轨道交通车辆电池应用现状及未来发展趋势浅析

轨道交通车辆电池应用现状及未来发展
趋势浅析
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摘要：针对目前轨道交通车辆用电池类型，主要从环保、先进技术应用方面对铅酸电池、镍电池、锂电池和燃料电池进行了调研分析，提出了锂电池和氢燃料电池将来作为轨道交通车辆电池选型的主要方向。

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关键词：轨道交通车辆、锂电池、氢能源电池
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1.概述
中国铁路机车从蒸汽机车到内燃机车、电动机车、高速列车，从“绿皮车”到“复兴号”，中国铁路的不断突破创新，跑出了让世界为之侧目的“中国速度”。

但是，无论是普通的乘用车还是高速列车，使用紧急电源的辅助电源和电池是铅酸电池或镍镉碱性电池，因含有重金属在电池报废后会造成环境污染。

本论文深入调研了目前轨道交通车辆电池应用情况及未来发展趋势，为我国轨道交通车辆电池选型提供了合理的依据。

2.轨道交通车辆电池应用现状
（1）铅酸电池
南都公司于1995年就开始参与由铁道部科学研究院组织的VRLA电池在内燃
机车上的应用试验。

并于1996年成立了内燃机车专题小组，根据内燃机车使用
的特殊环境，在通信用VRLA电池的基础上，改进了电池的结构和铅膏配方，经
过仅一年时间的攻关，研制成功了“NM-420”内燃机车专用电池。

1997年5月6日中国轻工总会化学电源研究所向武昌南机务段东风轻型第4
号0244机车提供52只NGM500电池进行实车试验。

（2）镍电池
1）在电力机车上的应用
袋式镉镍电池GN100型在电力机车上作升降弓的动力备用电源，普遍采用74
只单体电池组合，机车正常运行时机车电池组处于浮充电状态工作。

2）在轨道客车上的应用
最早在铁道客车上试验的是国营756厂研制的袋式GN400型镉镍电池，于1986年7月在乌鲁木齐车辆段铁道客车上进行了试验，采用38只单体电池组合，列车运行时由轴驱发电机供电并给电池组浮充电，列车停站时由电池组给客车供
电（包括照明、电扇等）。

3）在内燃机车上的应用
在内燃机车上选用的烧结式镉镍电池的型号有GNC140和GNC170型，主要用
作内燃机车的启动、照明及辅助电器的直流电源。

4）在地铁列车上和站上的应用
在地铁列车上作为应急照明和列车操作的备用电池，根据情况可选用袋式低
倍率镉镍电池（型号有GN60-2等）和袋式中倍率镉镍电池（型号有GNZ130等）
分别以75只和84只为一组,单只电池浮充电压分别为1.48V和1.45V。

在地铁站
上与直流屏配合使用作应急备用电源，选用的是烧结式GNG20型电池，一般以
180只电池为一组。

（3）锂电池
国内方面，2010年3月，将磷酸铁锂蓄电池组安装在唐山试验线上进行试验
的中低速磁浮列车上，进行了空载、重载等多项试验，运行1年后对电池重新进
行了检测。

对测得数据分析可知，锂电池组经过1年的运行，其容量和性能没有
发生明显变化。

适合在中低速磁浮列车上使用。

在2018年柏林轨道交通技术展览会上，中国中车展出的新型混合动力调车
机车和新一代碳纤维地铁均将钛酸锂电池应用于动力系统，这标志着钛酸锂电池
技术已成为轨道交通的新趋势。

随着车辆步入绿色智能的新时代，钛酸锂电池将
会在高铁、有轨电车、地铁上获得更加广泛的应用。

（4）燃料电池
长期以来，氢技术一直被认为是许多公路和铁路运输应用的有前途的替代品。

学术界、咨询机构和政府部门的几项研究表明，氢气可能是化石燃料运输的可行
替代品。

在过去的几十年里，燃料电池开发人员在概念验证阶段之外取得了重大
进展，在亚洲、欧洲和美洲，从有轨电车和公共汽车到区域列车的持续应用。

由
于其固有特性，燃料电池系统通常与蓄电池或超级电容SC等二次存储设备一起
使用。

在日本，2006年开始了配备燃料电池系统的原型车的首次试验，在欧洲，最
早报道的带有车载储氢的轻轨运输应用之一可以追溯到2011年，一辆3400系列
原型轨道车在西班牙的桑坦德-奥维耶多地区线上进行了改造和测试。

2022年9月，在德国柏林轨道交通展览会上，西门子等展示了氢能源机车和
氢能源动车组，而且DB等运营商全力支持加氢设备等一体化设施的建设。

中车电动氢燃料电池技术正在走上全面发展的快车道，承担过多项863课题DC/DC变换器的设计开发，建立了成熟可靠的试验验证体系，具备关键零部件的
多层次研发与验证能力，掌握从元件-部件-系统的多层次的关键技术，在技术路线、关键技术和关键工艺等领域具备良好的基础和经验。

3.新型电池应用前景
目前，铅酸电池及镍电池因其对环境的污染性已慢慢被时代淘汰，氢燃料电池尚处于发展阶段，技术水平相对较不成熟，而锂离子电池因其环保性，能量密度高的特点被越来越多的应用于轨道交通车辆领域，也必将成为未来轨道交通车辆动力电池的主要介质。

在此基础上，也发展出很多新型电池，可以作为未来研究应用的重点。

4.小结
通过上述分析，传统电池材料已经不能再适应未来环保要求，但具有成本优势；锂电池环保性能有较大提升，但成本过高；氢燃料电池环保性能最高，但是铁路运营商需要配套加氢设备，同时更适用于小牵引功率车辆需求。

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