城市轨道车辆蓄电池选型分析

童安蓉

摘 要：蓄电池是城市轨道列车辅助供电系统的重要设备，作为紧急负载供电电源，满足乘客安全 逃生与列车供电需求，保障列车主要控制系统的安全、稳定。文章对蓄电池容量、类型以及蓄电池组电压、组个数等参数进行了详细论述，对蓄电池选型因素进行分析。

关键词：城市轨道列车 蓄电池 容量 选型

引言

城市轨道列车蓄电池容量及类型的确定，在现代城市轨道列车辅助供电系统设计中扮演着一个非常重要的角色，它主要为控制系统及其他弱电系统提供动力[1]。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）在无网压或辅助逆变器及充电机故障情况时，为城市轨道列车紧急照明系统、所有与安全有关的控制系统、全部通信设备，包括广播系统、无线电通讯系统等，以及在列车故障情况下紧急通风设备等提供紧急供电电源，满足乘客安全逃生的需要[2]。

一、蓄电池容量选取依据

蓄电池理论总容量C5计算公式如下：

影响城市轨道列车蓄电池的因素主要有：低温影响系数、老化系数、充电系数、大电流放电系数。

最后，将修正后的计算结果比照蓄电池生产厂家的产品系列标准，选定蓄电池产品的容量。

二、蓄电池串联数量的选取依据

蓄电池串联数量的选取要根据蓄电池单体电压和系统额定电压而定。根据以往设计经验，结合蓄电池行业设计规范， 对蓄电池进行选择。碱性蓄电池按Uj=1.33V/节计算，则需要选取的蓄电池数量为：

N=Ue/Uj=Ue/1.33 （2）

酸性蓄电池按Us=2.2V/节计算，则需要选取的 蓄电池数量为：

N=Ue/Us=Ue/2.2（3）

然后取整数。

以上介绍的蓄电池串联数量的选择为DC110V系统的一般选择方法，在实际应用中可根据功率、布局、充电范围等做微调。

三、蓄电池容量计算

以泰国绿线项目为例，根据公式：N=Ue/Uj =110/

1.33=82.7取整数 83 节，根据我国的国情和使用习惯，83 节电池不好布置，增加1节，取 84 节，则平均总电压U=1.2×84=100.8 V。

根据表1，紧急负载的总功率P1=28.4657kW（包括开关门功耗）；启动负载的功率 P2=16.1457 kW；一次开/关门的功耗P3=12.32 kW。设紧急放电时间 T1=60 min，一次开/关门的时间 T2=3 s，列车激活时 间T3=5 min。蓄电池在较低温度下工作时，电性能降低；在较高的温度下工作，电性能变化较小。根据泰国曼谷气候条件（最低温为5℃）及经验选取低温影响系数为 K1=0.95。选取老化系数为K2=0.8。根据蓄电池供应商的充放电试验及经验，选取充电系数为K3=0.95。选取大电流放电系数为 K4=0.935。根据式（1），可得紧急负载所需蓄电池总容量为：

C5I=（P1-P3）/U×T1=（28.4657-16.1457）/100.8×60/60 =122.2Ah

一次开关门所需容量为：C5II=P3/U×2T2=16.1457/100.8×6/3600=0.2667 Ah

列车激活所需容量为：C5III=P2/U×T3=16.1457/

100.8×5/60=13.347 Ah

总负载理论容量为：C5总=C5I+C5II+C5III=122.2+0.2667+13.347=135.814Ah

考虑各种系数，总负载蓄电池实际总容量为：

C5=C5总/K1/K2/K3/K4=135.8137/0.95/0.8/0.85/0.935= 224.8534 Ah

每组蓄电池容量为C=C5/2=224.8534/2=112.43Ah。

考虑留一定裕量，并根据蓄电池供应商型号选取蓄电池容量 C=145 Ah。

四、模拟放电验证蓄电池选型

软件可以提供所选蓄电池在车辆紧急负载工况下放电60min的模拟放电曲线，如图1-2所示。从图1可以看出，设备最小电压为91V，远大于合同要求的77V。电压余量很大。从图2可以看出，可获得的容量為67%，放电深度为59%，因此还有8%的余量。由此可以验证所选145Ah的蓄电池完全可以满足车辆紧急负载的供电需求。

结束语

本文对城市轨道列车蓄电池的选型进行分析研究，并以泰国绿线项目为例，对蓄电池选型过程进行分析和计算，已经装车使用，并且状态良好，充分证明蓄电池选型对城市轨道列车辅助供电系统的重要性。

参考文献：

[1] 石彩霞.城市轨道列车蓄电池选型分析 [J]. 电力机车与城轨车辆，2018（3）：82-91.

[2] 查小菲.地铁车辆供电蓄电池合理选型分析 [J]. 中国新技术新产品，2013（5）：148-149.

[3] 王庆召.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（2）：33-34.