畢業(yè)設計說明書城軌車輛蓄電池的檢修與維護

1、2014屆畢業(yè)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(yè)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(nèi)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(tǒng)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(jié)構(gòu)、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(nèi)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）

2、城軌車輛轉(zhuǎn)換開關、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(nèi)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(jié)果的說明及特點）6結(jié)束語7附錄（參考文獻、圖紙、材料清單等）畢業(yè)設計進程安排第1周： 資料準備與借閱，了解課題思路。 第2-3周: 設計要求說明及課題內(nèi)容輔導。第47周：進行畢業(yè)設

3、計，完成初稿。第7-10周： 第一次檢查，了解設計完成情況。第11周： 第二次檢查設計完成情況，并作好畢業(yè)答辯準備。第12周： 畢業(yè)答辯與綜合成績評定。畢業(yè)設計答辯與論文要求1. 畢業(yè)設計答辯要求1) 答辯前三天，每個學生應按時將畢業(yè)設計說明書或畢業(yè)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(nèi)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(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評價。3) 答辯小組質(zhì)詢課題的關鍵問題，質(zhì)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(chuàng)新能力。2. 畢業(yè)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(guī)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(guī)定的標準或工程要求繪制。摘 要本畢業(yè)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(jié)構(gòu)、種類及發(fā)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(nèi)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(yǎng)和小故障處理具有了一定的認識，使這些方面的能力得到

5、一定的提升。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(shù)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 chinas railway vehicle is studied, firstly generally introduces structure, types and the development history, battery, focuses on the battery repair and mainte

6、nance 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, le

7、t me understand the new technology to the battery, expand the awareness and the selection range of battery.keywords: railway vehicle battery maintenance目 錄第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(jié)構(gòu)102.1 tg型鉛蓄電池102.2鎘鎳堿性蓄電池122.3閥控型鉛酸蓄電池142.4閥控式鉛酸電池與膠體電池的差異17第3章 蓄

8、電池的工作原理193.1閥控式蓄電池的結(jié)構(gòu)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(huán)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(zhuǎn)換的裝置，它能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存起來，使用時再把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，而且變換的過程是可逆的。以上兩個過程，前者稱為充電，后者稱為發(fā)電。根據(jù)極板所用

9、的材料和電解液性質(zhì)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(zhì)的不同，又可分為鐵鎳蓄電池和鎘鎳蓄電池等系列。鉛酸蓄電池的發(fā)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(huán)境溫度范圍等優(yōu)點使其在化學電源中一直占有絕對優(yōu)勢。到20世紀初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進，提高了能量密度、循環(huán)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(jīng)常加酸、加水，維護工作繁重；(2)氣體溢出時攜帶酸霧，腐蝕周圍設備，并污染環(huán)境，限制了電池的應用。鉛酸蓄電池是

10、1859年g.plante發(fā)明的。自鉛酸蓄電池被發(fā)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(chǎn)量最大、用途最廣泛的蓄電池品種。鉛酸蓄電池經(jīng)過一百多年的發(fā)展，技術(shù)不斷更新，現(xiàn)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(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(chǎn)品。 國內(nèi)小型電動車上用的鉛酸蓄電池主要是agm吸附式和膠體兩類閥控密封型蓄電池產(chǎn)品，目前agm吸附式蓄電池在市場上占主導地位。膠體蓄電池因生產(chǎn)難度大、技術(shù)水平高、國內(nèi)膠體材料不穩(wěn)定、生產(chǎn)成本高等原因，

11、國內(nèi)只有少數(shù)幾家蓄電池廠在生產(chǎn)，而且用戶反映產(chǎn)品質(zhì)量并沒有明顯的提高。據(jù)國外權(quán)威蓄電池研究機構(gòu)報道，膠體動力型蓄電池綜合技術(shù)指標和壽命明顯優(yōu)于普通的agm吸附式蓄電池，膠體蓄電池是動力型鉛酸蓄電池的發(fā)展方向。 根據(jù)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?nèi)粘Ｒ姷降你U酸蓄電池產(chǎn)品的電壓都是2v的倍數(shù)。我們常用的6v和12v電池分別是由3個和6個內(nèi)部串聯(lián)的2v蓄電池單元組成的。像我們?nèi)粘Ｒ姷降钠渌N類電池一樣，鉛酸蓄電池的每個單元也分正極和負極。鉛酸蓄電池的正極是以結(jié)晶細密、疏松多孔的二氧化鉛作為儲存電能的物質(zhì)，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(zhì)，正

12、常為灰色。正極和負極儲存電能的物質(zhì)統(tǒng)稱為活性物質(zhì)。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(nèi)，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，世界各國競相開發(fā)密封鉛酸蓄電池，實現(xiàn)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鎳電池被列入月球車用動力電源，最

13、后鎘鎳電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此得到發(fā)展。1992 年，經(jīng)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(jié)構(gòu)，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(nèi)部氣體量超過一定值（通常用氣壓值表示），即當電池內(nèi)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(nèi)部。 vria電池就是閥控式密封鉛酸蓄電池。它誕生于20世紀70年代，到1975年時，在一些發(fā)達國家已經(jīng)形成了相當?shù)纳a(chǎn)規(guī)模，很快就形成了產(chǎn)業(yè)化并大量投放市場。這種電池雖然也是鉛酸蓄電池，但是

14、它與原來的鉛酸蓄電池相比具有很多優(yōu)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(huán)境，所以從結(jié)構(gòu)特性上人們把vrla電池又叫做密閉(封)鉛酸蓄電池。為了區(qū)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(jié)構(gòu)上來看，它不但是全密封的，而且還有一個可以控制電池內(nèi)部氣體壓力的閥，所以vrla鉛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

15、備用電源和啟用電源，其作用主要包括：在降弓狀態(tài)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110v直流電源，保證機車升弓并投入工作，在電力機車運行中110v控制電源發(fā)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(shù)，提高控制電源的品質(zhì)；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鎳堿性蓄電池（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

16、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(chǎn)品，以其比能量高、常溫放電性能平穩(wěn)、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，鎘鎳堿性蓄電池的研發(fā)工作取得了較大的發(fā)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）等特點的鎘鎳堿性蓄電池。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。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tra12trp1

17、5tre(密封式）糊膏式jr線客車jr線內(nèi)燃動車jr新干線車內(nèi)燈發(fā)電機組啟動車內(nèi)燈堿性蓄電池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(nèi)燈控制輔助電源1.2供電蓄電池傳統(tǒng)供電電源使用的蓄電池為tg型酸性鉛蓄電池或gn型堿性鎘鎳蓄電池，其主要規(guī)格如表1-2所示。表1-2 供電蓄電池主要規(guī)格型號生產(chǎn)國額定容量（ah）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-400t4b-390中國中國中國前

18、蘇聯(lián)前蘇聯(lián)德國5404503504004403902222226050446060627157157155445357062781.231.231.231.2712.81.261.281.281.281.271.281.265044.534堿性鎳鎘蓄電池gn-250gn-300th-3509156.33中國中國 前蘇聯(lián)德國2503003503751.21.25060907588506075751.201.201.201.201.281.281.201.2718.421.01715.9 普通客車及德國進口空調(diào)客車，采用軸驅(qū)式發(fā)電機與蓄電池組并聯(lián)供電。當車輛停站或低速運行時，車輛停止轉(zhuǎn)動或低速轉(zhuǎn)動

19、，軸驅(qū)式發(fā)電機尚未建立足夠電壓，車上電燈、電扇，電動水泵以及空調(diào)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(lián)而成;空調(diào)客車采用110v直流電源，由56只鉛蓄電池或者78只鎘鎳蓄電池串聯(lián)成組。dc600v/380v兼容集中供電空調(diào)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。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(jié)中倍率堿性蓄電池，200km/h電力動車組采用德國產(chǎn)鎘鎳免維護電池額定電壓為93.6v，容量為100ah，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dc

20、110v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(fā)電車和帶有空調(diào)裝置的軟臥車或公務車中的柴油發(fā)電機組，用起動蓄電池驅(qū)動直流電動機起動柴油機，使柴油機轉(zhuǎn)速達100r/min以上。起動蓄電池具有大電流（4001000a)放電、蒸餾水消耗多、充放電頻繁的工作特點。常用的鉛蓄起動蓄電池型號和規(guī)格如表1-3。表1-3鉛蓄起動蓄電池型號和規(guī)格型號額定電壓（v）計量標準（kvah）凈重（kg）+30起動放電經(jīng)常充電第一階段第二階段電流（a）時間（min）容量（ah）電流（a）時間（h）電流（a）時間（h）6-q-12

21、66-q-14012121.5121.68046503804205.55.53538.612.614.08108106.37.068681.4堿性蓄電池與酸性蓄電池比較現(xiàn)在國內(nèi)鐵路客車常用的蓄電池為鉛酸蓄電池和鎳鎘堿性蓄電池，下面是這兩者的區(qū)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(huán)（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(yǎng)工作中有氫氣和硫酸污水產(chǎn)生，制造過程要防止工人鉛中毒。（6）鉛蓄電池使用h2so4作

22、為電解液，腐蝕蓄電池池箱，容易造成車體漏電。1.4.2鎘鎳堿性蓄電池的特點（1）理論重量比能量k大于鉛酸蓄電池（2）鎘鎳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）鎘鎳堿性蓄電池在-40環(huán)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10002000次循環(huán)，浮充電（指蓄電池與恒壓直流電源一直并聯(lián)在一起，使其保持全充電狀態(tài)的一種充電方式）狀態(tài)使用壽命可達15年左右。（5）結(jié)構(gòu)牢固，耐高溫及大電流充電。鎘鎳堿性蓄電池雖具有上述優(yōu)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(huán)境污染和工業(yè)中毒問題。此外季節(jié)不同，使用的電解液成

23、分也不同。1.5新型蓄電池下面就是國內(nèi)新型蓄電池閥控式密封鉛酸（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(nèi)外生產(chǎn)的vrla蓄電池主要采用兩種技術(shù)：agm技術(shù)和gel技術(shù)。agm技術(shù)是貧液式設計，電池內(nèi)部沒有流動的電解液，它采用超細玻璃棉隔板，隔板吸收了足夠的電解液后仍保持10%左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(xiàn)氧的循環(huán)。它具有自放電小、充電效率高的優(yōu)點，極群采用緊裝配，內(nèi)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(shù)即生產(chǎn)膠體電池的技術(shù)。膠體電池中氧的復合通道是膠體收縮時所產(chǎn)生的裂紋，由

24、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(xiàn)象，在較高的環(huán)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(jīng)常打開排放酸霧，無法充分體現(xiàn)密封蓄電池在環(huán)保方面的優(yōu)越性。經(jīng)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(fā)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?yōu)槟z態(tài)。電液呈膠態(tài)的電池通常稱之為膠體電池。廣義而言，膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別不僅僅在于電液改為膠凝狀。例如非凝固態(tài)的水性膠體，從電化學分類結(jié)構(gòu)和特性看同屬膠體電池。又如在板柵中結(jié)附高分子

25、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(lián)劑，大大提高了極板活性物質(zhì)的反應利用率，據(jù)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(xiàn)階段工業(yè)實踐及有待工業(yè)化的膠體電池的應用范例。 膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別，從最初理解的電解質(zhì)膠凝，進一步發(fā)展至電解質(zhì)基礎結(jié)構(gòu)的電化學特性研究，以及在板柵和活性物質(zhì)中的應用推廣。其最重要的特點為：用較小的工業(yè)代價，沿已有150年歷史的鉛酸電池工業(yè)路子制造出更優(yōu)質(zhì)的電池，其放電曲線平直，拐點高，比能量特別是比功率要比常規(guī)鉛酸電池大20%以上，壽命一般也比常規(guī)鉛酸電池長一倍左右，高溫及低溫特性要好得多。

26、膠體電池是目前世界上各項性能最優(yōu)越的閥控式鉛酸免維護蓄電池，它在使用時性能穩(wěn)定,可靠性高,使用壽命長,具有以下的技術(shù)特點:（1）采用固體凝膠電解質(zhì)。在同等體積下，電解質(zhì)容量大，熱容量大，熱消散能力強，能避免一般蓄電池易產(chǎn)生的熱失控現(xiàn)象。對環(huán)境溫度的適應能力（高、低溫）強。（2）內(nèi)部無游離的液體存在,無內(nèi)部短路的可能。（3）電解質(zhì)濃度低,對極板腐蝕弱;濃度均勻,不存在酸分層的現(xiàn)象。（4）采用無銻合金電池極板,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%放電后仍可繼續(xù)接在負載上,在四周內(nèi)充電可恢復至原容量。

27、（6）長時間放電能力及循環(huán)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(xiàn)象。（8）采用滑動密閉技術(shù)(德國陽光公司專利),即允許由電化學反應必然產(chǎn)生的電池使用后期的的極柱生長,又能保證其極高的密封性能。（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(tài))由于沒有及時調(diào)整充電電壓，使電池的充電電流和溫度發(fā)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

28、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(chǎn)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agm密封鉛蓄電池在使用不當時. 而出現(xiàn)的一種具有很大破壞性的現(xiàn)象。這是由于agm密封鉛蓄電池采用了貧液式緊裝配設計，隔板中必須保持10%的孔隙不準電解液進入，因而電池內(nèi)部的導熱性差，熱容量小。充電時正極產(chǎn)生的氧到達負極和負極鉛反應時會產(chǎn)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(huán)下去，就會引起熱失控現(xiàn)象。 對于開

29、口式鉛蓄電池而言，由于不存在陰極吸收氧氣現(xiàn)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(xiàn)熱失控現(xiàn)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滿凝膠電解質(zhì)，有較大的熱容量和散熱性，不會產(chǎn)生熱量積累現(xiàn)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pbcasn-a1四元耐蝕合金，則根據(jù)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(jié)果來看，水損耗速度卻成為影響密封電池使用

30、壽命的最關鍵性因素。 對于agm密封鉛蓄電池而言，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%水份，電池壽命結(jié)束。然而膠體密封鉛蓄電池采用了富液式設計，電解液密度比agm密封鉛蓄電池低，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(jù)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(nèi)一些郵電通信部門的反映

31、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(chǎn)的agm密封鉛酸蓄電池。 膠體密封鉛蓄電池產(chǎn)品使用初期，氧復合效率較低，但運行數(shù)月之后，復合效率可達95%以上。這種現(xiàn)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(zhì)在形成初期，內(nèi)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%以上。第2章

32、蓄電池的結(jié)構(gòu) 2.1 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(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 tg型鉛蓄電池結(jié)構(gòu)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(zhì)三部分構(gòu)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(gòu)成。在蓄電池極板群的制作中，均令負極板片數(shù)比正極板片

33、數(shù)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(zhì)體積發(fā)生膨脹，如果正極板和負極板數(shù)量相同，放電時最外側(cè)的一塊正極板只一面發(fā)生作用，易產(chǎn)生單面膨脹造成極板彎曲。新造蓄電池在工廠內(nèi)要進行化成充電，其目的是使兩極板上的作用物質(zhì)(此時的極板為生板）電化成有用的作用物質(zhì)，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(jié)構(gòu)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

34、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(diào)整。注液孔上旋有注液孔蓋，其側(cè)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(nèi)產(chǎn)生的氣體可從排氣孔排出。電池蓋及浮標結(jié)構(gòu)如圖2-2圖2-2電池蓋及浮標結(jié)構(gòu)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=pbso4+2h2o+pb

35、so42.1.1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(diào)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15時的密度為1.835，含純硫酸93.2%，所用的水必須是經(jīng)過凈化的水（蒸餾水），不能用自來水和其他天然水代替。其中蒸餾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，蓄電池用蒸餾水作電導實驗時，其絕緣值應大于或等于0.3m。tg型電池充電后的密度一般選為1.2600.005（30)；放電后的密度不宜過低，一般選為1.150（30）。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

36、板有效物質(zhì)細孔中的密度值（15）。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電的狀態(tài)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(shù)值等于放電電流或充電電流在電池內(nèi)阻上的電壓降。3. 容量：蓄電池由充電充足狀態(tài)，放電至規(guī)定終止電壓時所放出的總電量為蓄電池的容量，它表現(xiàn)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ah，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

37、的作用物質(zhì)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315ah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(nèi)阻：蓄電池的內(nèi)阻包括極板的電阻，電解液的電阻以及作用物質(zhì)細孔內(nèi)所含電解液的電阻等，其中主要是作用物質(zhì)的電阻和電解液的電阻。蓄電池的內(nèi)阻與電解液的溫度成反比，溫度高時內(nèi)阻小，溫度低時內(nèi)阻

38、大。此外，電池的內(nèi)阻還隨電池充放電程度而變化，充電時內(nèi)阻逐漸減小，放電是內(nèi)阻逐漸增大。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(zhì)等，都能引起自放電的產(chǎn)生。 6. 效率：表示蓄電池電量或能量利用程度的百分數(shù)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鎘鎳堿性蓄電池某些城市軌道交通車輛采用的gn-100型鎘鎳堿性蓄電池組，由74個蓄電池串聯(lián)而成，每個蓄電池的標稱電壓為1.25v，容量

39、為100ah，蓄電池組的標稱電壓為92.5v。其型號意義如下：g-鎘（負極板材料）n-鎳（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(lián)，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。在升弓前及低壓電源發(fā)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(tài)。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型鎳鎘堿性蓄電池結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3 gn-100型鎘鎳堿性蓄電池結(jié)構(gòu)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

40、棍；6-電槽；7-帶有開關作用的螺釘塞；8-電解液正、負極板用穿孔鋼帶制成的匣子分別裝入正、負活性物質(zhì)（氧化鎳、鎘鐵合金等）構(gòu)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(zhì)單位質(zhì)量的電容量少于負極板的活性物質(zhì)，故在鎘鎳蓄電池中，正極板比負極板多一塊，即6塊正極板，5塊負極板。 電槽用鍍鎳鋼板制成。由于堿性電池的電槽本身也

41、是一個電極，所以必須注意各電池之間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(nèi)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(chǎn)生了碳酸鹽，降低電池的容量；二是防止蓄電池短時翻轉(zhuǎn)電解液外流；三是能使電池內(nèi)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(jù)使用蓄電池的環(huán)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(guī)定終止電壓為1.1v）時，蓄電池不適宜繼續(xù)放電，應及時的充電，并須補充蒸餾水或

42、者電解液。蓄電池以恒定的電流充電時，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型鎘鎳堿性蓄電池，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?？焖俪潆姺椒▋H在特殊情況下使用，不能作為經(jīng)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(jié)構(gòu)組成 板柵：由鉛合金經(jīng)過模具鑄造形成柵格狀的物體，用于支撐活性物質(zhì)、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(zhì)，是電化學反應的場所，電池容量的主要制約者。根據(jù)所

43、涂鉛膏性質(zhì)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(zhì)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(nèi)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(fā)。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c10表明10小時率的

44、放電容量；c3表明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(zhì)的質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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。標稱容量是

45、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(zhì)的數(shù)量及利用的程度（利用率）有關，而活性物質(zhì)利用率主要受放電制度、電極的結(jié)構(gòu)、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(guī)定終止電壓所經(jīng)歷的時間。例如某電池額定容量是10小時率時為500ah，即以c10

46、為500ah表示，則電池應以500/1050a（即i10=50a）的電流放電，連續(xù)放電10h為合格。倍率是指電池放電電流的數(shù)值為額定容量數(shù)值的倍數(shù)。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0.1 c10，對于一個500ah（c10）的電池，即以0.150050a的電流放電；1c10意指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(xù)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(guī)定得低一些。閥控電池10小時率的終止電壓為1.8v/單體。由于鉛酸蓄電池本身的特性，即使放電的終止電壓繼續(xù)降低，電池也不會

47、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(jié)構(gòu)圖，能容我我們更好地了解到電池的容量構(gòu)成。閥控式鉛酸蓄電池如圖2-4。圖2-4 2v系列的閥控式鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)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(guī)格的不同之處。trk15-12、trp15-6型蓄電池比較表2-1。表2-1 trk15-12、trp15-6型蓄電池比較表項目技術(shù)數(shù)據(jù)備注trp15-8型trk15-12型電壓（v）容量（ah）放電時間率（hr

48、）放電終止電壓（v）充電效率（%）電解液比重電解液量（l）外形尺寸（mm）重量電池箱體格柵合金壽命次數(shù)617555.1125以下1.2800.005約8.0292520141.5約27聚丙烯低銻合金100012175510.2125以下1.2800.005約13.5292520283約65硬橡膠銻合金800額定電壓額定容量充電量/放電量20完全充電后高長寬除電解液2.3.2內(nèi)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有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，但也必須對密封電池的技術(shù)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(yōu)的

49、性能、最長的壽命和最佳的經(jīng)濟效益。為此，鐵路內(nèi)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(fā)電機停止發(fā)電期間，監(jiān)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(fā)生過放電而損壞蓄電池組。（2） 及時檢測落后電池，發(fā)出警告和維修指示。（3） 應具有溫度補償?shù)母〕潆娍刂?。?） 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(xiàn)途徑 （1）選擇8位微電子控制器，具有智能管理理功能，它同pwm控制器和igbt組成的高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(huán)境條件，而且，還具備了比電壓調(diào)整器控制精度更高的功能(達到士0。2v）。 （2）

50、解決了閥控電池現(xiàn)場檢測和過程監(jiān)測難題關鍵檢測參數(shù)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(jié)構(gòu)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1.291.3lg/cm3。除了極板內(nèi)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%的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

51、成的，硫酸溶液的濃度比agm式電池要低，通常為1.261.28g/cm3。電解液的量比agm式電池要多20%，跟富液式電池相當。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)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(jié)構(gòu)，正極板柵材料可以采用低銻合金，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(nèi)部空間也可以擴大一些。2.4.2電池放電容量的差異 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隔板取代橡膠

52、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(zhì)的含量，結(jié)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(zhì)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%左右。與當今的膠體密封電池相比，其放電容量要小一些。2.4.3電池內(nèi)阻及大電流放電能力的差異 鉛蓄電池的內(nèi)阻是由歐姆內(nèi)阻、濃差極化內(nèi)阻、電化學極化內(nèi)阻組成的。前者包括極板、鉛零件、電解液、隔極電阻。agm密封鉛蓄電池所用的玻璃纖維隔板具有90%的孔率，硫酸吸附其內(nèi)，且電池采用緊裝配形式，離子在隔板內(nèi)擴散和電遷移受到的阻礙很小，所以agm密封鉛蓄

53、電池具有低內(nèi)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(jié)構(gòu)的影響，離子在凝膠中擴散的途徑越彎曲，結(jié)構(gòu)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(nèi)阻要比agm密封鉛蓄電池要大。 然而試驗結(jié)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。這可能是由于多孔電極內(nèi)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(jié)構(gòu)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

54、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(xiàn)水被電解的現(xiàn)象，通常情況下，正極出現(xiàn)氧氣，負極出現(xiàn)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(qū)域和反應速度的不同，使正極出現(xiàn)氧氣先于負極出現(xiàn)氫氣。由于閥控式蓄電池結(jié)構(gòu)，使電池內(nèi)部保留一定壓力和氣體，保證上述反應循環(huán)進行，與此同時也抑制負極氫氣的析出，控制了電池內(nèi)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(zhì)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