铁路对讲机电池的选型分析探讨

蒋松华 上海铁路局科研所

对讲机在铁路生产运输中有着广泛的应用，涉及工务、电务、客运和车务等很多方面。在对讲机使用过程中，除了对讲机本身的性能之外电池是一个重要环节，电池的好坏直接关系对讲机的通信质量。因此有必要对对讲机的电池进行研究，提高使用质量，减小故障发生率。

1 对讲机对所用电池的要求

(1)额定电压一般为7.5V，允许输入电压范围5.5V-9VDC，电池电压不得超过此范围。

(2)合理选择电池的容量，既能够保证发射时的稳定又保证使用的时间。

(3)电池应选内阻尽量要小的型号。

(4)电池要有防过流，过压，过放电保护装置，锂电池要加装保护板。

(5)电池的生产、使用和销毁过程中应符合环境保护的要求，避免重金属污染环境和有害气体释放。镍镉电池因为制造和处理过程中会存在重金属镉的污染，应逐渐在使用中淘汰。

2 铁路对讲机使用中所面临的问题

(1)铁路的对讲机是由普通民用对讲机改制而来，内部加入了铁路上所特有的信令组件并且对结构进行了改造。而使用环境却比一般的民机恶劣得多：震动、挤压、风沙、雨水、高温以及暴晒等等，这对对讲机的主机和电池都是严酷的考验。一般市场上的对讲机标配的电池容量，GP88S和GP3688都是1200mAh。这样的配置是根据一个标准的待机、接收和发射时间比率以及8h工作时间来确定的。但是在铁路无线调车上，接收和发射的时间比率要明显高出许多，而且工作时间也时常超过8h，这就造成了对讲机使用时间的不足。电池容量不足对通话的可靠性会产生严重影响。

(2)由于原配电池块的价格较高，所以铁路方面采取的是自制的办法。选取什么样的电池来生产铁路对讲机电池块成为了一个重要的问题。并非名牌电池就是合适的，例如某国产品牌镍氢电池，一开始使用没有任何问题，但是半年之后会便普遍出现电池漏液、容量下降以及容量不一致的情况，在智能充电器上测试结果是拒充。

(3)电池块在制造过程中应遵循原装电池的设计规范，否则会造成严重后果。这个情况在GP3688型对讲机上尤为明显。不良的电池块会使得对讲机莫名发射且产生严重干扰。

3 对讲机电池的选取和使用

蓄电池有5个主要参数，分别为容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。在铁路应用上面，不同环境、不同的对讲机对电池选择有着不同的要求。

过去的对讲机使用的射频模块是双极型的晶体管，所以要达到高功率输出需要较高电压，电流的消耗相对小。而现在使用对讲机更多使用了新型的场效应管，它的特点是低电压情况下可以输出高功率，而发射机效率基本不变，所以在发射机工作时电流也比以往的对讲机来得大。这样对现在的电池组提出了更高的要求。

(1)电池容量C通常的单位是Ah（安时）或者mAh（毫安时），1Ah表示在1A电流下能放电1h。充电速率通常用电池容量C来表示。例如使用3A对1.5Ah的电池充电，充电速率就是2C。对讲机电池的选择直接影响作业效果，所以在使用前需进行合理的配置。对讲机的最大耗电是在发射状态，所以电池容量选取应参考对讲机的发射电流。

(2)现场作业的手持对讲机一般为摩托罗拉和建伍牌，根据铁路的实际情况应该选择容量值大于等于2/3发射电流值的电池组。根据锂电池的特性，它的内阻较大，所以应该选取容量值大于等于1倍的发射电流值。例如摩托罗拉的GP3688系列对讲机，发射时电流通常为1.2A，应采用大于800mAh的镍镉镍氢电池或者1200mAh的锂电池。除此之外，还要根据现场工作的具体状况来确定电池容量。对讲机工作时发射、接收和待机电流分别为1200mA、250mA和40mA，现场调车作业时此三种状态所占时间比例约为1：3：6，每个班的工作时间约为8h，计算出电池容量为1752mAh。实际选取容量为1800mAh的电池组。目前对讲机出厂时发射电流都大大超出1200mA，所以在正式投入使用前要进行必要的调整，达到设定值。

(3)电压参数：单体镍镉电池的标称电压1.3V（也有认为是1.25V），单体镍氢电池的电压是1.25V，而锂电池为3.6V。目前铁路使用的对讲机的标称电源电压是7.5V，而实际可用的电压范围是在6V-9V之间。所以应该选择6节串联的镍镉、镍氢或者2节串联的锂电池。镍镉电池的充电终止电压是1.75V-1.8V，镍氢电池是1.5V，锂电池为4.1V正负50mV。放电终止电压分别为1V、1V和3V。而对于电池超过6节的电池组在安装前需要对电池进行容量和内阻的筛选，尽可能使电池特性保持一致。新旧电池和不同品种的电池不可混用。

(4)电池不可过分放电，镍镉电池如果深度放电会造成极间短路，而锂电池过放电会严重影响使用寿命。所以实际使用前需设置对讲机的电池监测功能为开启，使用时务必注意观察电池工作情况。

(5)电池内阻：镍镉和镍氢电池的内阻较小，所以能够承受较大的放电电流，而且工作稳定。锂电池内阻约为镍镉镍氢电池的数倍，不能用于大电流供电场合。锂电池工作电压变化范围较大，电池自身发热也相对高。锂电池使用时应该避免过流过压，否则会直接影响电池的使用寿命甚至产生危险。所以之前需要对其加装保护板，用以限制充放电电压以及限制电流输出。

(6)现实生活中存在一些危险场所，如燃料或化学品的生产、运输和仓储地，化工厂，油轮货仓，空气中含有大量细微砂粒、粉尘场所，面粉加工厂，亚麻加工厂，机械加工车间和煤炭加工场所等。若要在这些场所使用对讲机，必须需要采用的是一种特殊的防爆型的对讲机。防爆对讲机除了对讲机主机以外电池和充电器也要进行防爆处理以达到防爆要求，还需要有密封的外壳和带限制电流的输出功能的安全型电池组。

4 充电和充电器

4.1 充电方式的选择

充电的两种制式

(1)在环境温度20℃土5℃的条件下，以0.2C充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01c，最长充电时间不大于8h，停止充电。此充电制式为检验结果有争议时作为仲裁采用的充电制式。

(2)在环境温度20℃土5℃的条件下，以1C充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流小于或等于0.01c，最长充电时间不大于2h，停止充电。

两种制式中，第一种为常规方式，第二种是快速充电。当前铁路所采用的是第一种充电方式。

应注意的是，电池放置一段时间后会进入休眠状态，此时容量会低于标称值。启用前要进行激活，经过3～5次正常的充放电循环就可激活电池，恢复正常容量。从一开始就采用标准方法充电的这种"自然激活"方式是最好的。

合理的充放电对对讲机的使用以及电池组本身都会带来好处，而用于运输生产的对讲机电池充电设备更需要进行精确合理的设计以期望达到最佳的使用状态。

4.2 充电需避免的问题

在充电过程中电池的电压会随着储存电量的增加而逐渐上升，当电池储存的电量达到饱和电极材料无法继续充电时，若继续充电则电池内部电解液会引起电解，并且在阳极产生氧气，在阴极产生氢气，造成电池内部压力上升，会对电池内部结构造成破坏甚至爆炸，像这种现象称之为过度充电。

过度充电会造成不安全隐患和降低电池的使用寿命。为了防止电池过充，充电器应具备充电检测电路在电池充满时及时停止充电。

镍镉电池的充电器常以-DV控制方式进行充电，当检测到电压低于最高值10～20（mV）时终止充电。

镍氢电池则以0DV的控制方式，在充电电压达到最高时，停止继续充电（见图1）。

图1 镍镉、镍氢充电器线路图

而锂电池则应使用定电流、定电压方式充电最好。需要指出的是镍镉电池需要通过先放后充的过程以克服它的"记忆效应"（见图 2）。

由于镍镉、镍氢和锂电池的充电方式以及充电终止电压都不相同，所以充电机要采用不同的线路设计，且充电机之间相互不通用。

目前铁路上所使用的充电机采用的是恒流定时方式，这样的方式充电虽然简单但是有诸多弊端，例如无法识别不同容量的电池组，过量充电，充电效率低以及影响电池寿命。所以需要重新设计充电线路，并在充电线路设计中加入电池温度控制电路。

图2 锂电池充电器线路图

铁路对讲机一般都采用多组式充电机，有4组、6组和8组的规格。电源容量应选择大于2倍的总充电电流。6组和8组的充电器要求安装散热风扇，对于充电机发热元件要做好散热工作。充电环境要干燥通风。

5 结论

对讲机的广泛使用，它已成为铁路运输的一个重要组成部分。要使得对讲机安全高效的运行，除了对讲机主机的合适选择之外，电池作为一个核心部件，也需要得到严格的控制。另外人员的操作也要遵守相关的规章制度。这样，才能够保证对讲机在预期的年限内正常使用。