CAT蓄电池牵引应用研究

摘 要 [目的]当下，地铁行业所处阶段为快速发展，持续不断地引入新技术、新手段，主要目的当前皆是提升乘客服务体验，车辆质量在此情形下极为关键，然而整体运营环境跟线路、供电、信号等专业紧密关联，特别是地面线路，因受外界因素影响较多故而容易出现无电故障，进而导致车辆坡停在区间 。[方法]多数时分，蓄电池牵引是用于段内调车的情况，要是把此项技术运用到正线方向，一旦车辆出现无电方面的故障，那么便能在快速程度上提升故障处置的能力，是这样的情况 。[结果及结论]借助提升电池容量以及运用DC / DC装置，能把电压提升至500V来驱动牵引系统行进，进而让车辆快速行驶抵达下一站，当前车辆能够通过采用钛酸锂电池，设置两组电池，单个电池容量是315Ah，达成使车辆在平直轨道行驶至下一站的目的。

关键词发展得迅速，故障不存在电的关系，线路是在地面的那种，依靠蓄电池来进行牵引，一种名称为DC/DC的情况，行进到下一个站点去 。

中图分类号 （由编辑部填写）

DOI: （由编辑部填写）

基于钛酸锂电池的干线电池牵引应用研究，对其进行研究，研究其内容，是关于干线电池牵引应用的研究，这种干线电池是基于钛酸锂电池的 。

LIDongDong

这部分内容似乎是地址信息，强行改写会破坏其原本的格式和意义，不太符合要求。但按照指令来，可改写为：北京地铁运营有限公司运营第三分公司，北京，102208 ，。（这样与原信息冲突较大，仅按要求形式改写） 。

Abstract[Objective][Method][Result & Conclusion]

Key words

如今地铁行业建造速度较快，鉴于面临周边环境、成本乃需求方面的限制条件，致使部分线路采取地上线路这种运营方式实施运营，尤其是针对改造站而言，其受限于建造所处时期具备的技术以及成本方面的约束因素，供电能力没办法契合当下的运营环境状况，存在过流顶闸的这样一种风险隐患情况，最终造成正线出现无电故障的问题状况，而且其整改所横跨的周期比较漫长，同时还由于施工之类客观存在的因素，出现线路接地等相关状况，进而造成车辆被迫停在断电区域，极大程度地影响到乘客出行的整体体验感受 。为此，新购置车辆对于蓄电池牵引功能的要求变得越来越显著，有别于常规段内调车的需求，在真正把蓄电池牵引运用到线路主要部分的进程里，当车辆遭遇无电故障状况时，依靠蓄电池把车厢驱动至下一个站点，迅速疏散搭乘人员以防止乘客长时间困顿于不同区间，进而提高服务的优质内容标准。本文着重介绍当下较为常用安全性能相对较高的钛酸锂电池，此电池配备BMS管理系统和主动灭火装置，在设备运行速度方面于平直轨道能够实现15km/h，在负载全部额定载客量的满负荷状态下于34‰坡道可以启动 。

1基本介绍

1.1.蓄电池工作原理

钛酸锂蓄电池系统，在接到启动信号之际，BMS管理系统会率先开展自检，自检通过以后，闭合接触器，进而让蓄电池进行上电动作，当蓄电池出现过载或者短路状况时，熔断器断开，以此对蓄电池系统予以保护。与此同时，配置有定量电流传感器，用于采集输出电流，将其作为保护装置的认定条件。蓄电池系统借助以太网通讯实现与车辆网络系统的信息交互。设有维护开关便于断开蓄电池主电路。并且，BMS管理系统以及主动灭火装置能够实现状态监测，在发生火情时作为保护装置。

 

1.2.负载容量测算

无网压之际，车辆会做出这样的行为，提供一次机会，让辅助负载紧急供电45分钟，并且保证车辆能够开关门一回，在蓄电池状态正常的一种状况之下，达成AW3正线牵引这一项能力（其正线存在最大坡道为34‰这一情况，且又同时预留着6编扩8编组容量这类的情况），与此同时，在做出牵引动作的期间，还要为辅助负载供应电力，至于具体的容量展示在下面的表格当中：

 

45分钟紧急供电负载功耗：P1=28.8kw

W1=28.8kw*45min/60=21.6kwh/列

10秒开关门功耗：P2=4.8kw

W2=4.8kw*10/3600=0.0134kwh/列

功率为W3，按每列计算，其数值为21.6kwh每列，再加上同样按每列计算的0.0134kwh每列，。

单体额定放电电压：2.3V

蓄电池组串联数量：9*5=45串

蓄电池组的额定放电电压：U=2.3V*45=103.5V

换算成为容量，C等于21.62kwh除以103.5V，其结果等于209(Ah)每列 。

影响蓄电池的容量系数

蓄电池的充电系数：取0.95

蓄电池老化系数：取0.91

温度影响系数：0.9

裕量：15%

借助计算获取紧急供电在所必需的容量，其计算方式为，等于209Ah除以0.95，再除以0.91，接着除以0.9，最后除以0.85，结果是316(Ah)/列，是吗？

1.3.主要技术参数

蓄电池箱体是由蓄电池箱以及DC\DC箱体共同构成的，在蓄电池箱体内，布置着电池模组，还有电池管理系统（BMS），以及接触器、熔断器，另外还有电流传感器等器件。蓄电池箱整体的防护等级设定为IP65。DC\DC箱体的防护等级是IP65（除通风孔之外），DC\DC设置了单独的风道，此风道是为IGBT模块散热片进行通风散热的 。

其主要参数如下表所示：

表2：蓄电池主要参数

 

1.4.BMS管理系统

首先，主要功能分成了三大类别情况，其一为数据采集分析计算功能，其二是数据交互，其三是故障保护，主要功能具体是这样的：

1.4.1.数据采集分析计算功能：

先对各单体电池电压数据予以采集，接着对电池温度数据进行采集，然后对充放电电流数据加以采集，之后针对这些采集到的数据开展分析计算，进而据此对电池状态实施实时监控，并且进行保护，此为电池管理系统所做之事 。

1.4.2.数据交互：

电池管理系统借助以太网跟整车TCMS展开通讯，将蓄电池状态数据予以上报，同时上报故障，并且电池管理系统能够经由TCMS跟充电机进行数据交互，以此实现对充电的控制。

1.4.3.故障保护：

BMS通过操控主回路的接触器，防止电池组出现过充情况，避免电池组出现过放情况，防止电池组出现过温情况，以此来延长电池使用寿命，防止故障发生，防止故障蔓延起来 。

HMI上呈现两个蓄电池组状态方面的信息，这信息涵盖电压，电流，剩余容量，接触器状态，蓄电池箱温度，最高单体温度等内容。一旦蓄电池出现过温，或者过压，以及过流，还有烟雾报警等故障时，BMS会把信息报给网络系统从而对乘务员予以提示。

1.5.主动灭火装置

1.5.1.工作原理

主要采用主动式灭火方式的电池灭火系统 ，是由灭火装置主罐体 、BMS 、探测装置等构成 。在蓄电池箱内发生火灾之际 ，烟雾传感器凭借报警信号发觉火灾 ，烟雾传感器发出报警 ，BMS 控制输出 110V 直流信号来启动主动灭火 。当灭火装置接收到电信号后 ，会产生电流 ，内部的电热丝发热后形成断路 ，灭火器尾部的固态氮气受热后产生压力 ，压力推动灭火剂喷发 ，借此以此来达到触发灭火器的目的 。

1.5.2.触发条件

烟雾探测器通过光的散射原理来检测烟雾颗粒，当烟雾传感器检测到烟雾浓度≥2.1%/m，灵敏度M≥0.12dB/m，持续30s时，会报警输出烟雾报警信号，并且不存在烟雾传感器故障信号，同时，当BMS检测蓄电池温度采集点最高温度达到40℃以上或者BMS监测蓄电池最高温度≥95℃，且持续30s以上时，BMS会控制触发主动灭火装置。

灭火器自身的触发情形为：其一，电热丝 acquire 电信号；其二，电热丝之上的电流为 1A 并持续 3ms（电流越大，持续的时间越短）；其三，固态氮气因受热而后头产生压力 。

主动灭火装置的触发，除了借助烟雾传感器控制外，也能够经由感温磁发电装置来实现触发。感温磁发电装置，不存在需外界电源供电的情况，属于烟雾探测触发主动灭火的冗余控制方式。当感温磁发电装置监测到其所处环境温度超出预设温度限界时（此限界为93±5%），装置里的热敏元件环呈现出形变，进而松开具有弹簧的移动杆。脉冲电流会经由输出端朝着灭火装置输出，与此同时，反馈信号从初始状态时的常开状态转变为常闭状态，触发状态被反馈至BMS 。

1.5.3.容量计算

按照灭火剂设计用量来计算得出的结果，是基于灭火浓度和系统保护取悦容积以及要考虑到箱体尺寸的情况而得出的具体数值变化，最终计算得出：

L等于1.2，乘以0.45L每立方米，乘以1.5米，乘以2.1米，乘以0.4米，结果等于。

1.5.4.结论

因此，各蓄电池箱体均需配备一个700ml规格的灭火罐体，如此一来，可使灭火浓度高于4.5%，进而满足使用要求。

2蓄电池牵引设计

2.1牵引特性

 

图2 牵引特性曲线

蓄电池牵引能够满足6编组在34‰坡道上启动。

2.2制动特性

于蓄电池进行牵引这个期间，制动所需的力单单是依靠空气制动来予以提供的，而电制动会被拿去切除掉 。

2.3蓄电池牵引电气原理

在蓄电池牵引这个工况之下，牵引变流器是由本端的蓄电池来进行供电的。而蓄电池箱当中配备有DC\DC升压装置，其输出电压为500。并且，牵引风机是由空调柜内的牵引风机紧急逆变器来供电的。

 

图3 蓄电池牵引电气原理图

2.4蓄电池牵引能耗计算

按照蓄电池牵引仿真情况来看，对于 6 编组列车来讲，各个单向区间的蓄电池牵引能耗呈现以下状况：

蓄电池牵引电流

图3 蓄电池牵引电流-左线

图3 蓄电池牵引电流-右线

根据线路及车辆技术条件，对区间能耗进行测算，情况如下：

表3：6编组列车蓄电池牵引能耗

最大容量区间为蓄电池牵引的范围：新龙泽站到西二旗，此区间满足6编组所需的容量，其容量计算为：60.97kWh乘以0.001，再除以2.3与45的乘积，结果为589Ah每列。

如果在后期的时候，将其扩编成为8编组列车，那么会有2个区间的情况，这2个区间并不能满足蓄电池牵引容量，然而区间覆盖率呢，却也能够达到94%，这种情况其实是符合日常需求的。

3结论

近年来，蓄电池牵引技术在诸多项目中得以应用，多数应用于段内调车，而在实际正线的应用较少，但蓄电池牵引技术依旧是一种成熟且稳定的技术，后续它也会成为车辆必不可少的功能。基于对钛酸锂电池蓄电池牵引展开研究，与传统镍铬性能进行分析对比，在重量能量密度、体积能量密度、放电倍率以及能量效率方面均展现出显著优势。借助DC/DC把110V转换为500V之后驱动牵引系统开展工作，与此同时配置大容量电池组，不但能够切实提高运行速度，续航能力还能够在34‰坡道启动得以实现。与此同时配置BMS管理系统，对蓄电池状态进行全面的监控，在发生故障时给出有效提示，从材料选型方面也是具备提升，传统锂电池的安全问题常常是在过充以及充电电流过大之际的情形下，致使负极析锂产生锂枝晶刺穿隔膜，引发电池内短路，进而出现安全问题。石墨（其他锂电池负极材料属于石墨范畴）是致使锂离子会形成锂枝晶的最大缘由所在，这是是什么原因呢，这是因为锂嵌入石墨的电位处于0.伏至0伏的区间范围，它与锂的析出电位伏高度濒临。然而对于钛酸锂来讲，状况却截然不同，锂往其内部嵌入时的电位为伏，这个数值是远远高于锂的析出电位伏的，所以此类型情况下一般很难出现锂枝晶这种现象。

对钛酸锂电池进行整体上的设计及在有关范围的能力综合性评定，电池本体自身展现存在着非常稳定性质，与之相关的配置达到那种符合车辆运营所表达的要有需求，而且跟传统所使用的镍铬电池相比较存在着某种较轻地结果事实，然而这个系统所表达有的有关对应的能力存在是表现明显强大，当正线出现情况是无电这样子的故障的状态之下，可以在相对较近的距离方向行驶到达下一趟车站的有关行驶能力，从而降低正线运营所产生的对应影响，并且情形符合现代情况下的轨道交通所表达的需求。