現(xiàn)代電車牽引電池包維檢修研究

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合的模式，但牽引電池包的相關運營維護經(jīng)驗無參照、借鑒可循。本文結合現(xiàn)代電車的實際情況對電車電池包性能進行分析，總結運營經(jīng)驗，提出維護建議。

關鍵詞：牽引電池包；現(xiàn)代電車；鎳氫電池

1 導言

天津現(xiàn)代電車是國內首條100%低地板現(xiàn)代電車線路（2007年運營），采用單軌導向膠輪走行制式電車，供電方式為接觸網(wǎng)與牽引電池包相結合的模式，但國內無牽引電池包的運營維護相關經(jīng)驗。

2 現(xiàn)代電車牽引電池包

2.1 牽引電池包簡介

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180KW，放電電流可達到200A。其由44個12V鎳氫電池模塊（34 Ah）組成，單個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）：包括信號采集部分和邏輯控制部分。BMC對所采集的溫度、電壓、電流等信號進行綜合判斷和分析，然后輸出控制信號給控制電路進行相關操作。

（3）電池組溫度管理系統(tǒng)（BTMS）：在對電池進行充電時，會產(chǎn)生大量的熱，同時，外界溫度較高時，電池溫度會超過電池的承受溫度，嚴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，電池的電化學性能降低，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，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，內阻變大、爬堿嚴重、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)故障直接導致牽引電池包無法工作。

（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準

（一）充放電

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

（2）涓流充電 在快速充電后可用0.03～0.05C電流進行涓流充電。為避免涓流充電造成電池過充而使電池性能惡化，應使用時間設定器。

（3）放電溫度 放電時環(huán)境溫度應在-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，放電容量會下降。

（5）過放電 由于過放電會損壞電池特性，放電時要注意切斷電流。

（二）儲存與使用

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

（2）長期儲存 由于長期儲存會加速電池自放電和活性物質鈍化，電池電壓和容量會下降，環(huán)境溫度為10～30℃之間比較合適。儲存時間超過一年時，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，電池內阻增加，應考慮電池末期失效生熱的安全問題。

（4）正確充放電 為確保電池的安全使用，延長電池的使用壽命，應嚴格遵循電池的充放電使用條件。

3.2 電池包模塊的維護作業(yè)研究

（一）禁止事項

（1）拆卸 不要拆卸電池。電池內部電解液為強堿性，會傷害皮膚和衣物，一旦拆開將無法再使用。

（2）短路 不要將電池短路。否則護損壞電池，并會生熱使電池燃燒。

（3）靠近火源或水源。電池太熱會使電池爆裂，放入水中電池會失效。

（4）電池極性反接 不要將電池正負極反接，否則會導致電池鼓脹或破裂。

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

（6）電池包短路 嚴禁電池包短路，由于電壓高，產(chǎn)生較大電流，短路時存在燃燒風險。

（7）新舊電池混用 應避免新舊電池混用，性能的不同會使新電池不能發(fā)揮最佳的作用，長時間使用會造成新電池的不可恢復的傷害，縮短使用壽命。

（二）維護措施

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

（1）每兩周下載電池包數(shù)據(jù)（BMC數(shù)據(jù)）。提前預判電池性能趨勢并及時對牽引電池包進行相應維護。

（2）每月檢查BTMS液面高度。如其液面高度低于標準刻度，及時添加補充。

（3）每月對牽引電池包的清潔維護。電池包內部和外部進行吹掃，保證電池包的清潔狀況。

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

（5）每半年對BTMS進行漏點檢測。對發(fā)現(xiàn)的漏點進行維修，確保制冷系統(tǒng)的良好工作。

（6）每年檢測牽引電池包的耐壓值并更換內阻高于0.6mΩ電池。

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

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

參考文獻：

[1] 徐順余，高海鷗 《混合動力汽車車用鎳氫動力電池分析》.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：化學工業(yè)出版社，2007