，以取得较为合适的放电系数。

三、结论

综上所述，蓄电池选型时，车辆直流110V供电系统电压范围和蓄电池的性能对单体数量和额定容量的选取有着重要的影响。考虑最低温度电压补偿，直流供电系统最高电压决定最多的单体数量，而直流供电系统最低电压和单体的最低放电电压决定最少的单体数量。同时，蓄电池单体数量和容量是一组具有相辅相成的关系的参数。

参考文献

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

作者简介：赵正新（1985-），女，四川西昌人，南车南京浦镇车辆有限公司助理工程师，研究方向：地铁车辆供电系统。

（责任编辑：周加转）