现代电车牵引电池包维检修研究

杨永晓

摘要：天津现代电车供电形式采用接触网供电与牵引电池包供电相结合的模式，但牵引电池包的相关运营维护经验无参照、借鉴可循。本文结合现代电车的实际情况对电车电池包性能进行分析，总结运营经验，提出维护建议。

关键词：牵引电池包；现代电车；镍氢电池

1 导言

天津现代电车是国内首条100%低地板现代电车线路（2007年运营），采用单轨导向胶轮走行制式电车，供电方式为接触网与牵引电池包相结合的模式，但国内无牵引电池包的运营维护相关经验。

2 现代电车牵引电池包

2.1 牵引电池包简介

牵引电池包主要由以下几部分组成：

（1）镍氢电池模组：采用SAFT公司的高功率镍氢电池，放电功率可达180KW，放电电流可达到200A。其由44个12V镍氢电池模块（34 Ah）组成，单个12V镍氢电池模块由10支1.2V的小模块串联封装而成。寿命如下：

① 5%充放电寿命：230，000次

② 20%充放电寿命：25，000次

③ 30%充放电寿命：20，000次

④ 50%充放电寿命：6，000次

⑤ 使用年限：6～8年

（2）电池组管理单元（BMC）：包括信号采集部分和逻辑控制部分。BMC对所采集的温度、电压、电流等信号进行综合判断和分析，然后输出控制信号给控制电路进行相关操作。

（3）电池组温度管理系统（BTMS）：在对电池进行充电时，会产生大量的热，同时，外界温度较高时，电池温度会超过电池的承受温度，严重影响电池的性能并存在电池胀裂、短路起火的安全隐患。在冬季温度较低时，电池的电化学性能降低，影响电池组的充放电特性。为保证电池组良好的工作，其温度必须控制在一定范围内，此温度管理系统起到了温度控制的作用。

（4）各种传感器以及信息采集卡。

2.2 牵引电池故障情况

（1）电池组模块故障。其表现形式有模块电压低、充电温度高，内阻变大、爬碱严重、电池容量下降等，它们之间相互影响。

（2）电池组温度管理系统（BTMS）故障。常见故障有制冷故障、加热故障、循环故障、以及漏液等。

（3）电池组管理单元（BMC）故障。该系统故障直接导致牵引电池包无法工作。

（4）电池包充电器故障。

（5）各种传感器以及信息采集卡故障。

3 现代电车电池包的维检修研究

3.1 电池包模块的理想检修标准

（一）充放电

（1）充电温度 充电时环境温度应在10～40℃。环境温度会影响充电效率，环境温度在10～30℃时，充电效率最佳；环境温度低于0℃时，电池内气体吸收反应不充分，造成电池内压升高，激活安全阀，电解液损耗；环境温度高于40℃时，充电效率会下降，也会使电池性能恶化。

（2）涓流充电 在快速充电后可用0.03～0.05C电流进行涓流充电。为避免涓流充电造成电池过充而使电池性能恶化，应使用时间设定器。

（3）放电温度 放电时环境温度应在-10～45℃，放电电流影响电流效率。放电效率在0.1～2C之间效果最佳。

（4）放电 温度在-10℃以下或45℃以上时，放电容量会下降。

（5）过放电 由于过放电会损坏电池特性，放电时要注意切断电流。

（二）储存与使用

（1）短期储存 电池应储存在干燥、无腐蚀性气体、温度在-20℃～45℃之间的地方。电池储存在相对湿度特别高或温度低于-20℃或高于45℃的地方，会使电池的金属部件生锈，电池泄露或有机材料部分收缩，从而影响电池性能和使用寿命。

（2）長期储存 由于长期储存会加速电池自放电和活性物质钝化，电池电压和容量会下降，环境温度为10～30℃之间比较合适。储存时间超过一年时，至少充一次电，以避免自放电引起电池泄露或性能恶化。

（3）循环寿命 电池在正确使用条件下可循环使用1000次以上（100%充放电）。电池使用后期，电池内阻增加，应考虑电池末期失效生热的安全问题。

（4）正确充放电 为确保电池的安全使用，延长电池的使用寿命，应严格遵循电池的充放电使用条件。

3.2 电池包模块的维护作业研究

（一）禁止事项

（1）拆卸 不要拆卸电池。电池内部电解液为强碱性，会伤害皮肤和衣物，一旦拆开将无法再使用。

（2）短路 不要将电池短路。否则护损坏电池，并会生热使电池燃烧。

（3）靠近火源或水源。电池太热会使电池爆裂，放入水中电池会失效。

（4）电池极性反接 不要将电池正负极反接，否则会导致电池鼓胀或破裂。

（5）大电流过充和反极充电 不要将电池反极充电或大电流过充，否则会造成气体快速产生，使电池内压增加，电池鼓胀或破裂。

（6）电池包短路 严禁电池包短路，由于电压高，产生较大电流，短路时存在燃烧风险。

（7）新旧电池混用 应避免新旧电池混用，性能的不同会使新电池不能发挥最佳的作用，长时间使用会造成新电池的不可恢复的伤害，缩短使用寿命。

（二）维护措施

制定并严格执行《牵引电池包维护检修规程》，主要包括以下内容：

（1）每两周下载电池包数据（BMC数据）。提前预判电池性能趋势并及时对牵引电池包进行相应维护。

（2）每月检查BTMS液面高度。如其液面高度低于标准刻度，及时添加补充。

（3）每月对牵引电池包的清洁维护。电池包内部和外部进行吹扫，保证电池包的清洁状况。

（4）每季度对牵引电池包进行深度放充电维护。由于牵引电池包在正线或车辆段内使用过程中，均为10%～20%左右的浅充放循环，存在一定的记忆效应，须进行深度充放电进行缓解。

（5）每半年对BTMS进行漏点检测。对发现的漏点进行维修，确保制冷系统的良好工作。

（6）每年检测牵引电池包的耐压值并更换内阻高于0.6mΩ电池。

（7）模块维护。镍氢电池自放电率约为每月约20%-30%，应对备件电池以0.2～0.5C电流充电，并存放于10-30℃干燥环境中，保证模块在库存期间有足够的电量，维持电池的最佳性能。同时，对于备件电池在使用前应先对其进行多次充放电，激活其化学活性后再使用。

（8）中期延寿。对于使用4到5年的电池包，由于老化现象严重、化学活性降低、故障率较高，须进行延寿工作，提高电池包中后期后期性能。

参考文献：

[1] 徐顺余，高海鸥 《混合动力汽车车用镍氢动力电池分析》.上汽股份汽车工程研究院，2005

[2] 唐有根，李文良《镍氢电池》.北京：化学工业出版社，2007