CAT蓄电池容量计算优化分析

1 概述

城轨车辆的辅佐蓄电池主要为列车在紧迫无高压时供应紧迫负载的供电，根据需求还能在列车在没有触摸网或触摸轨时供应列车牵引所需供电，随着城轨车辆的不断更新升级和全自动驾驭车辆的呈现，蓄电池作为城轨车辆的备用电源，在近年来城轨项目中已发展出更多的如信号体系的休眠模块等列车休眠负载的供电需求。本文以广十三五项目为例，深入剖析蓄电池在不同工况下的实践运用需求，优化蓄电池容量在各工况中的核算。

2 蓄电池运用工况剖析

以广7二期为例，现在城轨全自动驾驭车辆的蓄电池运用工况主要分为以下两种：

①紧迫负载供电45分钟

②休眠负载10天

以这两种主要需求为支点，具体分化在这两种需求下的蓄电池放电方法。

需求来历1：技能规格书

“列车在无网压时，蓄电池的容量应能够供应列车内部紧迫照明、外部照明、紧迫通风、车载安全设备、播送、部分显示屏、通讯体系等工作45分钟。并应保证列车开关一次车门网压康复时能保证辅佐电源发动及应急升弓。

当网压康复时，蓄电池电压应能保证停止逆变器的起动。

容量应满意6辆编组列车在任何工况时的需求，紧迫通风、照明等按45分钟考虑，列车唤醒模块所需的电源应24小时不间断供电，列车接连休眠10天后，仍能保证唤醒列车，并保证15%的额定冗余容量。”

需求来历2：地铁车辆运营技能规范

在外部供电中止的状况下，蓄电池容量应满意紧迫状态下车门操控、应急通风、应急照明、外部照明、车载安全设备、播送、视频监视、列车操控与办理体系，以及车载信号、通讯设备的供电要求。

用于地下运行的车辆，蓄电池容量应满意本条第一款所列体系工作时刻不低于45min和45min后全列车客室侧门开关一次的供电要求；用于地面或高架线路运行的车辆，蓄电池容量应满意本条第一款所列体系工作时刻不低于30min和30min后全列车客室侧门开关一次的供电要求；网压康复后辅佐供电体系应自动发动。

根据以上要求可分化蓄电池放电方法。

紧迫负载供电45分钟需满意以下要求：

放电阶段一：列车车门操控、应急通风、应急照明、外部照明、车载安全设备、播送、视频监视、列车操控与办理体系、车载信号、通讯设备、紧迫通风、部分显示屏、通讯体系等供电——供电时刻为45分钟

放电阶段二：45min后全列车客室侧门开关一次的供电——供电时刻为开关门一次；

放电阶段三：网压康复时能保证辅佐电源发动及应急升弓——供电时刻为辅佐电源发动及升弓。

休眠负载10天需满意以下要求：

放电阶段一：列车唤醒模块所需的电源应24小时不间断供电及相关电路元器件供电——供电时刻为10天；

放电阶段二：列车接连休眠10天后，仍能保证唤醒列车——供电时刻为上电自检时长；

放电阶段三：为保证车辆能够正常运用，需保证升弓完结，此过程考虑风缸通过长时刻休眠后风压缺乏需求的功率及时刻——供电时刻为受电弓升弓完结所需时刻。

3不同工况负载核算

表 1 紧迫负载

紧迫负载	功率（kW）
车门操控	0.768
应急通风	12.6
应急照明	1.532
外部照明	0.2
车载安全设备	1.078
播送、部分显示屏、通讯体系	4.42
视频监视、通讯设备	1.554
列车操控与办理体系	0.92
车载信号	1.06
其他需供电体系	4
总计	28.132

通过核算，以广7二期为例，整列车紧迫负载功率如表1，列车开关门时功率为35.812kW，辅佐电源发动及升弓时负载与紧迫负载相同，休眠负载功率为0.13kW，上电自检时负载与紧迫负载相同，升弓时负载为28.532kW，即：

表 2 不同工况负载核算

负载模式	工况	功率（kW）	时刻
紧迫负载	紧迫负载供电	28.132	45min
	开关门一次	35.812	10s
	辅佐电源发动+ 应急升弓	28.132	20s
休眠负载	休眠（信号+永久）	0.13	10天
	上电自检	28.132	3min
	辅佐升弓	28.532	4min

4蓄电池容量核算

（1）紧迫负载

紧迫负载供电45min

紧迫负载供电均匀放电电流=功率/蓄电池组的均匀放电电压=28132W÷（80×1.175V）≈299.28A；

供电45min所需容量C1=299.28A×45÷60h≈224.46Ah；

开关门一次10s

开关门一次均匀放电电流=功率/蓄电池组的均匀放电电压=35812W÷（80×1.1V）≈406.95A；

供电45min所需容量C2=406.95A×10÷3600h≈1.13Ah；

辅佐电源发动+应急升弓20s

紧迫负载供电均匀放电电流=功率/蓄电池组的均匀放电电压=28132W÷（80×1.1V）≈319.68A；

供电45min所需容量C3=319.68A×20÷3600h≈1.78Ah；

C0=C1+C2+C3=224.46+1.13+1.78=227.37Ah；

考虑充电效率、低温放电系数及运用寿命老化系数等影响要素，蓄电池实践容量为：

蓄电池容量C=C0÷Kt÷η÷a÷η1×115%=227.37Ah÷0.9÷0.9÷0.98÷0.97×115%≈340Ah

式中，C0——不考虑任何影响系数下的蓄电池净容量，227.37Ah；

      Kt——蓄电池10年老化批改系数，0.9；

      η——蓄电池充电效率系数，0.9；

      a——低温0℃放电系数：0.98；

      η1--大电流放电倍率系数，0.97；

      115%——容量殷实量系数，115%。

（2）休眠负载所需容量：

列车休眠10天：

休眠负载均匀放电电流=功率/蓄电池组的均匀放电电压=130W÷（80×1.25）=1.3A；

接连10天休眠所需容量C1=1.3A×10×24=312Ah；

休眠后列车重新发动上电自检3min：

上电自检阶段均匀放电电流=功率/蓄电池组的均匀放电电压=28132W÷（80×1.1V）≈319.68A；

列车上电自检min所需容量C2=319.68A×3÷60≈15.98Ah；

辅佐升弓4min：

辅佐升弓阶段均匀放电电流=功率/蓄电池组的均匀放电电压=28532W÷（80×1.1V）≈324.22A；

升弓4min所需容量C3=324.22A×4÷60≈21.62Ah。

C0=C1+C2+C3=312+15.98+21.62=349.6Ah

考虑充电效率、低温放电系数及运用寿命老化系数等影响要素，蓄电池实践容量为：

蓄电池容量C=C0÷Kt÷η÷a=349.6Ah÷0.9÷0.9÷0.98×115%≈506Ah

式中，C0——不考虑任何影响系数下的蓄电池净容量，349.6Ah；

      Kt——蓄电池10年老化批改系数，0.9；

      η——蓄电池充电效率系数，0.9；

      a——低温0℃放电系数：0.98；

      115%——容量殷实量系数，115%。

因此整车蓄电池需选择506Ah以上容量，根据整车蓄电池组数量考虑装备蓄电池类型。

5总结

本文以广7二期项目为例，深入全面剖析了蓄电池实践运用过程中的各种工况，并以此为根底结合对蓄电池容量有影响的电池老化、充放电系数、温度等要素，使蓄电池容量核算更贴近实践运用的状况，提升了核算结果的可靠性。但是受研究项目影响，本文未对蓄电池牵引部分的核算进行深入研究，后续将对蓄电池牵引的不同状况进行剖析和核算优化，为蓄电池容量核算供应更加可靠的核算方法，为蓄电池选型供应更加准确的容量根据。