地铁车辆蓄电池活化应用探讨

杨海 肖贵平 王宽兵

摘要：成都地铁车辆所用蓄电池是碱性镍镉蓄电池，是车辆正常激活必不可少的一个部件。本文介绍了成都地铁所用镍镉蓄电池的结构、原理，并在此基础上结合地铁运营的经验提出了该种蓄电池的使用及维护方法。

关键词：蓄电池;结构;关键参数;活化

一、蓄电池结构

成都地铁车辆所用蓄电池为整个电池组由80节蓄电池组成，每一单节标称电压为1.2V。每节电池则由以下幾部份组成：正极板、负极板、隔板、电解液、蓄电池极柱等组成。

（1）正极板：正极板是将镍粉末用高温烧结为多孔性的导电板，用氢氧化镍作为这个导电板的活性物质。

（2）负极板：负极板将以氢氧伙樱为活性物质，与用加强筋制造的膏涂敷多孔性的导电板组合而成。

（3）隔板：隔板将正极板与负极板隔离，并防止短路。这个隔板用耐碱性合成树脂纤维与合成树脂薄膜组成，多层构造。

（4）电解液：使用密度为1.15--1.30（20℃时）的氢氧化钾溶液。当环境温度较低时，电解液密度要相对高一些。为兼顾低温性能和荷电保持能力，密封镍镉蓄电池采用密度为1.40（15℃时）的氢氧化钾溶液。为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢氧化锂（大约每升电解液加15～20g）。

二、蓄电池关键参数

镍镉电池具有效率高、循环寿命长、能量密度大、体积小、重量轻、结构紧凑、并且不需要维护的特点，因此在工业和消费产品中得到了广泛应用。蓄电池的五个主要参数为：电池的容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。

（1）电池的容量通常AN安时）表示，IAh就是能在IA的电流下放电1小时。单节电池内活性物质的数量决定单节电池含有的电荷量，而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定，因此，通常电池体积越大，容量越高。与电池容量相关的一个参数是蓄电池的充电电流。蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量。例如，用2A电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C;同样地，用2A电流对500mAh电池充电，充电速率就是4C。

（2）电池刚出厂时，正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。当环境温度、使用时间和工作状态变化时，单节电池的输出电压略有变化，这种镍镉电池单节的标称电压约为1.20V。

（3）电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中，极板的电阻是不变的，但是，离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。

（4）蓄电池充足电时极板上的活性物质己达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。镍镉电池的充电终止电压为1.75～1.8V，镍镉电池不同放电率时的放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样，极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关。镍镉电池的放电终止电压和放电速率的关系如表1所列。

电解液的温度对蓄电池的容量影响较大。这是因为随着电解液温度升高，极板活性物质的化学反应也逐步改善。电解液中的有害杂质越多，蓄电池的容量越小。主要的有害杂质是碳酸盐和硫酸盐，它们能使电解液的电阻增大，并且低温时容易结晶，堵塞极板微孔，使蓄电池容量显著下降。此外，碳酸根离子还能与负极板作用，生成碳酸镉附着在负极板表面上，从而引起导电不良，使蓄电池内阻增大，容量下降。

镍辐电池使用过程中，如果电量没有全部放完就开始充电，下次再放电时，就不能放出全部电量。比如，镍镉电池只放出80%的电量后就开始充电，充足电后，该电池也只能放出80%的电量，这种现象称为记忆效应。

三、常见故障及处理方法

（1）白色结晶：产生结晶的部位多在电池极柱和运行气塞处，这是由于添加纯水或电解液时液面过高，加之运行气塞密封不严，对蓄电池充电时，电解液发生化学反应释放热量，溶液产生热膨胀而溢出气塞，日积月累，形成白色结晶。

处理方法：首先在添加纯水和电解液时不要超过液面上线，一般我们要求三月检时检查液面，夏天可根据情况适当缩短时间，液面加到上下刻度3/4处。要紧固密封部位，预防电解液溢出气塞;其次每隔2，3个月把运行气塞拧开放在3%的硼酸水溶液或清水中浸泡，沥干后，重新装上，可达到预防的目的;最后对己产生的白色结晶，可用清水或3%的硼酸水揩擦干净。对于盖子有变形或裂纹的要及时更换。

（2）绿色锈蚀：产生绿色锈蚀的部位在极柱、跨接板及连接线头处，这是因为极柱、跨接板和连接线头均为裸导体，长期裸露在外，在潮湿环境中，铜与氧气发生化学反应形成绿色铜锈。

处理方法：对极柱、跨接板及连接线头产生的绿色锈蚀，首先要清除绿锈，最好是拆下来清洁，然后在接头连接处涂上电力复合脂，取代以前常用的中性凡士林，因中性凡士林的滴点太低，容易流失，而电力复合脂滴点高达200℃左右，具有良好的导电和防腐性能。

（3）电压过低：运行中测量某节电池电压过低，说明该节电池放电较深或己老化;若该节电池电压接近零，又不为零，首先看是不是接反了，很可能是这几节电池极性接反了。对电池电压太低且基本为零的电池，立即更换。若电池电压较低，可以恢复其容量的，应对这些电池进行活化。

活化的方法：首先断开充电回路，在放电馈出回路输出端接上放电负载，放电电流应为电池额定容量的电流数值，合上放电开关至单支电池电压为1.0V后，切断放电负载，合上充电回路，按4小时充电制给电池充电，此即完成一个循环的电池活化工作，以此方法循环工作三次，即完成电池活化工作，能恢复电池基本性能。电池性能指标实现修复，以达到延长电池使用寿命的效果。

（4）容量下降：电池容量下降有两种情况，一种情况是容量严重下降，且无法恢复;一种情况是容量下降较快，通过一系列科学的方法，可以恢复其性能。

处理方法：电池容量下降的，可以更换电解液，进行重新充、放电来恢复电池容量，并将无法恢复容量的电池更换掉。

四、充、放电工作注意事项

（1）电解液温度超过35℃时，不宜充电，注入的电解液应冷却到30℃以下，防止充电时电解液温度升高过快。充电期间，特别是过充时，电解液中的水被电解，释放出氢气和氧气，为防止爆炸，故室内不得有明火。充电时电解液温度在20℃时，按照规定的充电电流或电压值充到规定时间，蓄电池充入的实际容量是合格电池额定容量。当温度低于5℃或高于35℃时充电，此时充电容量达不到额定值。

（2）镍镉蓄电池电解液的密度在充、放电期间无变化，故密度不能作为蓄电池充电结束的标志，而应用充入容量和电压来衡量。初充电时间达到产品的技术条件规定的充电时间，可认为充入容量达到要求，此时单节电池的电压也应达到产品的技术条件的规定，才可认为充电结束。

（3）镍镉蓄电池在初充电时要经过多次充放电循环才能达到额定容量，产品技术条件一般要求3-5次循环内应达到其额定容量。

（4）碱性蓄电池在低温状态下的放电容量与它的电解液温度有关，当温度低于15℃时，其放出的容量比额定容量要小，在该温度以下放电时，应按制造厂提供的该型蓄电池的修正系数进行修正。

（5）充电结束后，电解液的液面将会发生变化，为保证蓄电池的正常使用，需用蒸馏水或去离子水将液面调整至液面线规定处。

五、结束语

在延长电池寿命的同时为公司节约不菲的更新电池产生的采购费用。随着国家加大环境保护力度，重污染的电池的报废流程也势必更加严格。通过活化电池也可以节约公司报废电池产生的管理成本，并响应国家环保政策。