地铁镍铬蓄电池失效形式及维护方法探讨

钱毅

摘 要：镍镉蓄电池在各个行业专业设备中的应用都十分广泛，提前了解镍镉蓄电池的失效形式有助于制定合理的维护措施，延长镍镉蓄电池的使用寿命。本文旨在对蓄电池系统的原理进行介绍，分析镍镉蓄电池的失效形式，以提出合理的维护建议。

关键词：镍镉蓄电池;失效;维护

中图分类号：TM912.9 文献标识码：A

0 引言

蓄电池系统是地铁列车辅助系统的重要组成部分，在列车处于紧急状态时，蓄电池将对应急通风、应急照明、通信系统、控制系统等负载应急供电45分钟，而蓄电池一旦故障将直接影响列车的正线运营。日常普查整改过程中也发现部分列车蓄电池绝缘阻值不达标、蓄电池漏液等情况，若不做及时处理可能导致蓄电池内部温度异常升高，最终造成蓄电池自身的烧损。

1 镍镉蓄电池介绍

目前市场上地铁列车采用的蓄电池种类主要分为两大类：酸性蓄电池和碱性蓄电池。其中应用最为广泛的当属酸性的铅酸蓄电池和碱性的镍镉蓄电池，这两种蓄电池的制造技术都相对比较成熟，两者的优缺点也十分的明显。

碱性蓄电池一般以一定比例的KOH/LiOH溶液作为电解液，正极板为烧结式正极板，以氢氧化镍作为活性物质浸渍在烧结镍基架内，导电性好，强度高。负极板是用加强筋制造的膏涂敷多孔性的导电板，以氢氧化镉作为活性物质，强度高，寿命长。

镍镉蓄电池具体化学反应方程如下：

蓄电池充电时将电能转变成化学能储存，而在放电时将化学能转变成电能。

2 蓄电池失效形式分析

在蓄电池的寿命周期内存在各种失效情况，多与电池的生产工艺相关。以下为一些常见的蓄电池失效形式。

2.1 蓄电池失水

蓄电池失水主要包括蓄电池密封不良导致泄露及反应失水：蓄电池密封不良会导致列车运行过程中电解液、氧气泄漏，从而导致寿命的缩短。

镍镉蓄电池充放电时正负极发生氧化还原反应，具体方程式如下：

从方程式中可以看出，镍镉蓄电池充电时会生成水，放电时会消耗水，理论上来说，蓄电池正常使用过程中并不会消耗电解液，但随着蓄电池充放电次数的增加以及后期蓄电池长期处于过充状态，部分水被水解生成氢气及氧气释放到大气中，会造成液位的下降，因此在使用过程中需定期添加蒸馏水以保证蓄电池的性能。

2.2 隔膜破损

蓄电池隔膜是蓄电池最关键的组件之一，隔膜的特性直接影响电解液的迁移特性、透气性、容量及安全性能。在蓄电池工作过程中，隔膜起着分隔正负极，防止接触短路的作用，同时，在蓄电池充放电过程中提供离子运输通道。

隔膜一旦破裂损坏就会导致正负极直接接触发生短路，瞬间释放大量的热，壳体受热会产生形变，严重时会直接烧穿壳体，引起电解液的大量泄漏。

2.3 制作工艺上的弊端

极板毛刺、毛边、异物，装配偏差过大，材质不达标，杂质过多等问题都会影响蓄电池的容量及寿命。极板毛刺及异物会导致蓄电池正常的使用过程中产生严重的自放电现象，相当于在内部附加了一个放电电阻，影响蓄电池的容量及寿命。

2.4 极板及线缆铜绿

极板连接处及线缆材质通常为铜，铜在空气中遇水氧化生成铜绿，会导致连接部分电阻增加，一旦有电流经过，就会温度升高，加剧蓄电池的内部消耗，影响蓄电池容量，严重时影响充放电。

2.5 热问题

镍镉蓄电池使用过程中的温度条件，将直接影响蓄电池的寿命，实验数据表明，处于0℃～10℃工作环境下的蓄电池能获得更长的寿命。蓄电池长期处于过高的工作环境中或内部短路，都可能导致极板的迅速老化，电解液的快速干涸，严重时将导致蓄电池的烧损。

2.6 电解液杂质

电解液中的少量杂质也会对蓄电池的性能及可靠性产生很大的影响。部分杂质例如碳酸盐离子对电池负极板的危害非常大，少量的碳酸盐离子就会提高金属镉的溶解度，导致镉通过隔膜的迁移，从而影响负极的反应效率，因此电解液不能长时间暴露于大氣中，以减少碳酸盐的形成。

3 合理化维护建议

3.1 添加蒸馏水

蓄电池长期充放电后常呈现出电解液液位过低的干涸情况，需定期添加蒸馏水，在添加蒸馏水及液位测量的过程中，应保证蒸馏水的纯净，避免各类杂质混入电解液。电解液中杂质过多时，充电过程中通常会伴随着大量泡沫析出，日常维护中应注意观察，及时处理。

目前苏州地铁镍镉蓄电池补液周期为三个月，补液要求为液位>0.6，理论上来说液位消耗每两周应<=0.1，若在抽查过程中发现液位下降过快，可判定该节蓄电池单体为问题单体，应及时处理更换。

3.2 检查漏液状况

蓄电池漏液的表现形式通常为肉眼可见的液流痕迹、蓄电池外壳烧损、蓄电池绝缘过低等。维护人员应制定详尽的周期维护计划，定期检查蓄电池外观，在泄漏处通常会形成肉眼可见的碳酸盐白色粉末，若发现需及时处理。

3.3 做好清洁及线缆防护

在日常蓄电池维护时应使用微湿的布对蓄电池表面及蓄电池箱体进行擦拭，不得使用清洁剂清洗，在线缆连接处及裸露金属表面应涂抹一层凡士林或抗腐蚀油，能有效减缓腐蚀及铜绿的生成。

3.4 定期充放电

镍镉蓄电池若长时间处于不完全充放电的工况下，会在蓄电池内部留下痕迹，影响蓄电池的容量，这种现象叫蓄电池的记忆效应。因此，维护人员应每两年对蓄电池至少进行一次以恒流充电电流为标准的充放电循环，若多次循环后蓄电池容量仍达不到要求，需考虑更换蓄电池。

3.5 蓄电池储存环境

蓄电池的储存环境也直接影响蓄电池的容量及使用寿命。蓄电池的储存环境应远离热源，避免阳光直射，同时应保证良好的通风、干燥的环境，避免灰尘堆积。

4 结束语

城市轨道交通列车蓄电池技术不断在进步，蓄电池的规格参数也在不断更新，但蓄电池最根本的原理是不变的。只有从根本上学习蓄电池原理，了解蓄电池的失效形式，才能更好的制定维护措施，保证列车的正常运营。

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