【摘要】本文通过对城市轨道交通车辆蓄电池容量选取时所需要考虑的几个因素，阐述了如何正确计算蓄电池的容量。
【关键词】 蓄电池 烧结式 老化 充电 放电 容量
The selection of battery capacity
Xinying Feng
（Nanjing nan che puzhen rolling stock LTD Nanjing Jiangsu 210031）
【Abstract】The text describes how to correctly calculate capacity of battery considering several factors when selecting battery capacity for railway stock.
【Keywords】 battery sinter type age charge diacharge capacity
城市轨道交通车辆目前大多采用镍镉烧结式蓄电池，在选取此种蓄电池容量时必需考虑系统电压、单体电池的数量、负载的类型、充电状态、放电状态、老化状态等主要要素，下面就这些要素做逐一介绍：
系统电压
系统电压决定了构成蓄电池组中单体的数量，其中系统最大运行电压决定了电池的最大充电电压，系统最小运行电压决定了电池的最小放电电压。
单体电池的数量
选取合适的电池数量可以使单体电池充电电压和最终放电电压之间达到一个最佳工况。
结合与国内蓄电池生产厂家资深蓄电池设计师的交流，建议按照下述公式进行城市轨道车辆镍镉烧结式单体电池数量的选择：
N=U额定/1.33V
负载
通常分为三种不同类型的负载：
恒流负载：放电电压仅跟放电率有关系；
阻性负载：功率随着蓄电池放电减少（当蓄电池电压减少时放电电流减少）；
恒功率负载：电池放电时，随着电压减少放电电流增加，，若按蓄电池最大电压选定电流，则蓄电池的计算容量就可能偏小；反之，若按蓄电池的最小电压选定电流，则蓄电池的计算容量就可能偏大。
不管阻性负载还是恒功率负载，电压值和选定的电流直接相关，因此，运行期间一定考虑蓄电池的平均放电电压。
蓄电池充电状态
轨道车辆系统上的蓄电池始终连着充电系统，蓄电池循环（充、放电）的次数没有定数，有时过多或过少，下表提供了合适的充电电压：
电池工艺 20°C（常温）循环应用时推荐的充电电压
烧结式 单步充电 1.45~1.55
两步充电 快速充电 1.45~1.60
浮充 1.38~1.40
充电器的电压公差范围也直接影响蓄电池的使用性能，±2%的公差可能造成水消耗量加倍，因此对于新充电系统，通常选取±1%的公差范围；另蓄电池箱的温度与充电电压有关，温度每升高1°C，充电电压将降低约3mV。
通常保证镍镉烧结式蓄电池满额（100%）充电的唯一途径就是恒流充电。但这种充电方式会导致最终充电电压超出指定的电压范围并且增加水消耗量，且充电方式复杂并且昂贵；恒压充电器应用范围广，但在正常运行情况下不可能获得满充。
为满足负载需求，需使用充电状态系数。对于镍镉烧结式蓄电池来说，通常系数选0.85~0.95，该系数既要考虑给定的电池的充电效率还要考虑再充电系数，此系数可以根据电池的实际使用情况、电池的温度和充电电压进行调整。
正常应用情况下，对于镍镉烧结式蓄电池来说通常选0.9。
放电状态
电池环境温度、放电率、充电类型和老化对电池的放电性能均有影响，电池终端电压越高，上述参数对电池的性能影响越大，如图1：
图1
从图1可知最终电压为1.1V/节的电池同最终电压为1V/节的电池相比，放电性能有所下降，因此终端电压为1.1V/节的电池在几年老化后，放电性能会有明显的下降。
在轨道车辆蓄电池应用中，终端电压选取1.1V/节时通常被认为是一个最大值并且仅适用于放电率非常低的情况（<0.2C5A），当终端电压达不到1.0V/节时，通常优先选取1.05V/节以提高电池的放电性能。
老化
镍镉电池的老化需要一个漫长的过程，使用寿命取决于电池的实际使用情况，根据以往使用的经验，镍镉烧结式蓄电池在使用寿命后容量通常减少10%左右，因此老化系数通常取0.9。
计算示例
现就城市轨道交通车辆南京1号线南延线为例，说明镍镉烧结式蓄电池容量是如何计算的。
单体电池的数量N=110V/1.33V/节=82.7节
考虑到余量及蓄电池组安装的对称性通常取84节
列车无高压,仅蓄电池供电时,主要负载有:
客室紧急照明；
司机室照明；
列车客室所有的空调紧急通风；
列车乘客信息系统；
车载监控系统；
至少一次列车客室门的开和关；
列车无线通信；
头、尾灯及运行灯；
所有与安全有关的控制系统。
保证上述负载工作45分钟，蓄电池端电压大于84V。
列车无高压时紧急负载功率为26639W，启动列车时负载消耗功率为15153W，保证列车至少一次客室门的开和关所消耗的功率为300W/门×5扇门×6（节车）=9000W，每列车有2组蓄电池。
蓄电池容量计算公式：Cj=（P/U）×T（Ah）
蓄电池容量计算数据如下表所示：
紧急负载供电时间 45 MIN
紧急负载消耗电量 19979.25 Wh
开/关门时间 7 S
一次开和关门所需电量 17.5 Wh
列车再次启动时间 300 S
启动列车所需电量 1262.75 Wh
列车所需要总电量 21259.5 Wh
每组蓄电池电量 10629.75 Wh
84节电池标称电压 100.8 V
蓄电池Ah数 105.45 Ah
蓄电池老化系数 0.9
充电系数 0.9
低温影响系数 0.92
大电流放电系数 0.95
蓄电池容量 148.95877 Ah
最后选定蓄电池容量为 160 Ah
蓄电池容量选取时考虑了多种要素并留有了一定的余量，最终参照供应商厂家所提供的产品资料，选定一个最接近计算数值的蓄电池，本例确定此镍镉烧结式蓄电池容量为160Ah。 |
