1、2014屆畢業設計說明書課題名稱：城軌車輛蓄電池的檢修與維 護二級學院鐵道牽引與動力學院班 級學生姓名指導老師完成日期 2013 年12月2014屆畢業設計任務書一、課題名稱：城軌車輛電氣設備的維護與檢修二、指導老師：三、設計內容與要求1、課題概述城軌車輛檢修包括機械檢修和電氣檢修兩大部分，其中電氣檢修又包括電器設備檢修和電氣系統檢修，本課題將重點研究城軌車輛電器設備的檢修與維護。本課題將從電器的功能、結構、工作原理、安裝、操作及檢修維護等5個方面對城軌車輛的主要電器設備進行研究。2、設計內容及要求(1)城軌車輛受電弓的檢修與維護(2)城軌車輛避雷器、高壓互感器的檢修與維護(3)城軌車輛轉換開

2、關、高壓隔離開關的檢修與維護(4)城軌車輛司機控制器的檢修與維護(5)城軌車輛用繼電器的檢修與維護(6)城軌車輛用接觸器的檢修與維護(7)城軌車輛蓄電池的檢修與維護(8)城軌車輛傳感器的檢修與維護設計參考書1、城軌車輛檢修鐵道出版社2、牽引電器西南交通大學出版社設計說明書要求1 .封面2 .目錄3 .內容摘要(200400字左右，中英文)4 .引言5 .正文（設計方案比較與選擇、設計方案原理、計算、分析、論證，設計結果的說明及特點）6 .結束語7 .附錄（參考文獻、圖紙、材料清單等）畢業設計進程安排8 1周：資料準備與借閱，了解課題思路。9 2-3周：設計要求說明及課題內容輔導。10 7周：進

3、行畢業設計，完成初稿。11 -10周：第一次檢查，了解設計完成情況。12 1周：第二次檢查設計完成情況，并作好畢業答辯準備。13 2周：畢業答辯與綜合成績評定。畢業設計答辯與論文要求1.畢業設計答辯要求1）答辯前三天，每個學生應按時將畢業設計說明書或畢業論文、專題報告等必要資料交指導教師審閱，由指導教師寫出審閱意見。2）學生答辯時，自述部分內容包括課題的任務、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻、設計的基本內容和主要方法、成果結論和評價。3） 答辯小組質詢課題的關鍵問題，質詢與課題密切相關的基本理論、知識、設計方法、實驗方法、測試方法，鑒別學生獨立工作能力、創新能力。2 .畢業設計論文要求文

4、字要求：說明書要求打印（除圖紙外），不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，五錯別字，不允許抄襲。3 .圖紙要求：按工程制圖標準制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細均勻，圓弧連接光滑，尺寸標注規范，文字注釋必須使用工程字書寫。4 .曲線圖要求標準：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準用畫，必須按國家規定的標準或工程要求繪制o本畢業設計針對我國鐵路車輛所使用的各種蓄電池進行研究，首先概述性介紹蓄電池的結構、種類及發展歷史，之后，重點介紹了鐵路車輛用蓄電池的檢修 與維護及維修工作內容及要求。通過對這些方面的學習，使我對蓄電池的使用保 養和小故障處理具有了一定的認識，使這些方面的能力得到一定

5、的提升。另外，本論文也涵蓋了對新型蓄電池的部分介紹， 讓我對蓄電池的新技術有 所了解，拓展了蓄電池的認知度及選用范圍。關鍵詞：鐵道車輛蓄電池 檢修abstractthe various batteries used in graduate design in view of china's railway vehicle is studied, firstly generally introduces structure, types and the development history, battery, focuses on the battery repair and main

6、tenance and repair work contents and requirements for railway vehicle. based on these aspects of learning, make me on the battery maintenance and fault treatment has a certain understanding, so that the capacity of these areas have been improved.in addition, this paper also covers the battery part,

7、let me understand the new technology to the battery, expand the awareness and the selection range of battery.keywords: railway vehicle battery maintenance第1章蓄電池概述 11.1 蓄電池在電力機車上的應用 21.2 供電蓄電池 31.3 起動蓄電池 41.4 堿性蓄電池與酸性蓄電池比較 51.5 新型蓄電池 6第2章蓄電池的結構 102.1 tg型鉛蓄電池 102.2 鎘饃堿性蓄電池 122.3 閥控型鉛酸蓄電池 142.4 閥控式鉛酸電池

8、與膠體電池的差異 17第3章蓄電池的工作原理 193.1 閥控式蓄電池的結構原理 193.2 閥控式蓄電池的工作原理 19第4章蓄電池的故障分析 234.1 影響閥控式蓄電池使用壽命的主要因素 234.2 常見故障的原因分析 26第5章閥控式鉛酸蓄電池的維護與檢修 295.1 環境對蓄電池的影響 295.2 閥控密封鉛酸蓄電池常見問題 305.3 蓄電池的測試 305.4 閥控密封鉛酸蓄電池的維護 325.5 閥控密封鉛酸蓄電池的檢修 35第6章心得體會 39參考文獻 40第1章蓄電池概述蓄電池是化學能與電能相互轉換的裝置，它能把電能轉變為化學能儲存起 來，使用時再把化學能轉變為電能，而且變換

9、的過程是可逆的。以上兩個過程， 前者稱為充電，后者稱為發電。根據極板所用的材料和電解液性質的不同， 蓄電 池一般可分為酸性（鉛）蓄電池和堿性蓄電池兩大類。 堿性蓄電池按其極板活性 物質的不同，又可分為鐵鍥蓄電池和鎘鍥蓄電池等系列。鉛酸蓄電池的發明至今已有一百多年的歷史，因其價格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環境溫度范圍等優點使 其在化學電源中一直占有絕對優勢。到 20世紀初，鉛酸蓄電池歷經了許多重大 的改進，提高了能量密度、循環壽命、高倍率放電等性能。然而，開口式鉛酸蓄 電池有兩個主要缺點：（1）充電末期水會分解為氫、氧氣體析出，需經常加酸、加水，維護工作

10、繁重；（2）氣體溢出時攜帶酸霧，腐蝕周圍設備，并污染環境，限制了電池的應用。鉛酸蓄電池是1859年g.plante發明的。自鉛酸蓄電池被發明以來，因其價 格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和適于大電流放電等特點，目前已成為 世界上產量最大、用途最廣泛的蓄電池品種。鉛酸蓄電池經過一百多年的發展， 技術不斷更新，現已被廣泛應用于汽車、通信、電力、鐵路、電動車等各個領域。 以產品的結構形式分類，可以分為開口式、富液免維護式、玻璃絲棉隔板吸附式 閥控密封型（agm、閥控膠體型（gel）等幾大類產品。 國內小型電動車上用的 鉛酸蓄電池主要是agmr附式和膠體兩類閥控密封型蓄電池產品，目前agmr附 式

11、蓄電池在市場上占主導地位。膠體蓄電池因生產難度大、技術水平高、國內膠 體材料不穩定、生產成本高等原因，國內只有少數幾家蓄電池廠在生產， 而且用 戶反映產品質量并沒有明顯的提高。 據國外權威蓄電池研究機構報道，膠體動力 型蓄電池綜合技術指標和壽命明顯優于普通的 agmr附式蓄電池，膠體蓄電池是 動力型鉛酸蓄電池的發展方向。根據熱力學原理，鉛酸蓄電池的電動勢是 2v,同樣額定電壓也是2v,所以我們日常見到的鉛酸蓄電池產品的電壓都是 2v的倍 數。我們常用的6v和12v電池分別是由3個和6個內部串聯的2v蓄電池單元組 成的。像我們日常見到的其他種類電池一樣， 鉛酸蓄電池的每個單元也分正極和 負極。鉛

12、酸蓄電池的正極是以結晶細密、疏松多孔的二氧化鉛作為儲存電能的物 質，正常為紅褐色，負極是以海綿狀的金屬鉛作為儲存電能的物質， 正常為灰色。 正極和負極儲存電能的物質統稱為活性物質。 鉛酸蓄電池用純凈的稀硫酸作為電 解液，比重一般在1.21.3g/ml之間，電解液的主要作用是參加極板上的化學反 應、導通離子和降低電池反應時的溫度。蓄電池的正極和負極之間由隔板隔開， 吸附式密封蓄電池的隔板是由超細玻璃絲綿制作的，這種隔板可以把電解液吸附 在隔板內，吸附式密封蓄電池的名稱也是由此而來。 膠體蓄電池的隔板種類比較 多，而且很多廠家還使用多種材料復合的隔板。近二十年來，為了解決以上的兩個問題，世界各國競

13、相開發密封鉛酸蓄電池， 實現電池的密封，獲得干凈的綠色能源。1969年，美國登月計劃實施，閥控式 密封鉛酸蓄電池和鎘鍥電池被列入月球車用動力電源，最后鎘鍥電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術從此得到發展。1992年，經過許多年努力并付出高昂代價 的情況下，密封鉛酸蓄電池得到了廣大用戶的認可。其基本特點是使用期間不用 加酸加水維護，電池為密封結構，不會漏酸，也不會排酸霧，電池蓋子上設有 單 向排氣閥（也叫安全閥），該閥的作用是當電池內部氣體量超過一定值（通常用 氣壓值表示），即當電池內部氣壓升高到一定值時，排氣閥自動打，排出氣體， 然后自動關閥，防止空氣進入電池內部。vria 電池就是閥控式密封鉛酸

14、蓄電池。它誕生于 20世紀70年代，到1975 年時，在一些發達國家已經形成了相當的生產規模，很快就形成了產業化并大量投放市場。這種電池雖然也是鉛酸蓄電池，但是它與原來的鉛酸蓄電池相比具有 很多優點，而倍受用戶歡迎，特別是讓那些需要將電池配套設備安裝在一起（或一個工作間）的用戶青睞，例如ups電信設備、移動通信設備、計算機、摩托 車等。這是因為vria電池是全密封的，不會漏酸，而且在充放電時不會象老式 鉛酸蓄電池那樣會有酸霧放出來而腐蝕設備， 污染環境，所以從結構特性上人們 把vrla電池又叫做密閉（封）鉛酸蓄電池。為了區分，把老式鉛酸蓄電池叫做開 口鉛酸蓄電池。由于vria電池從結構上來看，

15、它不但是全密封的，而且還有一 個可以控制電池內部氣體壓力的閥，所以 vrla&酸蓄電池的全稱便成了 “閥控 式密閉鉛酸蓄電池”。1.1 蓄電池在電力機車上的應用蓄電池作為電力機車的備用電源和啟用電源， 具作用主要包括：在降弓狀態 下位機車的控制電路、低溫預熱電器、輔助壓縮機、照明顯示等低壓電器提供 110 v直流電源，保證機車開弓并投入工作，在電力機車運行中110v控制電源發 生故障時，給控制電路提供電源來維持機車的短時故障運行；機車在正常運行過程中對控制電源起濾波作用，以降低控制電源的紋波系數，提高控制電源的品質； 為機車的低壓試驗提供控制電源和為機車的故障檢查提供照明電源。從我國首

16、臺電力機車問世直至20世紀90年代中期，我國電力機車一直采用 普通的鎘鍥堿性蓄電池（鐵殼體）。隨著對蓄電池性能要求的提高，原有的蓄電 池固有的一些缺陷（如漏液、故障率高、存在記憶效應、每運行半年左右需要換液維護等)與電力機車對蓄電池的運用要求之間的矛盾愈益明顯。而閥控式免維護型鉛酸蓄電池作為新產品，以其比能量高、常溫放電性能平穩、少維護(終生 免換液)、無記憶效應、不漏液(塑料外殼)、一次性價格低等特點迅速在電力 機車領域得到廣泛應用。此后，在20世紀90年代末期，鎘鍥堿性蓄電池的研發 工作取得了較大的發展，研制出具有少維護、壽命長、耐過充過放、應用溫度范 圍寬、不漏液(塑料外殼)等特點的鎘鍥

17、堿性蓄電池。從此酸堿兩種少維護型蓄 電池均在電力機車領域獲得了應用。下面是機車車輛用鉛、堿性蓄電池的種類如 表 1-1 0表1-1機車車輛用鉛、堿性蓄電池的種類種類型式極板主要使用機車車輛負荷鉛蓄電池tra12trp15tre（密封式）糊膏式jr線客車jr線內燃動車jr新干線車內燈發電機組啟動車內燈堿，莊蓄電池aeam-pae-s(密封式)qfym(組合式)qca-t密封式)盒式jr線電動車組私鐵電動車組jr新干線私鐵電動車組新交通國營、私營車內燈控制 輔助電源1.2 供電蓄電池傳統供電電源使用的蓄電池為 tg型酸性鉛蓄電池或 gn型堿性鎘鍥蓄電池，其主要規格如表1-2所示。表1-2 供電蓄電

18、池主要規格型號生產國額定容 量(a h)額定 電壓 (v)充電放電 電流 (a)電解液比重蓄電池 全重量 (kg)電流 (a)時間 (h)夏季冬季酸性鉛蓄電池tg-540tg-450tg-350bh-400bh-400中國 中國中國 前蘇聯 前蘇聯540450350400222260504460715715715544535701.231.231.231.271.281.281.281.27504402606212.81.2844.5t4b-39德國390262781.261.26340堿性饃鎘蓄電池gn-250中國25050501.201.2818.4gn-300中國3001.2608601

19、.201.2821.0th-350前蘇聯3501.2908751.201.20179156.33德國37575751.201.2715.9普通客車及德國進口空調客車，采用軸驅式發電機與蓄電池組并聯供電。當車輛停站或低速運行時，車輛停止轉動或低速轉動，軸驅式發電機尚未建立足夠 電壓，車上電燈、電扇，電動水泵以及空調機組，此時，均由蓄電池組供電。普 通客車采用48v直流電源，蓄電池組由24只鉛蓄電池串聯而成；空調客車采用 110v直流電源，由56只鉛蓄電池或者78只鎘鍥蓄電池串聯成組。dc600v/380v兼容集中供電空調客車，為了保證照明、通風及控制電器使 用不間斷電源，采用dc110v供電裝置

20、。這種裝置由充電器、蓄電池組等部件組 成。其中，蓄電池組采用78節中倍率堿性蓄電池，200km/h電力動車組采用德 國產鎘鍥免維護電池額定電壓為 93.6v,容量為100a h,額定充電電壓為115v, 最大允許充電電池為25a。充電器將dc600v直流電變換成dc110v直流電， 向蓄電池充電的同時，向dc110v用電負載供電。當摘掛機車或停電時，由蓄電 池供給照明、通風及控制電器等用電。1.3 起動蓄電池發電車和帶有空調裝置的軟臥車或公務車中的柴油發電機組，用起動蓄電池驅動直流電動機起動柴油機，使柴油機轉速達100r/min以上。起動蓄電池具有大電流(4001000a)放電、蒸儲水消耗多、

21、充放電頻繁的 工作特點。常用的鉛蓄起動蓄電池型號和規格如表1-3。表1-3鉛蓄起動蓄電池型號和規格型號額定電壓(v)計里標準(kv a h)凈重(kg)+30 c起動放電經常充電a階段第二階段電流(a)時間(min)容量(a-h)電流(a)時間(h)電流(a)時間(h)6-q-126121.512463805.53512.68106.3686-q-140121.680504205.538.614.08107.0681.4 堿性蓄電池與酸性蓄電池比較現在國內鐵路客車常用的蓄電池為鉛酸蓄電池和鍥鎘堿性蓄電池，下面是這兩者的區別。1.4.1 鉛酸蓄電池特點(1)鉛蓄電池單只初置成本較低。(2)酸性蓄

22、電池可以用測電解液密度的方法來了解容量，堿性蓄電池則無 此項簡單方法。(3)單位重量的容量較小、壽命小于 1000次充放電循環(約34年)。(4)靜置1個月的自放電損失電能達30%左右。(5)應用和維護保養工作中有氫氣和硫酸污水產生，制造過程要防止工人 鉛中毒。(6)鉛蓄電池使用h2so4作為電解液，腐蝕蓄電池池箱，容易造成車體漏 電。1.4.2 鎘鍥堿性蓄電池的特點(1)理論重量比能量k大于鉛酸蓄電池(2)鎘鍥堿性蓄電池自放電較鉛酸蓄電池笑，常溫下貯存1個月，自放電為 10%。(3)鎘鍥堿性蓄電池在-40c環境下工作容量降低至 65%,鉛酸電池則為 30%左右。(4)壽命長。全充電放電達10

23、002000次循環，浮充電(指蓄電池與恒壓 直流電源一直并聯在一起，使其保持全充電狀態的一種充電方式) 狀態使用壽命 可達15年左右。(5)結構牢固，耐高溫及大電流充電。鎘鍥堿性蓄電池雖具有上述優點，但加工較復雜加之原材料昂貴，故初置成 本較高，而且鎘也會造成環境污染和工業中毒問題。 此外季節不同，使用的電解 液成分也不同。1.5 新型蓄電池下面就是國內新型蓄電池一一閥控式密封鉛酸(vria)蓄電池和膠體電池的介紹。1.5.1 閥控式密封鉛酸蓄電池目前國內外生產的vrlas電池主要采用兩種技術：agmk術和gelm術。 agmk術是貧液式設計，電池內部沒有流動的電解液，它采用超細玻璃棉隔板，

24、隔板吸收了足夠的電解液后仍保持 10%£右的孔隙作為氧氣的復合通道， 正極析 出的氧到負極復合，以實現氧的循環。它具有自放電小、充電效率高的優點，極 群采用緊裝配，內阻小，適合大電流放電，氣體復合效率高，酸霧逸出少，初期 容量較高，有較好的低溫放電性能。gel技術即生產膠體電池的技術。膠體電池中氧的復合通道是膠體收縮時所 產生的裂紋，由于采用富液式設計，深放電的恢復特性較好，能防止電解液干涸， 膠體的固定作用使電解液幾乎不存在分層現象，在較高的環境溫度下，膠體電池有較長的壽命。但膠體電池在使用初期，裂紋少，復合效率低，控制閥經常打開 排放酸霧，無法充分體現密封蓄電池在環保方面的優越性

25、。經過一段時間，裂紋增多，這個缺點自然而然就會被克服。1.5.2 膠體電池膠體電池屬于鉛酸蓄電池的一種發展分類，最簡單的做法，是在硫酸中添加 膠凝劑，使硫酸電液變為膠態。電液呈膠態的電池通常稱之為膠體電池。廣義而言，膠體電池與常規鉛酸電池的區別不僅僅在于電液改為膠凝狀。例如非凝固態的水性膠體，從電化學分類結構和特性看同屬膠體電池。又如在板柵中結 附高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的應用特色。 近期已有實驗室 在極板配方中添加一種靶向偶聯劑， 大大提高了極板活性物質的反應利用率， 據 非公開資料表明可達到70wh/kg的重量比能量水平，這些都是現階段工業實踐及 有待工業化的膠體電池的應

26、用范例。膠體電池與常規鉛酸電池的區別，從最初理解的電解質膠凝，進一步發展至 電解質基礎結構的電化學特性研究，以及在板柵和活性物質中的應用推廣。 其最 重要的特點為：用較小的工業代價，沿已有150年歷史的鉛酸電池工業路子制造 出更優質的電池，具放電曲線平直，拐點高，比能量特別是比功率要比常規鉛酸 電池大20犯上，壽命一般也比常規鉛酸電池長一倍左右，高溫及低溫特性要好 得多。膠體電池是目前世界上各項性能最優越的閥控式鉛酸免維護蓄電池，它在使用時性能穩定，可靠性高，使用壽命長，具有以下的技術特點：(1)采用固體凝膠電解質。在同等體積下，電解質容量大，熱容量大，熱消散 能力強，能避免一般蓄電池易產生的

27、熱失控現象。對環境溫度的適應能力(高、 低溫)強。(2)內部無游離的液體存在，無內部短路的可能。(3)電解質濃度低，對極板腐蝕弱；濃度均勻，不存在酸分層的現象。(4)采用無睇合金電池極板，電池自放電率極低.在20攝氏度下電池存放兩年不 需補充電.(5)超強的承受深放電及大電流放電能力，有過充電及過放電自我保護.電池在 100峨電后仍可繼續接在負載上,在四周內充電可恢復至原容量。(6)長時間放電能力及循環放電能力強。(7)采用高靈敏度低壓傘式氣閥(德國陽光公司專利)，無滲液 鼓脹現象。(8)采用滑動密閉技術(德國陽光公司專利)，即允許由電化學反應必然產生的電 池使用后期的的極柱生長，又能保證其極

28、高的密封性能。(9)大容量電池采用正極管式極板，電池單體最大可做到2v 3000ah;浮充使用 壽命最長可達20年。1.5.3 兩種新型電池的對比我們從熱失控、使用壽命和復合效率來進行比較。首先我們先了解下熱失控 和復合效率的定義。熱失控指的是：電池在充電后期（或浮充狀態）由于沒有及時調整充電電壓， 使電池的充電電流和溫度發生一種累積性的相互增強作用， 此時電池的溫度急劇 上升，從而導致電池槽膨脹變形，失水速度加大，甚至電池損壞復合效率指的是：充電時正極產生的氧氣被負極吸收復合的比率。 充電電流、 電池溫度、負極特性和氧氣到達負極的速度等因素，均會影響密封電池的氣體復 合效率。當ag超封鉛蓄電

29、池在使用不當時.而出現的一種具有很大破壞性的現象。 這是由于agm6封鉛蓄電池采用了貧液式緊裝配設計，隔板中必須保持10%勺孔隙不準電解液進入，因而電池內部的導熱性差，熱容量小。充電時正極產生的氧 到達負極和負極鉛反應時會產生熱量， 如不及時導走，則會使電池溫度升高；如 若沒有及時降低充電電壓，則充電電流就會加大，析氧速度增大，又反過來使電 池溫度升高。如此惡性循環下去，就會引起熱失控現象。對于開口式鉛蓄電池而言，由于不存在陰極吸收氧氣現象，再加上其電解液 量比較大，電池散熱容易，熱容量也大，當然不會出現熱失控現象。膠體密封鉛 蓄電池的電解液量用得和開口式鉛蓄電池相當， 極群周圍及與槽體之間充

30、滿凝膠 電解質，有較大的熱容量和散熱性，不會產生熱量積累現象。影響閥控式密封鉛蓄電池使用壽命的因素很多，既有電池設計和制造方面的 因素，又有用戶使用和維護條件方面的因素。 就前者而言，正極板柵耐腐蝕性能 和電池的水損耗速度乃是兩個最主要的因素。由于正板柵的厚度加大，采用 pb c=sn-a1四元耐蝕合金，則根據板柵腐蝕速度推算，電池的使用壽命可達 1015年。然而從電池使用結果來看，水損耗速度卻成為影響密封電池使用壽命 的最關鍵性因素。對于agm6封鉛蓄電池而言，由于采用貧液式設計，電池容量對電解液量極 為敏感。電池失水10%容量將降低20%損失25%份，電池壽命結束。然而膠 體密封鉛蓄電池采

31、用了富液式設計， 電解液密度比ag晡封鉛蓄電池低，降低了 板柵合金腐蝕速度；電解液量也比后者多15%- 20%對失水的敏感性較低。這些 措施均有利于延長電池使用壽命。 根據德國陽光公司提供的資料，膠體電解液所 含的水量足以使電池運行1214年。電池投入運行的第一年，水損耗4%-5%隨 后逐年減少，4年之后總的水耗損只有2% 2v型密封電池在2.27v/單體條件下浮 充運行10年后，其容量還有90%從國內一些郵電通信部門的反映來看，雖然膠 體密封鉛蓄電池售價較高，但其使用壽命卻長于國產的 agm®封鉛酸蓄電池。膠體密封鉛蓄電池產品使用初期，氧復合效率較低，但運行數月之后，復合 效率可達

32、95%z上。這種現象也可以從電池的失水速度得到驗證，膠體密封鉛蓄 電池運行第一年失水速度較大，達到4%-5%以后逐漸減少。造成上述特性的主 要原因，看來膠體電解質在形成初期，內部沒有或極少有裂縫，沒有給正極析出 的氧提供足夠的通道。隨著膠體的逐漸收縮，則會形成越來越多的通道，那么氧 氣的復合效率必然逐漸提高，水損耗也必然減少。agm式密封鉛蓄電池隔膜中有不飽和空隙，提供了大量的氧氣通道，因而其 氧氣復合效率很高，新電池可以達到90%z上。39第2章蓄電池的結構1.1 tg型鉛蓄電池在我國鐵路客車上使用的酸性蓄電池為 tg型（t表示鐵路用，g為本型電 池采用管式正極板）。tg型鉛蓄電池的結構如圖

33、2-1所示。圖2-1 tg型鉛蓄電池結構圖1-負極板2-膠槽3-正極板4-防護板5-瀝青6-注液孔7-浮標8-浮標孔蓋 9-電池蓋10-極柱卡11-浮標套12-隔板1 .正極板群：為增大蓄電池的容量，獲得較大的放電電池，蓄電池的極板 由10片組成。每片正極板又由板珊鉛芯、套管和作用物質三部分構成。2 .負極板群：負極板群是由11片涂膏式負極板組成，每片負極板由珊格狀 基板和鉛膏兩部分構成。在蓄電池極板群的制作中，均令負極板片數比正極板片 數多一片，這是由于蓄電池在放電時正極板上的二氧化鉛要變成硫酸鉛，作用物質體積發生膨脹，如果正極板和負極板數量相同，放電時最外側的一塊正極板只 一面發生作用，易

34、產生單面膨脹造成極板彎曲。新造蓄電池在工廠內要進行化成 充電，其目的是使兩極板上的作用物質（此時的極板為生板）電化成有用的作用 物質，即正極板上為多孔性的二氧化鉛，負極板上為海綿狀鉛，同時具有疏松適 度的結構3 .隔板：隔板用來隔離正、負極板，防止它們互相短接。4 .電池槽：電池槽是盛裝極板群和電解液的容器，其底部做有支持極板的 腳墊，以防止作用物脫落造成極板底部短接。5 .電池蓋及浮標：電池蓋見圖2-2,電池蓋上有極柱孔、注液孔及浮標孔， 浮標孔蓋中央處裝有浮標套、浮標和浮標孔蓋，浮標是指示電解液液面高度的裝 置，它的上部有三條指示線，中間為藍色，其他兩條為紅色。當藍色指示線與浮 標孔蓋頂面

35、在同一水平時，表示液面高度合適，當上端或下端紅線與浮標孔蓋頂 面在同一水平線時表示液面高度已達到最低或最高限，遇此情況應對液面高度進 行調整。注液孔上旋有注液孔蓋，其側面有排氣孔。注液孔蓋旋下后可以給電池 補液，充電時電池內產生的氣體可從排氣孔排出。電池蓋及浮標結構如圖2-2圖2-2電池蓋及浮標結構圖 1-電池蓋2-注液孔蓋 3-浮標孔蓋 4-排氣孔 5-浮標套6-浮標6 .鉛蓄電池電化反應方程式：pbo2+2h2so4+pb=pbsq+2h2o+pbsc42.1.1電解液鉛蓄電池的電解液是用濃硫酸和純水按一定密度調制而成的稀硫酸。所用的濃硫酸是一種無色、無臭的透明油狀體，在15c時的密度為1

36、.835,含純硫酸93.2%,所用的水必須是經過凈化的水(蒸儲水)，不能用自來水和其他天然水代 替。其中蒸儲水中氯離子含量不得大于 5.5mg/l,鐵離子含量不得大于5.0mg/l, 蓄電池用蒸儲水作電導實驗時，其絕緣值應大于或等于0.3mq。tg型電池充電后的密度一般選為1.260 0005 (30c)；放電后的密度不宜過低，一般選為1.150 (30c)。2.1.2鉛蓄電池的特性1 .電動勢：在實際運用中，鉛蓄電池的電動勢可按e=0.85+d計算，式中d是電解液在極板有效物質細孔中的密度值(15c)。蓄電池的電動勢在充電后略 有降低，在放電后略有升高。2 .端電壓：蓄電池的端電壓隨電流充放

37、電的狀態而變化。放電時端電壓降 低，充電時端電壓要比電動勢高，相差的數值等于放電電流或充電電流在電池內 阻上的電壓降。3 .容量：蓄電池由充電充足狀態，放電至規定終止電壓時所放出的總電量 為蓄電池的容量，它表現出蓄電池的蓄電能力。當蓄電池以恒定電流放電時，它 的容量c等于放電電流值i放放電時間t放的乘積，單位為 a h,即c=i放t 放。蓄電池的容量大小與很多條件有關，如蓄電池的充電程度、放電電流、放電 時間；電解液的比重、溫度；電池的效率和新舊程度以及蓄電池極板表面進行電 化反應時參加反應的作用物質的多少等。影響運行中蓄電池容量的主要因素有以 下兩個方面：(1)放電率：蓄電池放電至終了電壓的

38、快慢叫做放電率。放電率可以用放 電電流的大小或者放電至終了電壓的時間長短來表示。例如：一只 315a h容 量的蓄電池，以52.5a電流放電，6h后到達終了電壓。此時，如用電流表示放 電率為52.5a率；如以時間表示則為6h率。一般放電率多用時間表示。(2)電解液溫度：電解液溫度高時，蓄電池容量增大。反之容量下降。4 .內阻：蓄電池的內阻包括極板的電阻，電解液的電阻以及作用物質細孔 內所含電解液的電阻等，其中主要是作用物質的電阻和電解液的電阻。 蓄電池的 內阻與電解液的溫度成反比，溫度高時內阻小，溫度低時內阻大。止匕外，電池的 內阻還隨電池充放電程度而變化，充電時內阻逐漸減小，放電是內阻逐漸增

39、大。5 .自放電：蓄電池在外電路開路時其容量的無益消耗稱為自放電。造成鉛 蓄電池自放電的因素很多，如負極板海綿狀鉛的自動溶解，正極板二氧化鉛的自 動還原和電解液中混有有害雜質等，都能引起自放電的產生。6 .效率：表示蓄電池電量或能量利用程度的百分數稱為蓄電池的效率。蓄 電池的效率的表示方法有兩種，即安時效率和瓦時效率。蓄電池的安時效率一般 能達到85%90%,瓦時效率能達到70%。2.2 鎘鎮堿性蓄電池某些城市軌道交通車輛采用的 gn-100型鎘鍥堿性蓄電池組，由74個蓄電池 串聯而成，每個蓄電池的標稱電壓為 1.25v,容量為100a h,蓄電池組的標稱 電壓為92.5v。具型號意義如下：g

40、-鎘(負極板材料)n-鍥(正板極材料)100-蓄電池容量（ah）。城市軌道交通車輛的蓄電池組與輔助逆變裝置輸出的低壓電源并聯，是城市軌道交通上直流控制電源的輔助電源， 并兼作低壓電源的濾波元件。在開弓前及 低壓電源發生故障時，由蓄電池組向車輛控制電路供電；低壓電源正常工作時， 蓄電池處于浮充電工作狀態。蓄電池主要由兩種不同金屬組成的正負極板、電解液以及容納極板和電解液 的電槽組成，gn-100型鍥鎘堿性蓄電池結構如圖 2-3所示。圖2-3 gn-100型鎘饃堿性蓄電池結構1-正極板；2-正極板引線端；3-負極板；4-負極板引線端；5-硬橡膠棍；6-電槽；7-帶有開關作用的螺釘塞；8-電解液正、

41、負極板用穿孔鋼帶制成的匣子分別裝入正、負活性物質（氧化鍥、鎘鐵 合金等）構成，鋼帶上的小孔用于排出充電時所形成的氣體， 便于電解液的流通。 正、負極板分別焊在各自帶有接線柱的匯流排上，組成極板組。安裝時將正、負 極板交錯排列，并采用硬橡膠棍隔離，再通過各自的引線端柱固于槽蓋上。 正極 板與電槽直接相連，負極板與電槽絕緣，故負極板比正極板略窄，以防負極板與 電槽相連，形成正、負極板間的短路。由于正極板活性物質單位質量的電容量少 于負極板的活性物質，故在鎘鍥蓄電池中，正極板比負極板多一塊，即6塊正極 板，5塊負極板。電槽用鍍鍥鋼板制成。由于堿性電池的電槽本身也是一個電極， 所以必須注 意各電池之間

42、以及電池與地之間的絕緣，以防短路。槽蓋上有三個小孔，左、右 兩孔用于引出正、負極性，并在正極柱旁注明有“ +”號標志；中間一個為注液 孔，孔內裝有帶開關作用的氣塞。氣塞有三個作用：一個是防止外部空氣中的二 氧化碳侵入后產生了碳酸鹽，降低電池的容量；二是防止蓄電池短時翻轉電解液外流；三是能使電池內部的氣體增加到一定量時通過氣塞排除，以免電池中氣壓過高。電解液是根據使用蓄電池的環境溫度配制的，使用合理，可以延長蓄電池的壽命，保證其額定容量。車輛在運行一段時間以后，當蓄電池電壓低于終止電壓（一般規定終止電壓 為1.1v）時，蓄電池不適宜繼續放電，應及時的充電，并須補充蒸儲水或者電 解液。蓄電池以恒定

43、的電流充電時，其充電制有初充電制、標準充電制和快速充 電制三種。對gn-100型鎘鍥堿性蓄電池，不同充電制時的充電電流和充電時間 如下。初充電制：先用25a充6h,再用12.5a沖6h （放電時用12.5a放4h）;標準充電制：25a充7h;快速充點制：50a充2.5h ,再用25a充2h。快速充電方法僅在特殊情況下 使用，不能作為經常的充電制度。2.3 閥控型鉛酸蓄電池2.3.1 閥控型鉛酸蓄電池的結構組成板柵：由鉛合金經過模具鑄造形成柵格狀的物體，用于支撐活性物質、傳導電流。極板：板柵上涂膏后稱為極板，它提供電化學反應的活性物質，是電化學反 應的場所，電池容量的主要制約者。根據所涂鉛膏性質

44、的不同分為正極板和負極 板。隔板：儲存電解液；作為氧氣復合的氣體通道；防止活性物質脫落；防止正 負極之間短路。槽蓋：盛裝極群。極柱：直接焊接在匯流排上，用以連接連接條，傳導電流。安全閥：安全閥安裝在電池蓋上，由閥體和安全閥共同組成，使電池保持一 定內壓，提高密封反應效率；過充電或高電流充電時，安全閥打開排出氣體，防 止電池變形甚至生爆炸；防止外界空氣進入電池；防止電解液揮發。2.3.2 閥控型鉛酸蓄電池的容量電池在一定放電條件下所能給出得電量稱為電池的容量， 以符號c表示。常 用的單位為安培小時，簡稱安時（a.h）或毫安時（ma.h）。通常在c的下角處標 明放電時率，如c10g明10小時率的放

45、電容量；c3s明3小時率的放電容量。（1）容量分類電池的容量可分為理論容量、額定容量、設計容量和標稱容量。理論容量是活性物質的質量按法拉第定律計算而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質量電池所能給出的理 論電量，單位為a.h/kg或a.h/l。實際容量是指電池在一定條件下所能輸出的 電量。它等于放電電流與放電時間的成績，單位為 a.h,其值小于理論容量。因 為組成設計電池時，除活性物質外還包括非反應成分如外殼、導電零件等，同時還與活性物質被有效利用的程度有關。額定容量是按國家或有關部門頒布的標準， 保證電池在一定的放電條件下應 該放出的最低限度的容量。標

46、稱容量是用來鑒別電池安時值，只標明電池的容量 范圍而沒有確切值，因為在沒有指定放電條件下，電池的容量是無法確定的。（2）影響實際容量的因素電池的實際容量主要與電池正、負極活性物質的數量及利用的程度（利用率） 有關，而活性物質利用率主要受放電制度、電極的結構、制造工藝等方面的影響。 使用過程中影響實際容量的是放電率、放電制度、終止電壓和溫度。放電制度指放電速率、放電形式、終止電壓和溫度。高速率即大電流。低溫 條件下放電時，將減少電池輸出的容量。放電速率簡稱放電率，常用倍率和時率表示。時率是以放電時間表示的放電速率，即以某電流放電至規定終止電壓所經歷 的時間。例如某電池額定容量是10小時率時為50

47、0ah,即以c1的500ah表示，則 電池應以500/10 =50a （即i10=50a）的電流放電，連續放電10h為合格。倍率是指電池放電電流的數值為額定容量數值的倍數。電池放電倍率越高， 放電電流越大，放電時間就越短，放出的相應容量越少。如放電電流表示為0.1c10,對于一個500ah （c10）的電池，即以0.1 x500=50a的電流放電；1c10® 指500a的電流放電。c的下腳標表示放電時率。終止電壓指電池放電時電壓下降 到不宜再繼續放電時的最低工作電壓。 一般在高倍率、低溫條件下放電時，終止電壓規定得低一些。閥控電池10小時率的終止電壓為1.8v/單體。由于鉛酸蓄電 池

48、本身的特性，即使放電的終止電壓繼續降低，電池也不會放出太多的容量，但終止電壓過低對電池的損傷極大，尤其當放電到較低電壓而又不能及時充電時， 將大大縮短電池的壽命。下列為2v系列的閥控式鉛酸蓄電池，通過這個結構圖， 能容我我們更好地了解到電池的容量構成。閥控式鉛酸蓄電池如圖2-4 o圖2-4 2v系列的閥控式鉛酸蓄電池結構圖下面是關于trk15-12 trp15-6型蓄電池比較表，通過觀察這張表格，我們 能更好地了解到不同類型的蓄電池他們各個規格的不同之處。 trk15-12 trp15-6 型蓄電池比較表2-1 o表2-1 trk15-12、trp15-6型蓄電池比較表項目技術數據備注trp1

49、5-8 型trk15-12 型電壓（v）612額定電壓容量（a h）175175額定容量放電時間率（hr55放電終止電壓（v5.110.2充電效率（為125以下125以下充電量/放電量電解液比重1.280 s.0051.280 s.00520 c完全充電后電解液量(l)外形尺寸(mm電池箱體格柵合金壽命次數約8.0292 >520x141.5約27聚丙烯低睇合金1000約 13.5292 >520 >283約65硬橡膠睇合金800高刈£魂除電解液2.3.2內燃機車閥控式密封鉛酸蓄電池用智能保護器1 .智能保護器研究的主要作用閥控密封式電池與普通開口式鉛酸蓄電池相比具

50、有明顯的技術優勢， 但也必 須對密封電池的技術特點有充分的認識，才能合理應用，科學維護，使密封電池 在運用過程中達到最優的性能、 最長的壽命和最佳的經濟效益。 為此，鐵路內電 機車應用閥控密封式鉛酸蓄電池的同時應具有如下作用：(1)在輔助發電機停止發電期間，監測蓄電池過放電。一旦放生過放電， 應能斷開放電回路，防止發生過放電而損壞蓄電池組。(2)及時檢測落后電池，發出警告和維修指示。(3)應具有溫度補償的浮充電控制。(4)應具有適應機車行駛距離短的快速均衡充電控制算法2 .智能保護器主要功能的實現途徑(1)選才¥8位微電子控制器，具有智能管理理功能，它同pw肺制器和igbt 組成的高

51、頻開關電壓控制器配合，成功地滿足了閥控電池所需特殊運行環境條 件，而且，還具備了比電壓調整器控制精度更高的功能(達到士 00 2v)。(2)解決了閥控電池現場檢測和過程監測難題關鍵檢測參數選擇機車柴油機 起動功率(起動電流與電壓的乘積)。2.4閥控式鉛酸電池與膠體電池的差異2.4.1 電池結構和工藝上的主要差異agm 密封鉛蓄電池使用純的硫酸水溶 液作電解液，其密 度為1.29 1.3lg/cm3。除了極板內部吸有一部分電解液外，其大部分存在于玻璃纖維膜之 中。為了給正極析出的氧提供向負極的通道，必須使隔膜保持有10%勺孔隙不被 電解液占有，即貧液式設計。為了使極板充分接觸電解液，極群采用緊裝

52、配的方 式。另外，為了保證電池有足夠的壽命，極板應設計得較厚，正板柵合金采用 pb'-q2w-srr-a1 四元合金。膠體密封鉛蓄電池的電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，硫酸溶液的濃度比 agmk電池要低，通常為1.261.28g/cm3。電解液的量比ag賦電池要多20% 跟富液式電池相當。這種電解質以膠體狀態存在，充滿在隔膜中及正負極之間， 硫酸電解液由凝膠包圍著，不會流出電池。由于這種電池采用的是富液式非緊裝配結構， 正極板柵材料可以采用低睇合 金，也可以采用管狀電池正極板。同時，為了提高電池容量而又不減少電池壽命， 極板可以做得薄一些。電池槽內部空間也可以擴大一些。2.4.2 電池放

53、電容量的差異近來的研究工作表明，膠體電解液配方，控制膠粒大小，摻入親水性高分子 添加劑，降低膠液濃度提高滲透性和對極板的親合力，采用真空灌裝工藝，用復合隔板或agm鬲板取代橡膠隔板，提高電池吸液性；取消電池的沉淀槽，適度增 大極板面積活性物質的含量，結果可使膠體密封電池的放電容量達到或接近開口 式鉛蓄電池的水平。agm式密封鉛蓄電池電解液量少，極板的厚度較厚，活性物質利用率低于開 口式電池，因而電池的放電容量比開口式電池要低10流右。與當今的膠體密封電池相比，具放電容量要小一些。2.4.3 電池內阻及大電流放電能力的差異鉛蓄電池的內阻是由歐姆內阻、濃差極化內阻、電化學極化內阻組成的。前 者包括

54、極板、鉛零件、電解液、隔極電阻。agm封鉛蓄電池所用的玻璃纖維隔 板具有90%勺孔率，硫酸吸附其內，且電池采用緊裝配形式，離子在隔板內擴散 和電遷移受到的阻礙很小，所以agm封鉛蓄電池具有低內阻特性，大電流快速 放電能力很強。膠體密封鉛蓄電池的電解液是硅凝膠，雖然離子在凝膠中的擴散速度接近在 水溶液中的擴散速度，但離子的遷移和擴散要受到凝膠結構的影響，離子在凝膠中擴散的途徑越彎曲，結構中孔隙越狹窄，所受到的阻礙也越大。因而膠體密封 鉛蓄電池內阻要比agmg封鉛蓄電池要大。然而試驗結果表明膠體密封鉛蓄電池的大電流放電性能仍然很好，完全滿足有關標準中對密封電池大電流放電性能的要求。這可能是由于多孔

55、電極內部及極板附近液層中的酸和其他有關離子的濃度在大電流放電時起到關鍵性的作用。第3章蓄電池的工作原理3.1 閥控式蓄電池的結構原理相對于防酸隔暴式蓄電池組就是把所需的電解液在出廠前就注入到極板和隔板中，沒有游離的電解液，通過負極板潮濕來提高吸收氧的能力， 為防止電解 液減少把蓄電池全密封，所以閥控式鉛酸蓄電池又稱為“貧液式蓄電池” 。3.2 閥控式蓄電池的工作原理閥控式蓄電池在充電過程中和充電終止時會出現水被電解的現象，通常情況下，正極出現氧氣，負極出現氫氣。由于電池采用免維護極板，使氧氣析出時電 位提高，加上反應區域和反應速度的不同，使正極出現氧氣先于負極出現氫氣。 由于閥控式蓄電池結構，使電池內部保留一定壓力和氣體，保證上述反應循環進 行，與此同時也抑制負極氫氣的析出， 控制了電池內水分的消耗，因此電池可以 密封運行。在蓄電池充、放電時，正極、負極活性物質和電解液同時參加化學反應。鉛 酸蓄電池充、放電化學反應的原理方程式如下：正極：pbo2 + 2e + hso4- + 3h+ = pbso4 + 2h2o負極： pb + hso4- = pbso4 + h+ + 2e總反應：pbo2 + 2 h2so4 + pb = 2 pbso4 + 2h2o從以上的化學反應方程式中可以看出， 鉛酸蓄電池在放電時，正極的活性物 質二氧化鉛和負極的活