城铁车辆蓄电池充电策略

孙洪庆 陈姝 白玉

摘要：城铁车辆蓄电池与充电机的匹配性,直接影响蓄电池的寿命以及车辆的可用性。充电机需要按照蓄电池规定的充电要求，以及蓄电池的充电特性对蓄电池进行充电。

关键词：蓄电池 充电机 可用性

1. 充电机的功能简介

城铁车辆都配置车载充电机，为车辆直流负载提供电源并且为车载蓄电池进行充电。充电机需满足蓄电池规定的充电要求，并可按蓄电池的充电特性对蓄电池充电，其输出电压范围与蓄电池充电特性曲线相匹配，并兼顾直流用电设备的使用寿命，充电机能够依据蓄电池温度调节充电电压。

2. 蓄电池的功能简介

车载蓄电池是地铁车辆辅助系统中的重要设备，它主要在列车系统故障情况下为紧急通风、应急照明、门控和门驱动、控制系统、乘客信息系统等提供DC110V应急备用电源。应急电源在车辆故障时有着重大的影响。 蓄电池的有效充电直接影响车辆激活的可用性以及紧急工况的车辆可用性。

3、蓄电池的充电特性

随着电解液温度升高，极板活性物质的化学反应逐步改善，电解液的温度对蓄电池的容量影响较大。随着环境温度的提高，蓄电池的充电电压需要降低，温度补偿系数通常为-0.002V/℃/只到-0.004V/℃/只。不同品牌蓄电池的浮充电电压和温度补偿系数略有差异。

4、蓄电池的充电特性曲线

根据不同品牌的蓄电池的充电需求，充电及提供不同的充电方式和曲线，现在常见两种充电特性曲线。第一种为双曲线充电方式（升压充电电压转浮充电电压）,第二种为单曲线充电方式（升压充电电压等于浮充电电压）。

4.1双曲线充电方式

图1：双曲线充电方式

蓄电池组采用升压充电与浮充电相结合的方式，图1中红线为升压充电电压曲线；绿线为浮充电电压曲线。为了更好的实现充电效果并且有效的保护蓄电池的使用寿命，在充电机充电过程中除了按照充电曲线的充电要求，还应该注意以下方面：

（1）升压充电时电流限制为0.2C5，电流≥16A转为升压充电，当电流＜5A（每个品牌的蓄电池不同）转浮充。

（2）在浮充电阶段时，如果电流值超过一定电流以上且持续2小时以上时，降低充电机输出电压，充电电压降为最低的浮充电压（每个品牌的蓄电池不同）。

（3）当温度传感器检测温度高于一定温度，充电机应强制停止对蓄电池的充电。

（4）当温度传感器检测温度低于一定温度时，充电电压降为最低浮充电压（每个品牌的蓄电池不同）。当温度再低于一定温度时，充电机应强制停止对蓄电池的充电。

（5）若电流在升压阶段出现以下任一情况，则充电机应强制停止对蓄电池的充电，TCMS提示预警（a、b、c、提示电流过大预警；d提示升压过充预警；e提示恒压过充预警）。

a、0.25C5＜电流＜0.3C5且超过120s；

b、0.3C5＜电流＜0.4C5且超过10s；

c、电流＞0.4C5；

d、连续充电时间（图1中t2）大于一定时间，则充电机强制进入浮充状态。

e、若蓄电池恒压充电阶段持续时间（图2中t2-t1）大于一定时间，充电机强制进入浮充电状态。

4.2单曲线充电方式

图2：单曲线充电方式

蓄电池组采用浮充电的充电方式，浮充电压较双曲线充电方式的电压略高。为了更好的实现充电效果并且有效的保护蓄电池的使用寿命，在充电机充电过程中除了按照充电曲线的充电要求，还应该注意以下方面：

（1）当温度传感器检测温度高于一定温度，充电机应强制停止对蓄电池的充电。

（2）当温度传感器检测温度低于一定温度时，充电电压降为最低浮充电压（每个品牌的蓄电池不同）。当温度再低于一定温度时，充电机应强制停止对蓄电池的充电。

4.3对比说明

双曲线充电方式充电机控制策略复杂，但是整个充电效率高，电解液消耗量低；单曲线充电方式充电机控制策略简单，浮充电压较双曲线浮充阶段电压偏高，因此电解液消耗量略高。

5. 蓄电池充电试验方法

本试验方法仅适用于双曲线充电方式。

5.1 环境温度下充电匹配试验

放电态蓄电池组在试验室环境温度下，用内置于电池组的温度传感器检测的温度对应的电压对蓄电池进行充电，当进入浮充电后，继续充电4h。

5.2 模拟-20℃下充电匹配试验

断开蓄电池组内置温度传感器，外接滑动变阻器，调节阻值以模拟-20℃时充电机的输出。放电态蓄电池组在此时按-20℃的充电电压进行充电。当进入浮充电后，继续充电4h。

5.3 模拟50℃下充电匹配试验

断开蓄电池组内置温度传感器，外接滑动变阻器，调节阻值以模拟50℃时充电机的输出。放电态蓄电池组在此时按50℃的充电电压进行充电。当蓄电池充电电流小于2A后，再继续充电2h。

表1 充电过程中记录表

序号	名称	测定值	备注
	显示温度		仅记录
	充电机输出限流值		I2=0.2C5
	转入恒压充电电压值（V）		电池温度在20-30℃时，不同温度下具体对应的电压值见曲线。在恒压充电时，充电机电压输出纹波系数＜5%，充电机充电电压精度为±3%。
	转入恒压充电时间t1（小时：分钟：秒）		仅记录
	恒压充电阶段蓄电池温度（℃）		仅记录
	转入浮充电压（V）		电池温度在20-30℃时，不同温度下具体对应的电压值见曲线。在恒压充电时，充电机电压输出纹波系数＜5%，充电机充电电压精度为±3%。
	转入浮充时电流		I1=（5±0.5）A(参考)
	转入浮充电时间t2（小时：分钟：秒）		仅记录
	进入浮充后，是否有恒压充电变为浮充电压的情况（是/否）
	浮充最后阶段电流值（A）		长时间浮充（2小时以上）小于2A

注：三个温度点分三张表进行记录。同时，充电机应实时记录充电过程中的电流、电压随时间变化曲线和数据。考虑充电机的充电特性以及模拟车辆使用情况，分别进行带载和空载两种试验，在两种试验情况下分别进行三个温度点的试验，并且进行数据记录。

5. 总结

掌握蓄电池的充电特性有助于提高蓄电池的充电效率，延长蓄电池的补液周期和蓄电池的使用寿命，提高蓄电池在运营过程中的可用性。

［1］杨一步、张树颖、王海娜.地铁车辆蓄电池的设计［J］.中国科技纵横，2018（10）.