轨道车蓄电池组亏电故障的诊断分析

苏 鹏

（国能新朔铁路有限责任公司供电分公司，内蒙古鄂尔多斯 010300）

0 引言

我国被誉为基建强国，在道路交通运输以及人们出行生活等基本设施的建设方面，我国投入了大量的人力物力和财力资源，促成了现在四通八达的交通网络体系，轨道交通作为连接各个城市之间的桥梁，轨道交通运输促进货币的流通，推动城市的经济发展。轨道车的主要作用为运输货物，是铁路部门施工部门用于执行任务时用到的主要交通工具。在道路交通事业发展前期应用较多的为机械传动轨道车，随着现代动力装置的不断推进，轨道车已经由机械传动发展为电传动，目前的电传动轨道车数量较少，应用最多的为机械传动。

轨道车作为常见的机车类型，有负责铁路运输的轨道车辆，也有负责载客的城市内部轨道交通车，主要有电力机车、内燃机车、铁路客车、地铁等。其主要构成部位是相同的，车体、车门系统、车体连接装置、制动系统、电力牵引系统、空调和通风系统、辅助电源系统、列车通信系统、列车控制系统与列车监控系统。蓄电池是电传动中必要的一个装置，蓄电池拥有可逆的电—化学能量转换功能，是能够进行放电、充电多次循环使用的直流电装置，充电时蓄电池将电能转换为化学能储存起来，放电时又可以将化学能转换为直流电将电能释放出来。除了用于电动机器的供电能源外，蓄电池储存的电量还可以用来给启动机提供强大的启动电流，为车内车用电器，例如音响系统、照明系统等提供电量。我国目前对于蓄电池的功能正在着力研究中，电能将用于多个行业领域的供电系统中，重点研究将其他新能源转换为电能的技术与方法，并将转换技术应用于新能源行业中，扩大其应用范围，减少化学燃料的燃烧。

1 轨道车蓄电池的应用现状

轨道车辆内部多个系统中都需要配置可靠性较强、不间断供电的电源系统，这些电源系统需要配备大量的蓄电池。蓄电池可以为高铁、地铁等轨道车辆提供应急照明，提供基础的电力支持，保证基础的车辆运行机制的应用。当前蓄电池的应用主要为铅酸蓄电池和镍镉碱性蓄电池，其中铅酸蓄电池是应用范围最广、产量最大的一种，也是轨道交通车辆运用最多的一种蓄电池。随着城市化进程的加快，轨道交通车辆将会越来越多，尤其是在城市内部轨道交通车辆的应用中，蓄电池作为主要的配件，会被广泛应用于行业中。未来会对蓄电池展开分类研究，不同用途的轨道交通车辆、不同系统对于供电的需求，根据其主要功能研究专类用途的蓄电池。

2 导致轨道车蓄电池组亏电故障的原因

2.1 电气系统回路接线有误

现代化轨道交通车辆在保证平稳运行的前提下还要提供人们安全舒适的乘坐体验，电气系统作为轨道车辆中最重要的构成体系之一，现代化轨道交通车辆应用PLC 控制技术对电气系统进行管理控制，其信息化和智能化技术水平较高。电气系统中存在数量较多且布线复杂的电缆，现代布线工艺在传统布线工艺的前提下技术有所提升，操作更加智能化、现代化。相关工作人员提前安装好电气柜、线管、设备零部件和线槽等，确定电缆长度及规格型号，随后进行安装，现代安装方法是基于传统布线的方法之上按照模块式的方式展开布线。电气系统的回路中会存在很多不同长度、不同型号的电缆，若存在电缆搭错的失误，很有可能导致整个电气系统不能正常运行。电气系统出现故障，蓄电池在供电时无法正常输出，无法进行化学能—电能的转换。

2.2 充电机容量选型过小

充电机作为蓄电池组充电的装置，其容量大小、选型等也会影响蓄电池组的正常运用，在选择充电机规格时应根据输出电量的值、蓄电池组的大小规格确定充电机的容量选型。通过计算蓄电池组的充电电压，进而确定充电机电压，其计算公式为电池节数×每节电池的电压数，比如蓄电池组是5 节12 V 的电池，充电电压就是5×12＝60 V，应当选择60 V 的充电机。充电机的电流计算公式为每节电池的安时数，乘以0.15～0.18，即是充电电流。目前市场上充电机的规格类型较多，在选择充电机类型时要考虑多方面的影响因素。轨道车蓄电池组的充电机容量过小，在运行过程中可能因为充电量过小导致蓄电池组的亏电故障。

2.3 充电机质量问题

目前市场上有各种不同规格型号的充电机，其质量也参差不齐，在选择充电机时尽量选择大品牌充电机，大品牌充电机对内部充电曲线有着严格的要求，机械式充电机适用于要求不高的加液电池，而新能源行业的电动车充电机主要是智能电子充电机。质量不高的充电机其内部充电曲线在长时间使用后出现断裂或者错乱的情况，导致充电机无法正常使用，无法为蓄电池提供电量。因此，充电机的自身质量出现问题也会导致蓄电池组的亏电故障。

2.4 蓄电池组容量选型过小

蓄电池的容量选型必须满足轨道车运行的要求，轨道车需要根据用电需求进行计算，最终得出适用的蓄电池组容量选型大小，计算公式为（实际输出功率/电池电压）×延时时间=蓄电池组总容量。轨道车蓄电池组容量选型过小，比如电池组浮充电压设置低，导致电池组浮充充电不足，蓄电池组在放电时就不能放出额定容量，电压过低导致蓄电池组亏电，不能满足自放电和氧循环的需要，如果放出的额定电压过高，则会损失电解液，缩短电池的寿命。因此在蓄电池组在发生亏电故障时要考虑是否因其容量选型太小导致的。

2.5 蓄电池组质量问题

当蓄电池组出现亏电故障时要考虑其电池设备是否存在质量问题，如果是电池内部硫化过快，加快电池使用寿命的衰减，则会出现电池鼓包或续航不够的问题。因此，当蓄电池组出现亏电故障时要考虑其内部是否出现质量问题。

2.6 充电机等相关电缆破损

电缆作为电能传输装置，充电机的电能输送都是依靠电缆，如果在电能输送的过程中电缆出现破损，会导致充电机向蓄电池组输送的电能无法到达，蓄电池无法储蓄电能能量，进而导致蓄电池组出现亏电故障。因而，在蓄电池组出现亏电故障时需要检查其运送电能的电缆装置是否出现破损，阻断电能输送。

3 实验验证分析

3.1 电气系统回路检查

针对导致亏电故障出现的可能因素有多种，在亏电故障相关仪器设备检查时需要逐一进行排查。首先是电气系统回路检查，电气系统内部组成的各个部分都需要打开进行检查，打开整个车厢内部的电气接线板、直流电器柜进行检查，对构成电气系统的元器件要进行逐一排查，如端子排、断路器、微机控制器、DC/DC 电源模块、PWM 油门输出控制器、中间继电器等，看其是否处于正常工作对状态，对电气系统内部的供电线路也要进行检查，有无错接、漏接、虚接的现象，接地线是否安装牢靠稳固等。最后是检查电气系统司机面板控制部位的按键是否存在问题，对所有功能按键进行静态测试，看其是否存在异常。

3.2 充电机容量选型检查

充电机容量选型的检查要通过计算分析来得出，充电机有其额定功率、额定电压和额定电流，计算轨道车充电机所需要的实际功率，看其是否超出现有充电机最大的功率、额定电压及额定电流值，轨道车所使用的实际功率以不超过其最大使用功率为主，核查是否满足轨道车实际用电需求。以轨道车冬季夜间所使用的电气系统各个元件使用功率为准（表1），判断其实际使用功率是否超出充电机最大功率。经过计算分析后排除充电机容量选型这一影响因素。

表1 负载功率

3.3 充电机质量检查

针对充电机质量导致其蓄电池组亏电故障的问题，对充电机质量进行检查，包括检查充电机外观是否出现损坏，有无碰撞变色的痕迹，充电机发电电缆的接线处连接是否正常稳固，电缆上方有一压接电缆的螺栓，看其是否出现松动，以上检查便可判断充电机质量是否存在故障问题。判断充电机是否出现电气故障，需要用钳形多用表检测充电机在不同运行状态下的发电数据，从而判断是否出现故障，发电机各个部位的发电数据见表2。可以计算出充电机在工作状态下的最低输出电压值，通过数据来判断当前充电机是否处于正常工作的状态。

表2 充电机发电数据

3.4 蓄电池容量选型检查

蓄电池的容量选型需要根据整个轨道车所需要的电池容量大小，通过计算可获得整个轨道车所需要的电池容量大小，同时轨道车在不同状态下所需要的电力能量大小是不同的，因此要计算轨道车在不同状态下的电力需求大小，比如整个轨道车所需要的供电电压值、最大启动电流值、一次启动所需要的容量值、5 次启动所需要的容量、轨道车应急供电所需要的容量值以及蓄电池的基础容量等。通过以上计算数值的综合计算可以得出最终的容量值，并通过最终容量值的确定来选择合理大小的蓄电池容量。而当蓄电池容量过小时无法满足轨道车在启用发动过程中所需要的电流和电压值。

3.5 蓄电池组的质量检查

蓄电池组的质量问题检查包括检查其外部壳盖有无损坏，并详细检查每只蓄电池的开路电压是否处于正常工作的状态，同时检查蓄电池有无破裂、鼓胀、漏液的现象，安装的螺栓有无松动的情况，蓄电池的液面是否处于正常范围值。在选择蓄电池组时应当选择质量较好的大型蓄电池生产厂家，知名厂家生产的蓄电池能够在质量方面提供最大的保证，同时在后期也有完善的维修服务。目前市场生产的蓄电池种类较多，其功能、类型规格方面也不尽相同，有专门的轨道车蓄电池组生产厂家，轨道车所使用的蓄电池组内部采用独特的结构及多重密封技术，能确保在轨道车较强的振动幅度下，蓄电池也不会渗漏电液，属于轨道车专用的机车蓄电池。作为轨道车运行的电能供给装置，蓄电池组在出现亏电故障时应当详细检查轨道车所使用的蓄电池组质量是否存在问题。采用钳形多用表测量蓄电池组在工作状态下的数据值，包括处于正常工作时的电压、电流值、功率值等，以此来进行蓄电池组的质量安全检查。

3.6 电缆检查

对于电缆的检查可以翻阅在电缆在安装之时的各项文件数据，里面详细记载了电缆的生产厂家及各项使用参数，包括电缆的绝缘材料使用、外皮材料等。一般情况下根据电缆的用途采用特殊的绝缘材料和外皮包装材料，比如机车专用的电缆，其外皮采用氯磺化聚乙烯橡胶混合物，绝缘材料采用乙丙橡胶混合物，同时机车用的电缆会在安装布线时外套防护软管，软管的材料采用尼龙PA6 材料。在检查电缆时应当获得全方位的材料数据及布线时的材料数据，通过材质来判断是否采用安全可靠的电缆材料，并获得轨道车在建成之后的各项安全检验合格报告，布线施工均按照图纸设计来执行，经过测试后也合格，就可以排除电缆对于亏电故障的可能性因素。

4 轨道车蓄电池组故障的改善措施

蓄电池组作为轨道车的动力来源，出现故障会影响到轨道车正常的运行，为了避免出现故障或者减少故障出现的次数，对于轨道车蓄电池组应实行必要的检查与改善措施，改善措施主要有以下3 种。

4.1 检修改善

轨道车作为重要的交通运输工具，其安全运行是第一要素，为了保证安全性，在轨道车每次运行之前都应当对轨道车各项运行安全数据进行检查，尤其是对保证动力来源的蓄电池组进行检修，在运行前对电池的性能、相关设备器件以及运输电缆等都进行详细检查，对电池的控制板面操作控制按键进行检查，检查是否能正常操作，以及对蓄电池组的温度控制机检查，蓄电池的使用温度可以反映当前电池当前的使用状态，超过温度控制的蓄电池要考虑是否出现故障，超温现象还关系到蓄电池使用寿命的问题。

4.2 设计改善

设计检修的过程在于完善蓄电池相关设备的使用性能，比如蓄电池的温度传感器在出现故障后应当由应急温度感应装置能够代替温度传感器对蓄电池温度实施监测，在设计的过程中能够对相关设备的使用性能提出改善措施，使蓄电池在正常应用的状态下提升使用性能，做好各方面的应急措施管理，在蓄电池发生故障时能第一时间启动应急管理装置保证轨道车的正常运行。

4.3 手动改善

当前轨道车运行已经基本实现自动化状态的运行，但是在出现故障时相关自动装置基本处于停止运行的状态，可以考虑采用手动操作改善的方法保证轨道车的正常运行。通过人工控制操作的方法可以在出现故障又无法得到及时救援的状态下人工操作维修，可以确保轨道车在没有后期支持的情况下依旧能维持基本的运行。

5 结语

轨道车蓄电池出现亏电故障是常见的一种故障类型，虽然比较常见且普遍，若不加以认真检查及解决，容易导致轨道车在运行中出现安全风险。蓄电池出现故障可能是单方面或多方面原因导致的，只有究其原因才能找到问题所在并及时解决问题。因此在轨道车蓄电池出现故障时应当进行细致地研究，对蓄电池的连接装置都进行详细的分析，在今后轨道车蓄电池的安装检验过程中应避免重复故障的出现，优化电池各项功能使用，并将其应用到其他轨道车的蓄电池安装中，从而减少故障出现的概率，优化轨道车蓄电池组的使用性能，提升车辆质量及安全可靠性，满足轨道车日益增长的市场需求。轨道车是未来交通行业的主流，尤其是在城市轨道车的建设使用中，高铁作为轨道车中常见的一种类型，会是未来交通运输业的主流，优化蓄电池的使用性能，继续扩大高铁覆盖范围，增加里程运输线，是交通行业未来的发展趋势。