鐵路內(nèi)燃機(jī)蓄電池
【詳細(xì)描述】
摘要：介紹了供內(nèi)燃機(jī)車啟動(dòng)使用的閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池的研制及應(yīng)用。討論了蓄電池電性能測試及裝車實(shí)驗(yàn)所表現(xiàn)出的優(yōu)良啟動(dòng)能力。DF8CJ型內(nèi)燃機(jī)車啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明：閥控式GNC170蓄電池在不同荷電狀態(tài)下全電壓、低電壓啟動(dòng)柴油機(jī)能力完全達(dá)到鐵道部TB/T2362—93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。目前，該蓄電池隨車正在正常運(yùn)行中。
關(guān)鍵詞：閥控式鎘鎳蓄電池、超高倍率、內(nèi)燃機(jī)車啟動(dòng)
1.前言：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，鐵路作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，起到了越來越重要的作用。為了更好的配合經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，列車在一次次地提速，因此，提速列車對蓄電池也提出了更高的要求。目前，內(nèi)燃機(jī)車大多采用鉛酸蓄電池作為直流啟動(dòng)電源，但鉛酸蓄電池存在著體積大、質(zhì)量重、壽命短、酸霧腐蝕、高倍率放電性能差等缺點(diǎn)。我公司研制的內(nèi)燃機(jī)車用堿性蓄電池與酸性蓄電池相比質(zhì)量輕40%，體積小30%，且啟動(dòng)性能優(yōu)良，對列車提速起到很重要地作用。當(dāng)今，許多國家的高速列車、地鐵、動(dòng)車公共交通系統(tǒng)很大一部分使用的就是啟動(dòng)性能好、可靠性高、壽命長、使用維護(hù)方便的堿性蓄電池。
國內(nèi)于2001年成功地研制出了以GNC170為代表的用于內(nèi)燃機(jī)車啟動(dòng)的新型蓄電池——閥控式鎘鎳超高倍率堿性蓄電池。該結(jié)構(gòu)電池不僅具備了鎘鎳堿性蓄電池的優(yōu)良性能，而且具有少維護(hù)性能，維護(hù)周期在兩年以上，極大的方便了用戶，頗受用戶青睞。該蓄電池按鐵道部TB/T2362—93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了不同荷電狀態(tài)下全電壓、低電壓啟動(dòng)能力實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該電池完全滿足內(nèi)燃機(jī)車要求。
2.閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池設(shè)計(jì)及技術(shù)特點(diǎn)。
2.1設(shè)計(jì)特點(diǎn)：
2.1.1為滿足鐵路內(nèi)燃機(jī)車瞬時(shí)大電流啟動(dòng)放電的特殊要求，在電池設(shè)計(jì)中，加大負(fù)極板容量，調(diào)整正負(fù)極容量比（正極容量：負(fù)極容量=1：1.3～1.4），從而有效地控制充電電壓，保證蓄電池有較高的充電效率，有效地控制充電后期兩電極氣體的析出，尤其控制氫氣析出；另外，選用合適的負(fù)極添加劑，提高析氫過電位，也能起到抑制或減少氫氣析出的作用。
2.1.2選用新型微孔隔板加無紡布，替代原用的接枝膜加尼龍布隔膜，一方面可以使正極產(chǎn)生的氧氣通過微孔擴(kuò)散到負(fù)極進(jìn)行鎘氧復(fù)合，不僅可以減少水消耗，同時(shí)也能保持電池電極電位的穩(wěn)定；另一方面采用新型隔膜可有效地控制極板間距，改善極間狀態(tài)，使極板間不僅有足夠的電液量，降低極化電阻，同時(shí)有效地控制電池溫升，防止電池?zé)崾Э?。另外采用新型隔膜?qiáng)度好，能有效地地控制微短路發(fā)生，從而可以延長電池壽命，提高可靠性。
2.1.3負(fù)極處理：為提高負(fù)極充電過程中氧復(fù)合能力，負(fù)極物質(zhì)或負(fù)極表面進(jìn)行親水和疏水處理，以保證電極有足夠活性表面，從而有效地控制電池內(nèi)壓。
2.1.4嚴(yán)格控制電池裝配松緊度，因?yàn)殡姵匮b配松緊度的大小直接影響電池的大電流放電性能。若裝配較松，兩個(gè)電極之間電阻增大，工作電壓偏低，不能滿足啟動(dòng)要求，并使極板嚴(yán)重膨脹，影響電池壽命；而裝配較緊，不僅操作困難，長期充電后所引起的極板膨脹，會(huì)導(dǎo)致電池短路等質(zhì)量隱患。通過對不同裝配松緊度的電池進(jìn)行綜合性能測試，確定出適合大電流放電的裝配松緊度。
2.2技術(shù)特性：
2.2.1少維護(hù)性：閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池采用閥控式技術(shù)，氣塞采用閥控式結(jié)構(gòu)，平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，減少電解液的碳酸鹽化。當(dāng)蓄電池充放電產(chǎn)生氣體過多，蓄電池內(nèi)部氣體壓力達(dá)到一定值時(shí)，蓄電池氣閥自動(dòng)打開減壓；當(dāng)內(nèi)部壓力減小時(shí)，氣閥自動(dòng)關(guān)閉，減少了水的損失，從而使其補(bǔ)水周期由原來的3個(gè)月提高到2年以上，大大延長了維護(hù)周期，達(dá)到了少維護(hù)的目的。
2.2.2高容量特性：作為內(nèi)燃機(jī)車啟動(dòng)用蓄電池在啟動(dòng)過程中，瞬時(shí)放電電流高達(dá)2000A左右。根據(jù)機(jī)車使用條件及啟動(dòng)功率，確定蓄電池容量為170Ah；根據(jù)大電流放電所需的電流密度，正負(fù)極板裝配比例為34：33。由于極板片數(shù)較多且極板面積較大，為確保質(zhì)量，便于拆卸、修理，極板組采用裝配式結(jié)構(gòu)。
2.2.3寬溫度特性：閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池工作溫度范圍寬：能夠在-40℃——+55℃范圍內(nèi)正常使用。
2.2.4大電流放電特性：由于閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池內(nèi)阻很小，可持續(xù)提供1～15C5A放電,便于啟動(dòng)機(jī)車的啟動(dòng)使用。
3.測試結(jié)果
按上述性能設(shè)計(jì)制造的閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池，其電性能結(jié)果見表1：
從表1可看出，閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池各項(xiàng)性能都遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)要求，一致性好，能滿足大電流放電需要。
4.裝車實(shí)驗(yàn)
裝車前，機(jī)車廠首先在地面上對該電池進(jìn)行了容量檢測，其平均容量為193.8Ah。閥控式GNC170蓄電池裝車后按照鐵道部TB/T2362-93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對蓄電池進(jìn)行不同荷電狀態(tài)下全電壓、低電壓的啟動(dòng)能力實(shí)驗(yàn)。測試環(huán)境溫度34℃，測試結(jié)果見表2。
表1.閥控式GNC170蓄電池電性能測試結(jié)果
測試項(xiàng)目
標(biāo)準(zhǔn)要求
測試結(jié)果
1#
2#
20℃
放電
性能
0.2C5A
≥5h
5h45min
5h30min
1C5A
≥54min
67min
65min
5C5A
≥8min
13.2min
12.8min
10C5A
≥2min
4.5min
4.1min
－18℃
放電
性能
0.2C5A
≥3h45min
4h54min
4h48min
1C5A
≥35min
62min
58min
2C5A
≥12min
31min
29min
5C5A
≥3.5min
8.4min
7.8min
荷電保持
0.2C5A
≥4h
5h30min
5h18min
恒壓充電接受能力
0.2C5A
≥3h30min
5h17min
5h10min
表2閥控式GNC170蓄電池全電壓（91.2V）、低電壓（79.2V）啟動(dòng)柴油機(jī)測試結(jié)果
狀態(tài)
容量百分?jǐn)?shù)%
啟動(dòng)次數(shù)
開路電壓V
啟動(dòng)電流A
啟動(dòng)電壓V
啟動(dòng)時(shí)間S
全電壓
100
3
97.3
1850
53.3
6.0
100
11
91.2
1803
53.5
6.2
60
1
93.5
1834
51.7
6.4
60
6
92.7
1803
51.7
6.4
20
1
91.4
1803
51.0
6.7
低電壓
100
1
87.6
1772
18.3
7.0
100
6
85.5
1741
17.5
7.0
50
1
80.8
1680
16.7
7.2
50
3
80.3
1650
16.7
7.4
注：GNC170蓄電池全電壓保留容量連續(xù)啟動(dòng)11次，保留60%容量連續(xù)啟動(dòng)6次，保留20%容量連續(xù)啟動(dòng)5次，低電壓（去掉10只電池，僅有66只電池串聯(lián)），保留容量連續(xù)啟動(dòng)6次，保留50%容量連續(xù)啟動(dòng)5次。
可看出，閥控式GNC170蓄電池完全達(dá)到鐵道部TB/T2362—93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同荷電狀態(tài)下全電壓、低電壓啟動(dòng)能力的要求。
5．結(jié)論
5.1閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池設(shè)計(jì)合理，具有優(yōu)良的電性能，完全達(dá)到前述性能指標(biāo)要求。
5.2閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池具有啟動(dòng)功率大、內(nèi)阻小、殼體儲(chǔ)液室大、透明度好、使用維護(hù)簡單、耐過