深圳地铁 5 号线车辆蓄电池的选型分析
摘 要: 文章通过对深圳地铁 5 号线车辆蓄电池容量选型的分析,对影响蓄电池特性的因子进行了详细的论述,为地铁车辆蓄电池组的选型提供参考。
关键词: 地铁车辆; 蓄电池; 特性因子; 选型
1 概述
深圳地铁 5 号线车辆为 A 型车,采用鼓形车体,每列车由 2 个单元共 6 辆车组成,每单元由 1 辆拖车(A车)和 2 辆动车(B、C 车)组成。
作为紧急负载供电电源,蓄电池的主要功能如下:
1)车辆在运行过程中发生机破救援故障时 ,由蓄电池给紧急通风设备、外部照明、乘客信息系统与安防设备、门控设备、车钩等 110 V 控制电路提供紧急供电电源,维持规定的紧急供电时间,满足乘客安全逃生与供电需求;
2)在降弓状态下为地铁车辆的 110 V 控制电路 、照明、网络控制系统、乘客信息系统与安防设备等低压电器提供 110 V 直流电源, 保证地铁车辆升弓并投入工作;
3)地铁车辆正常运行过程中 ,对 110 V 控制电源起滤波作用,以降低控制电源的纹波系数,提高控制电源的质量;
4)为车辆的低压试验提供控制电源 ,为车辆检修提供照明。
2 蓄电池选型原则
地铁车辆蓄电池的选型一般遵从以下步骤:1)按照车辆采购要求计算紧急情况下直流负载的总功率;2)选取符合要求的蓄电池种类,并依照当地的气候条件和合同要求确定所选蓄电池的温度补偿系数、 老化效率和充电效率;3)计算所选蓄电池的实际所需容量,确保在其使用寿命终止时能够满足合同要求。
紧急负载是地铁车辆在运营过程中最大的 110 V直流负载,紧急状态下完全由蓄电池供电,一般要求供电维持时间大于 45 min。 设计选型时,首先应计算地铁车辆紧急负载功率,然后根据该功率的大小、地铁车辆的运用条件、 电池的性能参数等条件计算蓄电池的容量。 按照各种不同型式的电池性能参数计算出各种不同电池的容量数据, 结合各类电池对地铁车辆运用条件(如温度、湿度、抗震、耐过充过放、与 110 V 直流电源的匹配、可维护性、环境保护、人身安全、体积、质量等)的适应性进行比较,选出最适合的电池型式与容量值。
3 深圳地铁 5 号线车辆蓄电池组容量分析
满足负载要求,是指在电网断电时,紧急状态下,蓄电池能提供足够的容量, 维持车辆各种应急设备的供电运行时间大于规定的最小时间。 蓄电池输出电压主要用于列车启动前激活各控制系统, 并在列车紧急故障(如失去高压)时,能在 45 min 内持续为以下应急负载供电:全部紧急照明、全部头灯和尾灯、所有与安全有关的控制系统、全部通信设备(包括列车广播、车载无线电等)、客室紧急通风、所有客室侧门的一次开关。 供电 45 min 后,蓄电池的电量足以使列车再次启动。
深圳地铁 5 号线车辆紧急负载功率参数如表 1 所示。

1)确定蓄电池组所含电池节数。
根据标书要求, 该项目车辆采用阀控式密封铅酸蓄电池,其单体的浮充电压在 25 ℃时为 2.25~2.29 V,110 V 直流电源输出的额定电压为 120 V, 根据 120 /2.25 =53.3 节,120 /2.29 =52.4 节, 蓄电池组节数取中间值为 53 节。
2)计算蓄电池组容量。
蓄电池组的标称电压为 53 节×2 V/节=106 V,放电终止电压为 93 V, 紧急状态完全由蓄电池组供电,蓄电 池组放电的 电压取近似 平均值为(106+93)/2≈100 V。
蓄电池组的放电电流 I=11.46 /100 =114.6 A。
根据合同要求, 紧急负载满足 45 min (0.75 h) 要求, 列车需要消耗的蓄电池容量 C=I·t=114.6 ×0.75=86 Ah。
3)确定温度补偿系数 K1。
温度补偿系数是指在当地最低温度(0 ℃)所能释放出的容量与 25 ℃时额定容量的比值, 如图 1 所示,取 K1=0.85。

4)确定充电效率 K2和老化效率 K3。
根据合同要求,蓄电池组在满容量 80%的条件下,能给紧急负载供电 45 min,因此充电效率 K2=0.8。
老化系数 K3是指蓄电池在使用寿命终止时所剩余的容量与额定容量的比值。 该电池寿命终止时所剩余的容量为额定容量的 80%,所以,K3=0.8。
每单元车辆蓄电池实际需要容量:
Ce=C/(K1×K2×K3)=86 /(0.85×0.8×0.8)=158 Ah
可选用 160 Ah 蓄电池。
86/160=0.537 5,根据 IEC 60623-2001 标准 ,选用中倍率蓄电池。
每列车共有 2 组蓄电池,选用 160 Ah、中倍率、免维护(免加水)、环保性好、安全可靠性高的密封铅酸蓄电池,作为应急直流电源。
4 结束语
本文简要介绍了地铁车辆蓄电池的功能, 对蓄电池选型原则作了说明, 并以深圳地铁 5 号线车辆的蓄电池选型为例,描述了选型过程中的计算步骤,通过对蓄电池组温度补偿系数、 充电效率和老化效率等参数的分析,选取合适的蓄电池组。通过以上方法选取的蓄电池已在深圳地铁 5 号线车辆上运行,情况良好。
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