電力蓄電池牽引車牽引蓄電池的選型設(shè)計(jì)

1、    電力蓄電池牽引車牽引蓄電池的選型設(shè)計(jì)    紀(jì)軍摘要文章對(duì)一種電力蓄電池牽引車選用牽引用鋰電池的類型、可維護(hù)性、容量、充放電性能等參數(shù)的確定進(jìn)行了分析，并最終選用400ah磷酸鐵鋰電池?！娟P(guān)鍵詞】電力蓄電池牽引車（電力蓄電池工程車）統(tǒng)一名稱 類型 容量 充電 放電電力蓄電池以清潔能源作為動(dòng)力，使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年。全壽命周期比相同功率內(nèi)燃工程車減少碳排放量約2000噸，運(yùn)營(yíng)成本節(jié)省人民幣約700萬(wàn)元。dc1500v接觸網(wǎng)受流電力蓄電池牽引車采用雙電源供電系統(tǒng)，在接觸網(wǎng)斷電的情況下可以用蓄電池進(jìn)行動(dòng)力牽引。因此，作為牽引用的蓄電池選型需考慮對(duì)機(jī)車牽引

2、特性的計(jì)算，對(duì)蓄電池的充、放電性能均需進(jìn)行考慮。本文結(jié)合相應(yīng)電力蓄電池牽引車的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)其牽引用蓄電池類型、容量及蓄電池的放電率等特性進(jìn)行分析。1 牽引車的工作原理1.1 工作原理牽引車原理圖如圖1所示。1.1.1 接觸網(wǎng)供電采用接觸網(wǎng)供電時(shí)，接觸器km1閉合、km2斷開、km3閉合，牽引蓄電池處于充電狀態(tài)。采用牽引蓄電池供電時(shí)，接觸器1斷開、接觸器2閉合、接觸器3斷開，牽引蓄電池處于放電狀態(tài)。接觸網(wǎng)供電的額定電壓為dc1500v，最高電壓dc1800v，最低電壓dc1000v，額定功率400kw。1.1.2 蓄電池供電牽引蓄電池供電時(shí)，電壓在dc600v876v之間，電池組額定電量不小于3

3、00kwh。2 蓄電池狀況目前類似牽引車牽引蓄電池主要采用鉛酸蓄電池，其體積大、重量大、使用壽命短、對(duì)溫度敏感且易造成環(huán)境污染。電池是一種化學(xué)反應(yīng)，每升高10度，電池壽命縮短一半，如在25度設(shè)計(jì)壽命為15年的電池，在35度的環(huán)境下運(yùn)行壽命只有7.5年，在45度的運(yùn)行環(huán)境下壽命只有3.75年，鉛酸蓄電池工作原理如下：（1）極板：提供活性物質(zhì)及導(dǎo)電作用;（2）隔板：防止電池正負(fù)極短路及吸收電解液作用;（3）電解液：提供離子導(dǎo)電通路。鋰電池作為新型能源動(dòng)力電池具有體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、免維護(hù)、無(wú)污染等特點(diǎn)。且相比傳統(tǒng)蓄電池，鋰電池可進(jìn)行信息化管理，實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的狀態(tài)和信息化管理。表

4、1是同類型鉛酸蓄電池和鋰電池的對(duì)比?？紤]以上因素，且鋰電池作為新型能源動(dòng)力逐漸成為發(fā)展趨勢(shì)，選取磷酸鐵鋰電池作為牽引車牽引蓄電池。2 對(duì)牽引蓄電池的要求電力蓄電池牽引車輔助負(fù)載容量按30kw核算，整個(gè)電池組容量為330kwh，推薦電池使用區(qū)間為10%90%，即可用容量為330×0.8=264kwh工況1：牽引車在蓄電池供電時(shí)牽引1輛45噸的車輛，在4006o坡道上運(yùn)行。（1）從0加速到14km/h的加速時(shí)間為7s，牽引蓄電池輸出功率為275kw，此階段所需電量為w1=pt=（275+30）×7/3600=0.593kwh（2）從14km/h加速運(yùn)行到20km/h的加速時(shí)間為

5、4s，牽引蓄電池輸出功率為379kw，此階段所需電量為w2=pt=（379+30）×4/3600=0.454kwh（3）以20km/h的速度運(yùn)行10min，牽引蓄電池輸出功率為278kw，此階段所需電量為w3=pt=（278+30）×600/3600=51.333kwh（4）前三個(gè)階段所需電量總和為w=w1+w2+w3=52.38kwh，電池組剩余電量為w0=264-52.38=211.62kwh。以30km/h的速度輸出功率42kw，輔助負(fù)載功率30kw，1小時(shí)耗電量為42+30=72kwh，則將電池組電量耗完所需時(shí)間t4=211.62/72=2.94h。電力蓄電池工程車

6、續(xù)航約3小時(shí)。工況2：蓄電池達(dá)到壽命周期即將更換時(shí)，在蓄電池供電時(shí)牽引1輛45噸的車輛，在平直軌道上運(yùn)行蓄電池達(dá)到壽命周期即將更換時(shí)，剩余容量為最初容量的80%，此時(shí)，電量剩余為264×80%=211.2kwh，以30km/h的速度輸出功率42kw，外加輔助負(fù)載30kw，1小時(shí)耗電量為42+30=72kwh，則將壽命即將到期的電池組電量耗完所需時(shí)間t4+=211.2/72=2.93h。工況3：低壓報(bào)警時(shí)，牽引1輛45噸車輛，在10坡道上以20km/h行駛鋰電池理論上可以將電量完全釋放出來(lái)，且對(duì)電池壽命和性能無(wú)影響，此處以設(shè)定電池電量為20%時(shí)報(bào)警為例，報(bào)警時(shí)剩余電量為264×

7、;20%=52.8kwh，輸出功率42kw，在10坡道上以20km/h速度行駛，加上輔助負(fù)載30kw的情況下，每小時(shí)耗電為42+30=72kwh，則將電池組電量耗完時(shí)間t4-=52.8/72=0.73h，約44min。3 磷酸鐵鋰電池的充、放電性能3.1 充電性能根據(jù)電力蓄電池車的實(shí)際使用需求，且突出鋰電池的充電優(yōu)勢(shì)，采用快速充電方案，磷酸鐵鋰電池先以恒流80a電流進(jìn)行充電，充電至852v時(shí)轉(zhuǎn)為恒壓充電，以恒壓852v充電至電流下限21.6a時(shí)結(jié)束充電，在整個(gè)充電過(guò)程中如果某個(gè)單體電池電壓3.65v則充電結(jié)束。整個(gè)充電時(shí)間大約6小時(shí)。充電曲線如圖2所示。3.2 放電性能鋰電池較傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池

8、相比放電倍率特性更好，在有效放電區(qū)間范圍內(nèi)電壓變化小。不同廠家、不同型號(hào)的鋰電池放電性能不盡相同，但大體走向曲線趨同，如圖3所示。放電深度均超過(guò)90%。4 磷酸鐵鋰電池的管理，增加維護(hù)相應(yīng)的管理系統(tǒng)可以完成單體電池電壓檢測(cè)、溫度檢測(cè)、總電流檢測(cè)、系統(tǒng)的極限保護(hù);同時(shí)對(duì)相應(yīng)的電路板電路單元進(jìn)行硬件故障診斷，執(zhí)行相關(guān)的控制指令;負(fù)責(zé)對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，匹配硬件完成信號(hào)采集、解析和處理。同時(shí)可配備單獨(dú)的顯示單元用于信息顯示，或使用網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。此管理單元的使用，方便蓄電池的檢修、維護(hù)操作等。5 結(jié)論本文淺析了一種使用在電力蓄電池牽引車上的新能源牽引蓄電池磷酸鐵鋰電池，對(duì)選用條件、容量、充電和放電等相應(yīng)能力進(jìn)行了闡述，并最終選擇了400ah磷酸鐵鋰電池。采用相應(yīng)的鋰電池除以上簡(jiǎn)述外，其在使用溫度范圍寬、管理系統(tǒng)更智能化等方面的優(yōu)點(diǎn)不在贅述。參考文獻(xiàn)1tb/t 1407-1988，列車牽引計(jì)算