铅酸（胶体密封）、镍镉Trojan蓄电池邱健电瓶对比分析

摘要：文章通过对铅酸（胶体密封）、镍镉蓄电池的结构、原理、性能及特性,并通过二者的技术经济性对比分析，为地铁列车用蓄电池产品选型提供参考和依据。

关键词：铅酸蓄电池；镍镉蓄电池

概述

在城轨车辆运行过程中,整列车体的电气系统是最为关键的部分,其中的辅助系统的运行独立于牵引系统，辅助系统中的蓄电池组则是该系统一个重要的组成部分，主要用于整列车无高压电源输入时，蓄电池必须能给全部紧急照明、全部头灯和尾灯、所有与安全有关的控制系统、全部通信设备（包括列车广播、车载无线电等）、客室（含司机室）通风的新风量≥3200m3/h（满足CJT 254-2010标准要求）、所有客室侧门的一次开关等的紧急负载供电45min，以保证乘客安全逃生。并当网压恢复，蓄电池电压应能保证辅助逆变器和DC110V低压电源启动。

1、蓄电池分析

目前国内地铁列车选用的蓄电池主要有两种，分别为胶体铅酸蓄电池及镉镍蓄电池。按电解液划分，胶体铅酸蓄电池属酸性蓄电池，镉镍蓄电池属碱性蓄电池。这两种蓄电池都是目前酸、碱性蓄电池最先进的代表。经过多次技术革新，两者的技术优劣已相差无几。

但一个地铁列车项目只能选择其一，如何在二者之中选择更优则是需要深入考虑的问题。文章针对两种蓄电池的使用寿命、成本、重量、维护性等因素,分析探讨其优劣性。

1.1镍镉蓄电池原理

镍镉蓄电池具有体积下，机械强度高、工作电压平稳、可大电流放电、使用寿命长等特点。镍镉蓄电池的基本结构：正极板为氧化镍，负极板为镉，是三维结构的纤维极板，把活性物质镶嵌在纤维内，内阻极小，导电性好，重量轻，富有弹性，抗振动能力强。隔离板采用一种特殊的微孔隔离板。蓄电池壳盖采用防火、阻燃、无毒、不含卤的特殊PP材料或BRILON-VO材料。电解液为1.19kg/升，整个使用过程不用更换电解液。

1.2胶体铅酸蓄电池

胶体铅酸蓄电池由金属铅和硫酸为主要材料制作而成，它采用二氧化硅与硫酸液配制而成的胶体作为电解质，使用过程钟不会产生酸雾，减小了内压，安全性较高；单体蓄电池额定电压及容量较高，自放电率低。对使用环境无污染，可避免废水、废电解液的产生，废旧电池可合法持证且有价回收，整体回收不会造成二次污染；胶体铅酸蓄电池可以卧放工作，可大大减小车载蓄电池体积及重量，降低车辆能耗。

2、蓄电池对比

表1 铅酸、镍镉蓄电池对比表

特性	胶体密封铅酸蓄电池	镍镉碱性蓄电池	对比分析
蓄电池容量	2V160A（5hr）	1.2V140Ah（5hr）	/
单体标称电压	2 V	1.2V	/
浮充电压	2.25V～2.29V 整组：117V～119.08V	1.45V～1.525V/只 整组：116V～122V	/
重量(以某个项目选型为例)	单体13.5Kg 整组702 Kg	单体5.6Kg 整组448 Kg	镍镉碱性蓄电池优
使用环境要求	使用环境温度从负20正40度。温度过高会热失控，温度过低则容量放不出.	使用环境温度从负40到正55度。有很好的温度适应性	镍镉碱性蓄电池优
大电流性能	铅酸电池的容量检验按0.1C5A=16A,考核电流指标一般在1倍值以下。	国际标准规定碱性电池的容量检验按0.2C5A=28A,考核电流指标有达到7倍值规定。	镍镉碱性蓄电池优
耐过充电性能	在环境温度（25±5℃）范围内，用0.03C5A的定电流连续充电160h蓄电池检测容量不低于95%，无残余变形、漏液等现象。	在环境温度25±5℃范围内，用0.03C5A的定电流连续充电200h蓄电池检测容量不低于95%，无残余变形、漏液等现象。	镍镉碱性蓄电池优
耐过放电性能	完全充电后，在温度（25±5℃）环境中，以放电初期电流2C5±10%的定阻抗连续放电15d，然后以单体蓄电池平均电压2.5V，最大电流不大于0.25C5充电24h，容量检测应不低于0.75C5.	完全充电后，在温度（25±5℃）环境中，以放电初期电流2C5±10%的定阻抗连续放电15d，然后以单体蓄电池平均电压1.75V，最大电流不大于0.25C5充电24h，容量检测应不低于0.80C5.	镍镉碱性蓄电池优
使用寿命	5-8年	8-10年	镍镉碱性蓄电池优
循环次数	根据标准，80%放电深度需满足充放电循环次数≥210次。	根据标准，100%放电深度可满足充放电循环次数≥550次。	镍镉碱性蓄电池优
一次性采购成本	低	较高	密封铅酸蓄电池优
排气	由于内部气体复合，排气非常少。在20℃环境下每24小时排气约1ml/Ah/cell.	排气多，至少是胶体密封铅酸蓄电池的5倍	密封铅酸蓄电池优
维护性	不需加液； 每年进行一次均衡充放电维护实验。	需要定期加液 每年进行一次均衡充放电维护实验。	密封铅酸蓄电池优
液密性	密封，混合胶体电解质，不会出现漏液现象	不密封，在振动使用会有漏液现象	密封铅酸蓄电池优
气密性	内部能承受55kpa压力，并持续30s无影响，且压力释放后，蓄电池无残余变形	不能实现气密	密封铅酸蓄电池优
自放电	完全充满后，在温度（25±2℃）相对湿度不大于80%环境中开路贮存28d，容量损失率（自放电）≤4%	完全充满后，在温度（25±2℃）相对湿度不大于80%环境中开路贮存28d，容量损失率（自放电）≤20%	密封铅酸蓄电池优
环保性	有害物质氧化铅密封在电池内，不危害接触者电池使用结束需回收处理。	有害物质氧化镉，在极板制造过程中对人体神经有刺激作用，在使用过程中无毒害电池使用结束需回收处理。	密封铅酸蓄电池优

 

两种电池在各性能指标上各有优势。

2.1使用环境

镍镉蓄电池在高/低温环境下的充放电性能优于铅酸蓄电池。

高/低温环境下耐过压充/放性能：镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池；

高/低温环境下放电性能：镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池；

在高/低温环境下，镍镉蓄电池使用性能方面优于铅酸蓄电池；在平均温度下铅酸蓄电池使用性能方面优于镍镉蓄电池。

2.2运营使用

在运营使用中，需考虑的情况较为综合：产品的稳定安全性，低故障率，维护方便，维护成本等。

使用寿命：镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池；

维护性：铅酸蓄电池优于镍镉蓄电池；

循环次数：镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池；

一次性采购费用：镍镉蓄电池高于铅酸蓄电池；

液密性：铅酸蓄电池优于镍镉蓄电池。

对于运营使用方面，设备的稳定安全性，低故障率应首要考虑。从此方面分析镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池。

2.3使用业绩

铅酸蓄电池用于轨道行业电客车上的的业绩较少。

2.4环保

欧盟将于2016年1月1日起，江含镉镍蓄电池从欧盟全面退市，镉镍蓄电池被欧盟退市的主要原因在于其在充放电、废弃过程中会污染空气、土壤和水源。镉化合物毒性大，镉经呼吸道和消化道进入人体，在体内形成金属硫蛋白，通过血液到达全身，并在肾和肝中累积，会引起贫血、高血压、肾损害、神经痛和内分泌失调。镉对生殖细胞有选择性毒害作用，还会使骨骼的生长代谢受阻，从而造成骨质疏松、萎缩和变形等。从上面几点出发，镉镍蓄电池的退市将是大势所趋。

3、蓄电池分析结论和建议

通过上述的对比分析，胶体铅酸蓄电池具有以下优点，建议选用。

（1）成本：镉镍碱性蓄电池一次性采购成本比胶体铅酸蓄电池高。

（2）维护：整个寿命周期不需加液；每年进行一次均衡充放电维护实验即可。

（3）环保：对使用环境有害物质氧化铅密封在电池内，不危害接触者电池使用结束需回收处理。

（4）性能：完全充满后，在温度（25±2℃）相对湿度不大于80%环境中开路贮存28d，容量损失率（自放电）≤4%。

综合上述分析胶体铅酸蓄电池在性能、维护、环保和成本方面都优于镉镍蓄电池。所以在选型时可以优先考虑胶体铅酸蓄电池。