HXD1C 蓄电池组充电模式改造分析

毕红雪高伟张铁竹魏强（1、郑州铁路职业技术学院河南郑州 450052；2、洛阳机车有限公司河南洛阳 470002）

摘要：本文介绍目前机车蓄电池组的充电模式，深入分析机车载蓄电池充电模式对蓄电池产生的影响，并通过对其原理和性能对比分析，指出改进方案。采用新型机车蓄电池组充电模式，可以灵活控制机车蓄电池组在充电过程中所受的不利影响，达到很高的控制精度，最终实现对蓄电池的高效充电，减少故障的发生率。

关键词：机车蓄电池组；充电模式；浮充电压；快速充电

0引言

阀控铅酸蓄电池在电力、交通、信息等方面应用非常广泛。在机车、汽车等大型运输设备中也具有非常重要的地位。铅酸蓄电池作为机车控制电路的备用电源，它是与接触网所产生控制电源并联使用的。从接触网获得控制电源是在机车正常行驶状态线；而当电力机车进入分相区时，主断路器断开，切断来源于接触网的电源，此时是靠蓄电池为机车整个控制电路供电的。所以，蓄电池本身运行状态和性能直接决定机车电源系统的可靠性和稳定性。

蓄电池使用性能和寿命受多方面因素制约，比如蓄电池本身的性能、工作环境、监控管理方式方法和充放电制度等方面。那么这些因素中影响蓄电池寿命最突出的是提出合理和完善的充放电控制方案。

1车载蓄电池组的充电机理

蓄电池的充电过程是通过外加的充电电压在蓄电池的正、负两极分别进行还原、氧化反应的过程，其目的是补充蓄电池在放电过程中损失的电量以恢复蓄电池的端电压。根据蓄电池充电理论，蓄电池在充电过程中所能接受的电流是接近呈指数规律变化的。为了获得优良的充电性能，可以控制实际的充电电流使其尽量接近这条特性曲线。此外，对于阀控式免维护铅酸蓄电池(valve regulated lead acid, VRLA)，环境温度对整个充电过程有很大影响，这是因为该型蓄电池端电压具有负温度系数，必须实时依据环境温度的变化控制浮充电压，降低出气率，减少板栅腐蚀和电解液的损失，以延长蓄电池的使用寿命。当前各机务段使用最为广泛的蓄电池组充电方式是恒压限流充电方式，系统使用机车辅助电源电压直接为蓄电池组充电，蓄电池组的充、放电过程合二为一。采用这种方法硬件实现容易、结构简单可靠。但是单靠辅助电源的输出电压无法达到对蓄电池组的最佳浮充电压，特别是在蓄电池组严重亏电时造成充电电流过大而对蓄电池组造成损坏，并且没有实现蓄电池的充电曲线所要求的多段恒流充电，也没有实现依据环境温度来调整浮充电压的功能。各机务段由于电池故障率较高，维护成本高，普遍有对这种现有方式进行改造的要求。目前进行技改的主要方案是在原有辅助供电系统的基础上加装蓄电池组专用充电器，通过蓄电池充电器对充电电压及电流进行变换，以满足蓄电池组的充电要求。

常规的充电方法主要有以下三种：恒流充电方式、恒压充电方式、恒流———恒压充电方式。目前，在机务段运行HXD1B、HXD1C机车充电模式设置情况有四种，主要是对蓄电池快速充电电压、浮充充电电压、浮充电转快速充电电压和快速充电转浮充的转换电流控制。

2.1具体蓄电池充电的各个参数值是：

1.快速充电电压：蓄电池电压为115.2V，每节电池电压为2.4V，电流限流在35A；

2.浮充电充电电压：蓄电池电压为108V，每节电池电压为2.25V；

3.浮充电转快速充电的条件是：蓄电池电压100.8V，此时每节为2.1V；

4.快速充电转浮充的转换电流：电流限制在3.5A

2.2蓄电池充电模式要求如下：

1.当检测到蓄电池电压小于100.8V时，充电机工作在快速充电状态，蓄电池充电电流被限制在35A±1A以下，输出电压为DC115.2V±1%。

2.当蓄电池充电电流减小到小于3.5A±0.5A时，充电机转换到浮充电状态，浮充充电电压为DC108.0V允差±1%。

3.未检测到蓄电池的电压低于100.8V时，蓄电池充电电流被限制在小于35A，浮充充电电压为108V。

充电曲线如图1：

图1目前在机务段运行HXD1C机车快速充电曲线

图2目前在机务段运行HXD1C机车浮充充电曲线

应用上述充电模式，存在蓄电池使用一段时间后性能下降导致热失控的可能。电池鼓包专业上被称为热失控。在蓄电池的充电末期，电池正极析出氧气，生成的氧气通过隔板与负极发生氧复合反应，生成水。整个过程是一个放热的过程，当蓄电池正常运行时，电池内部的氧气析出及氧气复合是一个相对同步的过程，电池内部不会发生水分散失，对电池无影响。所生成的热也会通过电池表面散出，维持蓄电池处于一个相对合适的温度。当环境温度较高时，电池内部会析氧加速，同时氧复合也就加快，生成大量的热。由于环境温度较高，氧复合生成的热量来不及散出，导致电池内部温度升高，从而又加速了氧气析出及氧复合速率（来不及复合的氧气也会通过电池阀体散出，造成电池内部失水，造成隔板与极板结合松弛，内阻增大，影响电池性能及寿命），又放出大量热量，并来不及散出，这样就形成一个恶性循环，最终导致电池内部温度升高严重，造成电池变形鼓肚现象频频发生。

上述充电模式中快速充电转浮充的条件是充电电流由35A下降到3.5A，对于新的蓄电池应用上述充电模式，根据丰日公司对蓄电池实际测试以及充电机型式试验，均可以正常转换，但是，蓄电池在使用一段时间后存在性能下降的可能，内阻增加，耐耗增大，蓄电池充电发热，存在充电电流难以正常下降到3.5A转浮充的条件的可能性，致使蓄电池长期处于115.2V高电压充电，从而加剧电池充电发热，形成恶性循环导致热失控造成蓄电池鼓包。根据到江岸机务段调研结果，发现存在机车长交路回段后上车检查发现电池仍有115.2V充电的情况发生，电池并未能顺利转换到108V浮充状态。

3蓄电池充电模式改进

蓄电池出现故障分析，为降低蓄电池热失控风险，解决蓄电池鼓包现象，充电模式调整情况如下：

3.1此模式由蓄电池供应商确定，洛阳机车有限公司确认，调整后的充电参数如下：

1.恒压限流充电模式1：蓄电池充电电压110V，每节电压为2.29V，限制电流0.15C10相当于25.5A；

2.恒压限流充电模式2：蓄电池充电电压112.8V，每节电压为2.35V，限制电流0.2C10相当于34A；

3.浮充充电电压：蓄电池浮充电电压108V，每节电压为2.25V；

4.进入浮充的转换电流：7A

3.2调整后的充电模式如下：

1.充电模式1：蓄电池组带载电压大于96V，蓄电池进入恒压限流充电模式，电源柜输出电压以110V（2.29V/节），限制电流值为0.15C10进行充电，当充电电流小于等于7A时，蓄电池转为108V（2.25V/节）浮充电。充电曲线如图3。

图3 HXD1C机车充电模式1充电曲线

2.充电模式2：蓄电池组带载电压小于等于96V时，电源柜输出以恒压为112.8V（2.35V/节），限制电流流为0.2C10进行充电。当电流小于等于 0.15C10 时电池转入 110V（2.29V/节）恒压充电模式，蓄电池充电电流小于等于7A时，蓄电池转为108V（2.25V/节）浮充电。充电曲线如图4。