地铁车辆CAT蓄电池馈电原因分析及改进措施

摘要：随着我国地铁工程的快速发展，在运转过程中蓄电池馈电问题非常重要，为提升蓄电池供电时长和根绝蓄电池深度馈电问题的产生，经过操控原理剖析及电气数据测验，对蓄电池DC110V永久母线及半永久母线供电回路逐个验证，明确了本线路车辆蓄电池馈电问题原因，并拟定了处理措施，一方面经过优化低压维护检测电路，防止低压维护后继续耗电，导致蓄电池深度馈电;另一方面对充电机待机供电回路进行改进，处理充电机继续耗电问题，提升蓄电池供电时长。测定结果表明，更改后的操控方法有用处理了蓄电池馈电问题，提高了蓄电池运用寿命，为后续地铁车辆蓄电池馈电供给了处理方案。

关键词：地铁车辆;蓄电池馈电;DC110V负载;永久母线;半永久母线

导言

蓄电池是地铁车辆电气体系中的重要组成部分，首要用于发动前激活列车，发动后为列车供给110V直流电及无高压供电时，可以使列车应急照明，紧急通风、车载安全设备、广播、通讯体系等设备在规则时刻内坚持作业。蓄电池不仅是车辆发动、运转的关键部件，提高了车辆DC110V电源的品质，更是车辆紧急状况下旅客安全逃生的确保。

1地铁车辆DC110V负载供电原理

1.1列车低压供电方法

地铁车辆低压操控回路均采用DC110V电压进行操控，其中电源由蓄电池或充电机供给，DC110V电压经过断路器、继电器、接触器、开关、负载等形成操控回路，部分DC24V电源设备经过电源模块将DC110V电源转换为所需电源，完成车辆各项操控功用，DC110V电压分为2种形式:102永久母线和103半永久母线。永久母线指直接衔接电源正负端的电路，列车未激活时该部分电路仍继续高电平，以完成对必要设备供电，如司机室车门、蓄电池投入、蓄电池电压维护、充电机待机等，该设备会继续耗电;半永久母线指列车激活后处于高电平的电路，由永久母线驱动开关、接触器、继电器等，为列车激活后各设备及操控回路供电，如网络操控体系、制动装置、门控器、焰火报警体系、PIDS体系、客室照明等，在列车未激活状态下，该部分设备及操控回路不耗电。在地铁车辆规划中，半永久母线为首要低压供电方法，半永久母线操控的各设备及操控回路不会在列车未激活状态下继续耗电，然后影响蓄电池运用寿命，但半永久母线无法完全取代永久母线，列车需要在未激活状态下为部分设备供电，故合理的供电规划是非常必要的。

1.2蓄电池直流负载供电

地铁车辆蓄电池作业原理，在列车正常运转过程中，充电机正常作业，负载由充电机供电，蓄电池处于浮充状态，当列车失去高压或充电机毛病的状况下，充电机无电源输出，负载由蓄电池供电，当蓄电池电压降至欠压继电器K1维护值时，蓄电池停止对车辆负载供电，以到达维护蓄电池运用寿命的效果。在蓄电池实践供电回路中，除车辆常规负载外，还存在非常规负载，使得蓄电池在车辆未激活状态下，依然继续放电，如永久负载、充电机负载等，而该类负载因不在蓄电池欠压维护范围内，蓄电池依然对其继续供电。

2原因剖析

2.1未激活期间负载

依据现车实验及测验，列车未激活期间操控电路永久负载约5．47W、充电机负载44W，即整车非常规负载为49．47W。

2.2蓄电池不同荷电量时供电时刻核算

本项目运用78只GMH180镉镍蓄电池组，额定容量Q1=180Ah，标称电压93．6V。当单组蓄电池负载Pa=12．367W时，放电均匀电压按Ua=85．8V进行核算，则放电均匀电流:Ia=Pa/Ua≈0．144A。100%荷电态时放电时刻:t1=Q1/Ia=1250h。为便于核算，假定蓄电池的荷电态为10%～100%，变化量为10%，放电效率为100%，以此核算蓄电池在不同荷电量状况下的供电时刻。地铁车辆正常运用状态下蓄电池荷电态一般为10%～70%，对应蓄电池组电压范围在88V～96V，因而蓄电池供电时刻会呈现仅满意5.2天的状况，运用不当时或许呈现仅满意几小时待机供电的状况。

2.3电气操控原理剖析

依据某地铁18号线车辆电气操控原理图剖析，蓄电池低压检测操控回路在低压维护前，欠压继电器BatVDＲ线圈不得电，低压维护后，BatVDＲ线圈得电，常开触点闭合，蓄电池输出断路器BatCB2线圈得电，断路器BatCB2跳开，但BatCB2线圈经BatVDＲ触点衔接在蓄电池正负端，继续得电，存在蓄电池欠压维护后负载添加，导致深度馈电的状况。经测验蓄电池输出断路器BatCB2线圈的内阻Ｒ=23．4Ω，电压按Ub=80V核算，BatCB2线圈功率P2=Ub2/Ｒ≈273．5W。BatCB2线圈低压维护前不耗电，低压维护后开端耗电，导致已馈电的蓄电池电压迅速下降。BatVDＲ的动作区间为77V～82V，高于82V时常开触点断开，低于77V时常开触点闭合，经过在20℃的环境温度下，从蓄电池正负端接23．4Ω负载的放电曲线可看出，电压77V下降到30V时刻t2约为400s，即6．67min。

3改进措施

3.1蓄电池操控回路方面

针对馈电问题进行低压检测电路优化:1)添加二极管，阻止低压检测电路从其余车取电，确保低压检测电路只检测本车蓄电池电压，确保安全可靠地宣布断开蓄电池的指令;2)低压检测电路从BatCB2后边取电，一旦低压维护检测电路起效果后，BatCB2跳开，蓄电池输出断开，一起断开本车低压维护检测电路。经测实验证，优化后能在起低压维护的一起断开低压检测回路负载，蓄电池电压从77V下降到30V约173．3min，即2．89h，蓄电池放电时刻比优化前的6．67min延长了25倍，为特殊工况下预留了更长的处置时刻。优化后时长t3=(P2+Pa)·t2/Pc1≈2．89h。

3.2充电机方面

将充电机电源板取电方法从永久母线改至半永久母线，一是车辆未激活时，充电机不再继续处于待机状态，二是蓄电池低压维护后充电机不再继续耗电。防止蓄电池在列车未激活和起维护后2种工况的继续耗电，如图6所示。优化后，现车测验状况如下:1)在未激活的工况下，非常规负载仅为永久负载，操控电路耗电P1=5．46988W，单组蓄电池耗电P=1．36747W，放电均匀电压按Ua=85．8V进行核算，则放电均匀电流Ib=P/Ua≈0．016A;当蓄电池荷电态为10%时，蓄电池容量Q2=18Ah，供电时长t4=Q2/Ib=1125h，比照优化前，相同工况下，蓄电池放电时刻比优化前的125h延长了8倍。2)在低压维护后，且依据3．1项点优化，电路自动断开永久负载，一起充电机无待机负载，整车无任何负载，可根绝蓄电池深度馈电问题的产生。

结束语

1)地铁车辆在无高压状况下运用蓄电池应时刻重视电压，当电压值挨近欠压维护值时，应及时接通高压给蓄电池组充电，防止欠压维护产生，影响蓄电池组运用寿命。2)在地铁车辆蓄电池回路规划方面，减小车辆未激活时蓄电池回路存在的非常规负载可有用下降蓄电池的放电电流。永久负载可经过微型断路器断开减小负载，充电机负载可经过添加回路中电阻或合理规划供电方法来减小耗费。3)经在成都地铁18号线车辆现车测验，经过将充电机负载从永久母线供电优化至半永久母线供电，低压检测回路改进至低压维护微型断路器操控电路中。在蓄电池未激活状态下，蓄电池荷电态为10%时，理论供电时刻由5.2天添加至46．9天，蓄电池运用时刻大幅延长;在蓄电池低压维护后，断开永久负载，一起充电机无待机负载，整车无任何负载，防止了蓄电池深度馈电的产生。结果表明，更改后的操控方法有用处理了蓄电池馈电问题，为后续地铁车辆蓄电池馈电供给了处理方案。