动车组邱健蓄电池Trojan电瓶充放电问题的分析

摘要：本文介绍了某型高速动车组碱性蓄电池检修时，充放电次数、时刻对充放电实验的影响。

关键词：回忆效应  活化 容量实验 放电深度

镉镍蓄电池具有运用温度规模宽、循环和贮存寿数长、能以较大电流放电等优点，被广泛用于动车组，但在运营过程中，蓄电池仅在受电弓降弓状况及过分相区放电，因放电时刻相对较短，充电时刻相对较长，长时刻在这种不标准的充电准则下，镉镍蓄电池容易构成“回忆效应”，镉镍蓄电池回忆效应本质上是由于处于充电状况的正极活性物质，长时刻不能放电，会变成放电电压低的、安稳的晶型，即更加慵懒的镍活性物质。回忆效应归于“可逆失效”，蓄电池三四级检修中很重要的一项内容是对蓄电池组进行容量实验，意图是消除蓄电池的“回忆效应”。

一、蓄电池充放电次数

由于回忆效应是浅放过充形成，需经过彻底放电方法消除，现在首要方法是先将蓄电池本身残留电量以0.2ItA（20A）电流放电至单路电压72V，再开端充放循环实验，以20A电流充电8小时，放电至单路总电压72V，经实验验证，屡次充放实验，能校对蓄电池的“回忆效应”，康复蓄电池的贮存电荷才能，以下为实验验证。

22XX列1路经过3次循环实验合格，“电压-时刻”图画如下图1（时长为4小时）：

   

图1 22XX列3路容量实验

27XX列第3路经过3次循环实验合格，“电压-时刻”图画如下图2（时长为4小时）：

图2 27XX列3路容量实验

对27XX列3路中不合格的单体13、38、48、52进行剖析，四个蓄电池单体第2次、第三次、第四次放电图画如下，屡次放电，4小时完毕时电压的增量最小0.28V，最大1.45V，电压增量在3小时30分前微弱，从3小时30分幅度开端增大，一直到放电完毕，即蓄电池的贮存电荷才能不断提高，容量不断康复。

图3 单体13容量实验

图4 单体38容量实验

图5 单体48容量实验

图6 单体52容量实验

经过彻底充放电方法活化蓄电池，使其康复容量，首要是消除Ni电极在集流体与活性物质界面构成不导电的Ni（OH）2层，活化即容量实验，依照GB/T15142-2011《含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组方形排气式镉镍单体蓄电池》4.2.1条，容量循环实验在20±5℃环境下可进行5次循环。

依照《蓄电池手册》规则，蓄电池的运用寿数包括运用期限和运用周期。运用期限是指蓄电池可供运用的时刻，包括蓄电池寄存时刻。运用周期是指蓄电池可供重复运用的次数。依照GB/T15142-2011《含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组方形排气式镉镍单体蓄电池》4.4.1.3条规则，镉镍蓄电池运用寿数不低于500次。

现在容量实验，除掉第一次放电（蓄电池剩余电量），最多进行了5次容量实验，加上前期检修放电次数，最多25次，占500次寿数的5%，不影响蓄电池寿数。

以下用实验验证屡次放电对合格的电池和不合格的电池有和影响，图5为合格的电池五次放电实验，图6为不合格电池五次放电:

图7 不合格蓄电池放电实验

图8 合格蓄电池放电实验

从上图可以看出，合格的蓄电池五次放电，放电后保持到1V的时刻依次提早了约10分钟、延迟了约10分钟、20分钟、10分钟，其间第2次放电与第四次放电曲线重合。不合格的蓄电池，保持到1V的时刻别离延迟了约10分钟、10分钟、20分钟、10分钟。屡次放电，对合格、不合格的电池的电荷保持才能均有提高，容量均有提高，从上图也可发现，合格的蓄电池保持着更为优异的“储蓄电荷”才能，直到不合格蓄电池放完电，合格的蓄电池放电电压依旧远高于不合格蓄电池。此刻不合格的蓄电池现已满足4小时时放电电压大于1V要求，成为了合格品，在到达实验意图条件下，而且每次实验有明显改善状况下，5~6次彻底放电对于合格的蓄电池无危害。

二、蓄电池充放电深度

蓄电池的寿数与充放电次数有关，也与充放电深度有关，放电深度越深，其充电寿数就越短，会导致电池的运用寿数变短，因此在运用时应尽量防止深度放电。以下从蓄电池结构和使用方面来剖析。

充电深度大即“过充电”，放电深度大，即“过放电”，以下从过充过放两方面进行剖析。

过充电首要是指电池在充电时，在到达充满状况后，还持续充电，过充电时，蓄电池发生如下反应：

正极：4OH-4e=2H2O+O2↑

负极：2Cd+O2=2CdO

由于在关闭的环境中，正极发生氧气速率很小，负极Cd有充足时刻吸收O2并转化为CdO，这就促进金属Cd晶粒有充足的时刻长大，当有Ni存在时，有充足的时刻促进Ni5Cd21合金生成，使不能放电的物质堆集，正极也会有NiOOH晶粒长大和γ-NiOOH的堆集，使电池基板胀大，O2的冲击、电池基板的胀大，都或许形成活性物质的掉落（电解液污浊），从而导致蓄电池容量下降。

过放电即电池放完内部贮存的电量，电压到达一定值（终止电压）后，持续放电。镉镍蓄电池单节终止电压为1V，当多个碱性电池串联放电时，如果有单个电池或单节电池的容量比其他的电池或单节电池都低，在放电过程中，它就首先放完。由于该电池的电压低，又丧失了放电的才能，这时该电池就成为一个用电器（电阻），其他尚有容量的碱性电池就串联起来与该蓄电池构成回路，本来电池的正负极变为电阻的负正极，示意图见图7、图8。

图9合格蓄电池放电示意图                    图10 负电压蓄电池放电示意图

三、蓄电池充放电实验改善办法

GB/T15142-2011《含碱性或其他非酸性电解质的蓄电池和蓄电池组方形排气式镉镍单体蓄电池》4.1条规则，在各项放电实验之前，电池应在20±5℃的环境温度下，以恒流0.2ItA充电，充电时刻为7～8h。经剖析蓄电池充电数据，充满时刻在3小时50分与5小时30分之间，以下为随机选取4路“充电电压-时刻”曲线。

图9 充电电压-时刻图

经以上剖析，提出以下主张办法：

1、容量实验过程中，放电电压低于0.8V时，可人为完毕该组蓄电池本次放电实验，进入下轮容量实验。

2、多轮容量实验时，一定要确保电解液温度下降到20±5℃再开端下一轮实验，

由于在高温（超过45℃）下充电，可形成活性物质的掉落，影响蓄电池的性能，这是部分文件约束容量实验次数的原因。