dc60v供電空調(diào)列車110v蓄電池容量試驗(yàn)研究

在c6d交通流的診斷列車上，客運(yùn)管理系統(tǒng)采用cd10v電源。DC110V系統(tǒng)由位于各個(gè)車廂的7.5kW充電器和100Ah鎘鎳堿性蓄電池以及將客車連通的DC110V直流母線組成,其系統(tǒng)的性能決定了車輛運(yùn)行的可靠性和安全性。DC110V系統(tǒng)采用分級(jí)控制方式:一級(jí)負(fù)荷,如防滑器、軸報(bào)器、各種屏柜控制、應(yīng)急照明等由DC110V母線供電;二級(jí)負(fù)荷,如輔助照明、電開水爐控制等由通過(guò)隔離二極管與110V直流母線相連的本車蓄電池供電。充電器向蓄電池和并接在蓄電池兩端的負(fù)載供電,輸入電壓DC600V,設(shè)有過(guò)壓、限流等保護(hù)功能。蓄電池設(shè)有欠壓保護(hù)功能,當(dāng)蓄電池電壓低于欠壓保護(hù)值時(shí),自動(dòng)切除二級(jí)負(fù)荷。列車運(yùn)行時(shí),由充電器向負(fù)載供電,列車過(guò)分相和入庫(kù)時(shí),由蓄電池供電。DC600V空調(diào)客車用充電器和鎘鎳堿性蓄電池均經(jīng)過(guò)地面性能試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到技術(shù)條件要求。但通過(guò)對(duì)1998年10月1日上線運(yùn)用的北京—武昌K79/80次DC600V機(jī)車供電空調(diào)列車考核發(fā)現(xiàn),DC110V系統(tǒng)起始運(yùn)行基本正常,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用后,運(yùn)用部門反映餐車蓄電池容量不足。因此,在列車運(yùn)行狀態(tài)下確定DC110V系統(tǒng)的工作性能,尤其是確定運(yùn)行條件下的蓄電池容量是十分必要的。1蓄電池充電性能1998年10月23日—24日,筆者對(duì)K79/80次北京—武昌快速車編組中的軟座車(RZ25K10863)和餐車(CA25K92574)進(jìn)行了蓄電池充放電試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程如下。10月23日,列車在武昌車輛段出庫(kù)時(shí),由于夜間庫(kù)內(nèi)作業(yè),軟座車及餐車蓄電池均處于欠壓保護(hù)狀態(tài)。在武昌站機(jī)車連掛向客車供電后,充電器工作,向蓄電池及負(fù)載供電。測(cè)量軟座車及餐車蓄電池充電性能。在餐車蓄電池充電結(jié)束時(shí),關(guān)閉充電器,蓄電池以本車負(fù)載(主要是照明負(fù)荷)放電,測(cè)量蓄電池的放電容量。當(dāng)餐車蓄電池放電到欠壓保護(hù)動(dòng)作時(shí),接通充電器,再次進(jìn)行蓄電池充電容量測(cè)量。10月24日,列車在北京西車輛段出庫(kù)時(shí),同樣由于夜間庫(kù)內(nèi)作業(yè),軟座車及餐車蓄電池均處于欠壓保護(hù)狀態(tài)。在北京西站機(jī)車連掛向客車供電后,充電器工作,向蓄電池及負(fù)載供電。測(cè)量軟座車及餐車蓄電池充電性能。在軟座車蓄電池充電結(jié)束時(shí),關(guān)閉充電器,蓄電池以本車負(fù)載(主要是照明負(fù)荷)放電,測(cè)量蓄電池的放電容量。當(dāng)軟座車蓄電池放電到欠壓保護(hù)動(dòng)作時(shí),接通充電器,再次進(jìn)行蓄電池充電容量測(cè)量。試驗(yàn)時(shí)使用3位半數(shù)字電壓表測(cè)量蓄電池的充放電電壓,采用充電器控制箱面板電流表測(cè)量蓄電池的充放電電流和充電器的總輸出電流。充電終止條件為蓄電池充電電流至2A～3A。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1～表4。2運(yùn)營(yíng)時(shí)間和通過(guò)dc嵌入在進(jìn)行蓄電池充放電容量計(jì)算時(shí),必須考慮列車運(yùn)行過(guò)程中過(guò)分相造成的充放電容量損失。我國(guó)目前采用手動(dòng)過(guò)分相,過(guò)分相時(shí)間隨機(jī)車乘務(wù)員的操作變化而變化。實(shí)測(cè)北京—武昌間過(guò)分相最短時(shí)間8s,最長(zhǎng)時(shí)間65s(機(jī)車降弓),平均20s。北京—鄭州間平均12.8min、鄭州—武昌間平均24.2min一個(gè)供電段(K79/80次運(yùn)行圖),一個(gè)供電段運(yùn)行時(shí)間最短2min,最長(zhǎng)38min。實(shí)測(cè)DC600V過(guò)分相后穩(wěn)定時(shí)間3s,充電器啟動(dòng)時(shí)間14s。一個(gè)分相點(diǎn)充電器停止工作時(shí)間為37s,在此時(shí)間內(nèi)蓄電池向負(fù)載供電。2.1蓄電池充電安時(shí)數(shù)根據(jù)表1(1)計(jì)算蓄電池充電安時(shí)數(shù)為69.6Ah。在上述充電器工作時(shí)間內(nèi),列車經(jīng)過(guò)了6個(gè)分區(qū)亭,根據(jù)列車過(guò)分相時(shí)的蓄電池充電電流值換算安時(shí)數(shù)為:126×37/3600=1.3(Ah)。蓄電池實(shí)充安時(shí)數(shù)為:69.6-1.3=68.3(Ah)。根據(jù)表1(2)計(jì)算蓄電池充電安時(shí)數(shù)為75.4Ah。在上述充電器工作時(shí)間內(nèi),列車經(jīng)過(guò)了17個(gè)分區(qū)亭,根據(jù)列車過(guò)分相時(shí)的蓄電池充電電流值換算安時(shí)數(shù)為:279×37/3600=2.9(Ah);蓄電池實(shí)充安時(shí)數(shù)為:75.4-2.9=72.5(Ah)。根據(jù)表1(3)計(jì)算蓄電池充電安時(shí)數(shù)為62.8Ah。在上述充電器工作時(shí)間內(nèi),列車經(jīng)過(guò)了9個(gè)分區(qū)亭,根據(jù)列車過(guò)分相時(shí)的蓄電池充電電流值換算安時(shí)數(shù)為:163×37/3600=1.7(Ah);蓄電池實(shí)充安時(shí)數(shù)為:62.8-1.7=61.1(Ah)。2.2蓄電池供電安時(shí)數(shù)根據(jù)表2計(jì)算蓄電池的放電安時(shí)數(shù)為46.7Ah。考慮到列車過(guò)分相時(shí)蓄電池向負(fù)載供電,蓄電池供電安時(shí)數(shù)為(按表1(2)考慮):15×17×37/3600=2.6(Ah);蓄電池放電容量為:46.7+2.6=49.3(Ah)。2.3蓄電池充電安時(shí)數(shù)根據(jù)表3(1)計(jì)算蓄電池充電安時(shí)數(shù)為35.5Ah。在上述充電器工作時(shí)間內(nèi),列車經(jīng)過(guò)了4個(gè)分區(qū)亭,根據(jù)列車過(guò)分相時(shí)的蓄電池充電電流值換算安時(shí)數(shù)為:51×37/3600=0.5(Ah);蓄電池實(shí)充安時(shí)數(shù)為:35.5-0.5=35(Ah)。根據(jù)表3(2)計(jì)算蓄電池充電安時(shí)數(shù)為32.8Ah。在上述充電器工作時(shí)間內(nèi),列車經(jīng)過(guò)了8個(gè)分區(qū)亭,根據(jù)列車過(guò)分相時(shí)的蓄電池充電電流值換算安時(shí)數(shù)為:161×37/3600=1.7(Ah);蓄電池實(shí)充安時(shí)數(shù)為:32.8-1.7=31.1(Ah)。根據(jù)表3(3)計(jì)算蓄電池充電安時(shí)數(shù)為36.2Ah。在上述充電器工作時(shí)間內(nèi),列車經(jīng)過(guò)了9個(gè)分區(qū)亭,根據(jù)列車過(guò)分相時(shí)的蓄電池充電電流值換算安時(shí)數(shù)為:103×37/3600=1.1(Ah);蓄電池實(shí)充安時(shí)數(shù)為:36.2-1.1=35.1(Ah)。2.4蓄電池供電安時(shí)數(shù)根據(jù)表4計(jì)算蓄電池的放電安時(shí)數(shù)為23.2Ah。考慮到列車過(guò)分相時(shí)蓄電池向負(fù)載供電,蓄電池供電安時(shí)數(shù)為(按表3(1)考慮):15×4×37/3600=0.6(Ah);蓄電池放電容量為:23.2+0.6=23.8(Ah)。3結(jié)果分析3.1充電容量和充放效率車輛出庫(kù)后的充電容量分別為68.5Ah和72.5Ah,放電結(jié)束后緊接著充電達(dá)到的充電容量為62.8Ah。充電結(jié)束后緊接著進(jìn)行放電達(dá)到的放電容量為49.3Ah,充放效率為68%。考慮到車輛庫(kù)內(nèi)作業(yè)時(shí)本車滿負(fù)荷為15A,蓄電池可以供電3h。3.2充電容量及充放效率車輛出庫(kù)后的充電容量分別為35Ah和35.1Ah,放電結(jié)束后緊接著充電達(dá)到的充電容量為31.1Ah。充電結(jié)束后緊接著進(jìn)行放電達(dá)到的放電容量為23.8Ah,充放效率為68%。考慮到車輛庫(kù)內(nèi)作業(yè)時(shí)本車滿負(fù)荷為15A,蓄電池僅可以供電1.5h。3.3由于食品車輛充電性能差軟座車與餐車的充電器和蓄電池型號(hào)一致,但試驗(yàn)結(jié)果表明兩車蓄電池充放電容量相差懸殊。分析原因如下。3.3.1蓄電池充電容量通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),餐車充電器穩(wěn)態(tài)輸出電壓為113.5V,低于技術(shù)條件要求。而軟座車充電器的穩(wěn)態(tài)輸出電壓為115.1V,滿足技術(shù)條件要求。蓄電池充電容量與充電電壓密切相關(guān)。充電器輸出電壓偏低是餐車充電性能差的主要原因之一。3.3.2試驗(yàn)測(cè)試與地面試驗(yàn)的比較經(jīng)過(guò)蓄電池生產(chǎn)廠家在庫(kù)內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn),餐車蓄電池組裝車后沒有經(jīng)過(guò)預(yù)充電。沒有經(jīng)過(guò)預(yù)充電的蓄電池性能達(dá)不到技術(shù)條件要求。由于試驗(yàn)是在列車正常運(yùn)用條件下進(jìn)行的,試驗(yàn)條件不可能與地面試驗(yàn)相同,如充電結(jié)束后緊接著進(jìn)行放電容量試驗(yàn),放電結(jié)束后緊接著進(jìn)行充電試驗(yàn)。因此,試驗(yàn)數(shù)據(jù)同地面靜止試驗(yàn)有差距是正常的。但試驗(yàn)結(jié)果更接近實(shí)際運(yùn)用情況。4提出建議4.1蓄電池管理系統(tǒng)充電器的性能直接影響DC110V系統(tǒng)的性能。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),充電器面板電壓表指示誤差很大,不能滿足技術(shù)條件的要求,如表5所示。技術(shù)條件要求蓄電池欠壓保護(hù)值為93.6V,實(shí)測(cè)2臺(tái)充電器的欠壓保護(hù)值分別為89.1V和85.6V。蓄電池生產(chǎn)廠家檢查發(fā)現(xiàn)蓄電池電解液比重也不符合要求。因此,應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)充電器的質(zhì)量檢測(cè)和蓄電池使用維護(hù),保證DC110V系統(tǒng)的性能。4.2蓄電池充電電壓目前,技術(shù)條件規(guī)定蓄電池的充電電壓為115V,為保證蓄電池的充電容量,應(yīng)適當(dāng)提高蓄電池充電電壓。建議將蓄電池充電電壓提高到117V。4.3式與軸驅(qū)式48v系統(tǒng)相似的問(wèn)題DC600V供電空調(diào)列車DC110V系統(tǒng)采用負(fù)載與蓄電池并聯(lián)、蓄電池浮充電工作方式。該方式與軸驅(qū)式48V系統(tǒng)有相似之處,應(yīng)注意解決與48V供電系統(tǒng)相同或類似的問(wèn)題。在運(yùn)用中發(fā)現(xiàn),盡管充電器具有最大輸出電流限流保護(hù)和蓄電池充電電流保護(hù),但由于充電器生產(chǎn)廠家不同,有的廠家有意將充電器輸出電壓調(diào)低,減小充電器的負(fù)荷。這