铁路内燃机蓄电池
【详细描述】
摘要：介绍了供内燃机车启动使用的阀控式GNC170镉镍超高倍率碱性蓄电池的研制及应用。讨论了蓄电池电性能测试及装车实验所表现出的优良启动能力。DF8CJ型内燃机车启动实验表明：阀控式GNC170蓄电池在不同荷电状态下全电压、低电压启动柴油机能力完全达到铁道部TB/T2362—93行业标准要求。目前，该蓄电池随车正在正常运行中。
关键词：阀控式镉镍蓄电池、超高倍率、内燃机车启动
1.前言：
随着国民经济的迅速发展，铁路作为国民经济发展的支柱产业，起到了越来越重要的作用。为了更好的配合经济发展要求，列车在一次次地提速，因此，提速列车对蓄电池也提出了更高的要求。目前，内燃机车大多采用铅酸蓄电池作为直流启动电源，但铅酸蓄电池存在着体积大、质量重、寿命短、酸雾腐蚀、高倍率放电性能差等缺点。我公司研制的内燃机车用碱性蓄电池与酸性蓄电池相比质量轻40%，体积小30%，且启动性能优良，对列车提速起到很重要地作用。当今，许多国家的高速列车、地铁、动车公共交通系统很大一部分使用的就是启动性能好、可靠性高、寿命长、使用维护方便的碱性蓄电池。
国内于2001年成功地研制出了以GNC170为代表的用于内燃机车启动的新型蓄电池——阀控式镉镍超高倍率碱性蓄电池。该结构电池不仅具备了镉镍碱性蓄电池的优良性能，而且具有少维护性能，维护周期在两年以上，极大的方便了用户，颇受用户青睐。该蓄电池按铁道部TB/T2362—93行业标准要求进行了不同荷电状态下全电压、低电压启动能力实验。结果表明，该电池完全满足内燃机车要求。
2.阀控式GNC170镉镍超高倍率碱性蓄电池设计及技术特点。
2.1设计特点：
2.1.1为满足铁路内燃机车瞬时大电流启动放电的特殊要求，在电池设计中，加大负极板容量，调整正负极容量比（正极容量：负极容量=1：1.3～1.4），从而有效地控制充电电压，保证蓄电池有较高的充电效率，有效地控制充电后期两电极气体的析出，尤其控制氢气析出；另外，选用合适的负极添加剂，提高析氢过电位，也能起到抑制或减少氢气析出的作用。
2.1.2选用新型微孔隔板加无纺布，替代原用的接枝膜加尼龙布隔膜，一方面可以使正极产生的氧气通过微孔扩散到负极进行镉氧复合，不仅可以减少水消耗，同时也能保持电池电极电位的稳定；另一方面采用新型隔膜可有效地控制极板间距，改善极间状态，使极板间不仅有足够的电液量，降低极化电阻，同时有效地控制电池温升，防止电池热失控。另外采用新型隔膜强度好，能有效地地控制微短路发生，从而可以延长电池寿命，提高可靠性。
2.1.3负极处理：为提高负极充电过程中氧复合能力，负极物质或负极表面进行亲水和疏水处理，以保证电极有足够活性表面，从而有效地控制电池内压。
2.1.4严格控制电池装配松紧度，因为电池装配松紧度的大小直接影响电池的大电流放电性能。若装配较松，两个电极之间电阻增大，工作电压偏低，不能满足启动要求，并使极板严重膨胀，影响电池寿命；而装配较紧，不仅操作困难，长期充电后所引起的极板膨胀，会导致电池短路等质量隐患。通过对不同装配松紧度的电池进行综合性能测试，确定出适合大电流放电的优秀装配松紧度。
2.2技术特性：
2.2.1少维护性：阀控式GNC170镉镍超高倍率碱性蓄电池采用阀控式技术，气塞采用阀控式结构，平时处于关闭状态，减少电解液的碳酸盐化。当蓄电池充放电产生气体过多，蓄电池内部气体压力达到一定值时，蓄电池气阀自动打开减压；当内部压力减小时，气阀自动关闭，减少了水的损失，从而使其补水周期由原来的3个月提高到2年以上，大大延长了维护周期，达到了少维护的目的。
2.2.2高容量特性：作为内燃机车启动用蓄电池在启动过程中，瞬时放电电流高达2000A左右。根据机车使用条件及启动功率，确定蓄电池容量为170Ah；根据大电流放电所需的优秀电流密度，正负极板装配比例为34：33。由于极板片数较多且极板面积较大，为确保质量，便于拆卸、修理，极板组采用装配式结构。
2.2.3宽温度特性：阀控式GNC170镉镍超高倍率碱性蓄电池工作温度范围宽：能够在-40℃——+55℃范围内正常使用。
2.2.4大电流放电特性：由于阀控式GNC170镉镍超高倍率碱性蓄电池内阻很小，可持续提供1～15C5A放电,便于启动机车的启动使用。
3.测试结果
按上述性能设计制造的阀控式GNC170镉镍超高倍率碱性蓄电池，其电性能结果见表1：
从表1可看出，阀控式GNC170镉镍超高倍率碱性蓄电池各项性能都远超过标准要求，一致性好，能满足大电流放电需要。
4.装车实验
装车前，机车厂首先在地面上对该电池进行了容量检测，其平均容量为193.8Ah。阀控式GNC170蓄电池装车后按照铁道部TB/T2362-93行业标准对蓄电池进行不同荷电状态下全电压、低电压的启动能力实验。测试环境温度34℃，测试结果见表2。
表1.阀控式GNC170蓄电池电性能测试结果
测试项目
标准要求
测试结果
1#
2#
20℃
放电
性能
0.2C5A
≥5h
5h45min
5h30min
1C5A
≥54min
67min
65min
5C5A
≥8min
13.2min
12.8min
10C5A
≥2min
4.5min
4.1min
－18℃
放电
性能
0.2C5A
≥3h45min
4h54min
4h48min
1C5A
≥35min
62min
58min
2C5A
≥12min
31min
29min
5C5A
≥3.5min
8.4min
7.8min
荷电保持
0.2C5A
≥4h
5h30min
5h18min
恒压充电接受能力
0.2C5A
≥3h30min
5h17min
5h10min
表2阀控式GNC170蓄电池全电压（91.2V）、低电压（79.2V）启动柴油机测试结果
状态
容量百分数%
启动次数
开路电压V
启动电流A
启动电压V
启动时间S
全电压
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
低电压
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蓄电池全电压保留100%容量连续启动11次，保留60%容量连续启动6次，保留20%容量连续启动5次，低电压（去掉10只电池，仅有66只电池串联），保留100%容量连续启动6次，保留50%容量连续启动5次。
可看出，阀控式GNC170蓄电池完全达到铁道部TB/T2362—93行业标准不同荷电状态下全电压、低电压启动能力的要求。
5．结论
5.1阀控式GNC170镉镍超高倍率碱性蓄电池设计合理，具有优良的电性能，完全达到前述性能指标要求。
5.2阀控式GNC170镉镍超高倍率碱性蓄电池具有启动功率大、内阻小、壳体储液室大、透明度好、使用维护简单、耐过