锂电池在国内外轨道车辆的应用前景分析

锂电池在国内外轨道车辆的应用前景分析 王树宾
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（ ） 文章编号 ： １ ０ ０ ２ ７ ６ １ ０ ２ ０ １ ２ ０ ５ ０ ０ ０ ７ ０ ４ － － －
锂电池在国内外轨道车辆的应用前景分析
王树宾
（ ） 长春轨道客车股份有限公司 ， 吉林 长春 ， １ ３ ０ ０ ６ ２
摘 要 ：概述了目前轨道交通车辆用电池的现状和 问 题 ， 介绍了新一代绿色环保锂电池的性能和特点， 并将锂电池与目前使用的铅酸电池和镉镍电池进行了对比 。 通过锂电池的性能分析 ， 提出了锂电池在轨道车 辆的应用前景 。 关键词 ：轨道车辆 ；锂电池 ；性能
内燃机车的常温和低温的大电流的启动性能要求 。 其 ／ 他性能满 足 镉 镍 电 池 国 家 标 准 Ｇ Ｂ Ｔ １ ５ １ ４ ２ ２ ０ ０ ２的 － 。 要求 （ ）电力机车 ２ 电力机车采用的电池与内燃机车不同 ， 早在 ２ ０世 纪６ ０ 年代就采用袋 式 碱 性 镉 镍 电 池 作 为 电 力 机 车 升 弓动力电源 ， 一般 工 作 电 流 １ 最大工作电流可达 ５ Ａ， ３ ０Ａ。 主要技术要求如下 ： １ ０ ０Ａ ｈ和１ ２ ０Ａ ｈ 两 种， ① 单体电 池 额 定 容 量 ： ： 额定电压 （ 单体 ） １ ． ２Ｖ； １ １ ０Ｖ±２Ｖ； ② 电池组充电电压 ： ， 单体 ） 放电时 ． ２Ｃ 放至 １ ． ０ Ｖ（ ③ 常温放电以 ０ 间不低于 ５ｈ； ， 以０ 单体 ） 放 －１ ８ ℃） ． ２Ｃ 放至 １ ． ０Ｖ（ ④ 低温 （ 电时间不低于 ２ ． ５ｈ； ／ Ｂ Ｔ １ ５ １ ４ ２ ２ ０ ０ ２ 的要求 。 ⑤ 其他性能符合 Ｇ － 由于铅酸电池的技术进步 ， 在２ 阀 ０ 世纪 ９ ０ 年代 ， 控密封铅酸电池研 制 成 功 ， 逐 步 形 成 批 量 生 产。这 种 价格便宜 铅酸电池相对袋式碱 性 镉 镍 电 池 维 护 简 单 、 且性能 稳 定 ， 逐 步 替 代 镉 镍 电 池 。 一 般 选 用 ＤＭ １ ７ ０ 型铅酸电池 ， 额定容量为１ 额定电压为２ ７ ０Ａ ｈ， ． ０Ｖ （ 。 铅酸电池适合浅充放 ， 单体 ） 选择的容量要高一些 。 ２． １． ２ 国内外铁路客车 （ ）国内 ２ 无空调 ） １ ２ 型和 ２ ５ Ｂ 型车 （ 长期以来 ， ２ ２ 型车采用的 是 铅 酸 电 池 ， ２ ０世纪９ ０ 年代初开始升级换代为 ２ 并采用袋式碱性 镉 ５ Ｂ 型车 ， 镍蓄电 池 ， 产 品 型 号 有 ＧＮ ２ ５ ０ 型、 ＧＮ ３ ０ ０ 型、 ＧＮ ３ ５ ０ 型、 目前使用较 多 的 是 ＧＮ ＧＮ ４ ０ ０型， ３ ０ ０ 型。 主 要 用 于列车到站停车时由电池组给客车照明 、 电扇等供电 。 主要技术指标如下 ： ５ ０Ａ ｈ、 ３ ０ ０Ａ ｈ、 ３ ５ ０Ａ ｈ和４ ０ ０ ① 额定容量有２ 目前以 ３ Ａ ｈ， ０ ０Ａ ｈ 居多 ； ； 单体 ） ． ２Ｖ（ ② 额定电压 １ ５Ｖ±１Ｖ； ③ 充电电压 ５ ／ Ｂ Ｔ １ ５ １ ４ ２ ２ ０ ０ ２ 的要求 。 ④ 其他性能符合 Ｇ － （ ）国内 ２ 发电车供电 ） ２ ５ Ｇ 空调车 （ 主 ２ ５ Ｇ 空调车目前 使 用 的 是 阀 控 密 封 铅 酸 电 池 ， 要型号 有 ＴＭ 目前使用较多的是４ ６ ０ 型 和 ＴＭ ４ ０ 型， 块６ 主要 用 于 故 障 时 应 急 照 明 。 主 要 性 能 ６ ０型， －ＴＭ 指标如下 ： 额定电压２ ４ ０Ａ ｈ和６ ０Ａ ｈ， ． ０Ｖ ① 额定 容 量 ： （ ； 单体 ） ５ ４Ｖ±１Ｖ； ② 充电电压 ： ／ Ｂ Ｔ ３ ０ ６ １ ２ ０ ０ ２ 标准要求 。 ③ 性能满足 Ｔ － （ ）国内 Ｄ 电气化区段车 ） ３ Ｃ ６ ０ ０Ｖ 直流供电车 （ Ｄ Ｃ ６ ０ ０Ｖ 直 流 供 电 车 目 前 使 用 的 是 袋 式 碱 性 镉
图 ９ 新干线 ４ ０ ０ 系转向架
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国外铁道车辆 第 ４ ９ 卷第 ５ 期 ２ ０ １ ２年９月
１ 锂电池的特点Hale Waihona Puke Baidu
（ ）锂电池属于新一代绿色环保能源 。 使用的原 １ 材料和制造过程中 ， 无对人体有害的材料 ， 也无对环境 造成污染的物质 。 而碱性镉镍电池中的镉和铅酸电池 中的铅均为对人体 有 害 、 污 染 环 境 的 物 质。 绿 色 环 保 是锂电池的最大特点 。 ）具有体积小 、 （ 质量轻的特点 ， 仅为镉镍电池和 ２ 铅酸电池的 ～ 。 （ ）单个锂电池标称 电 压 高 ， 一般为３ ３ ． ２ Ｖ～３ ． ６ ， ， ， 铅酸 电 池 只 有 镉 镍 电 池 更 低 只 有 Ｖ ２ ． ０Ｖ １ ． ２ Ｖ， 这样串联成等高的电压 ， 所需要的锂电池数少 ， 提高了 电池组的可靠性 。 ）循环寿命长 ， （ 是 镉 镍 电 池 的 ３ 倍 ～４ 倍 ， 铅酸 ４ 电池的 ７ 倍 ～８ 倍 。 （ ）工作温度范围宽 ： 一般可在 －２ ５ ０ ℃ ～ ＋５ ５℃ 下工作 。 （ ）充放电效率高 。 ６ （ ）自放电率低 ： 自 放 电 率 在 ５％ ～１ ７ ０％ 范 围 内 ， 镉镍电池一般为 ２ ０％ 。 （ ）锂电池无记忆效应 。 ８ （ ）维护简单 。 ９
ＷＡＮＧ Ｓ ｈ ｕ ｂ ｉ ｎ －
（ ， ， ） Ｃ ｈ ａ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． Ｃ ｈ ａ ｎ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ ６ ２， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｙ ｇ ： ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｒ ａ ｉ ｌ ｔ ｒ ａ ｆ ｆ ｉ ｃ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｄ ． ｐ ｇ ｙ ｇ ａ ｎ ｄ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ Ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｅ ｎ ｅ ｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｅ ｎ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｇ ｇ ｐ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ａ ｄ ａ ｃ ｉ ｄ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｉ ｃ ｋ ｅ ｌ ｃ ａ ｄ ｍ ｉ ｕ ｍ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ． － － ｙ ｐ ｙ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ａ ｉ ｌ Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｈ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｒ ｏ ｓ ｅ ｃ ｔ ｓ ｙ ｙ ｐ ｐ ｙ ｇ ｐ ｐ ｐ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ ｗ ａ ｒ ｄ ． ｕ ｔ ｐ ： ； ； ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｒ ａ ｉ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｐ ｙ ｙ
高、 综合性能较好的可充电电池 。 锂电池是目前世界上广泛应用的最新一代的充电 电池 ， 其负极材料是碳材料 ， 正极是含锂的过渡金属化 合物 ， 如钴酸锂 、 锰酸锂 、 磷酸亚铁锂等 ， 电解质是锂盐 的有机溶液或化合物的二次电池 。
檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨 轴距同为２ ２ ５ ０ ３ 种 转 向 架 均 为 无 摇 枕 结 构 ， 一系悬挂分别采 用 了 圆 锥 叠 层 橡 胶 ＋ 螺 旋 弹 簧 、 ｍｍ， ， 圆锥叠层橡胶和单侧双拉板 （ 也称 Ｓ Ｅ Ｓ 式或 Ｓ Ｕ 式） 通过试验最终从中筛选出了以 Ｄ Ｔ ９ ０ ３ ０ 为基础的转向 架作为 ４ 被命名为 Ｄ ０ ０ 系批量生产转向架原型 ， Ｔ ２ ０ ４ 和Ｔ 其中 Ｄ Ｒ ７ ０ ０ ６ 转向架 （ Ｔ ２ ０ ４ 转向架因住友金属和 。 川崎重工两家生产也有 Ａ、 Ｂ 之分 ） 这种双拉 板 式 的 轴 箱 定 位 结 构 ， 在Ｊ Ｒ 东后续开 发的各种新干线转向架中一直被 沿 用 至 今 。４ ０ ０系车 转向架空气弹簧横向跨距减 体宽度缩减为 ２ ９ ５ ０ｍｍ， 小至 ２ 齿轮 ０ ０ ０ ｍｍ， Ｄ Ｔ ２ ０ ４ 转向架仍安装直流电机 ， ， 箱传动比为 ２ 转向架自重为７ 定员载荷轴重 ． ７， ． ３ｔ （ ） 。 图９ １ ３ｔ （ 待续 ） 刘宏友 校
２ 轨道车辆应用电池的现状与问题
２． １ 现状 ２． １． １ 国内铁路机车 （ ）内燃机车 １ 内燃机车目前主要采用的是 ＮＭ ４ ５ ０ 铅酸蓄电池 作启动电源 ， 主要技术要求如下 ： （ ， 额定 ４ ５ ０Ａ ｈ ５ｈ 率放电 ） ① 单体电池额定容量 ： ： 电压 （ 单体 ） ２ ． ０Ｖ； １ １ ０Ｖ±２Ｖ； ② 电池组充电电压 ： 启动电流 ③ 常 温 启 动 能 力 和 最 大 放 电 电 流： 在 ７ｓ时单 体 电 池 电 压 不 低 于 １ 终止 ２ １ ０ ０Ａ， ． ４ ０ Ｖ， ， ； 电压 １ ． ０Ｖ 时 放电时间不低于 ２ ４ ０ｓ 启 动 能 力 与 低 温 放 电 容 量： 启 －４ ０ ℃） ④ 低温 （ 动 电流 １ 在７ｓ单体电压不低于 １ 终止电 ７ ０ ０Ａ， ． ０Ｖ， ； 压０ 放电时间不低于 ３ ． ６Ｖ 时 ， ０ｓ ／ Ｂ Ｔ ３ ０ ６ １ ２ ０ ０ ２ 铁道行业标准 ⑤ 其他性能符合 Ｔ － 要求 。 内燃机车目前 也 有 采 用 烧 结 式 碱 性 镉 镍 蓄 电 池 ， 一 般 选 用 ＧＮ Ｃ １ ７ ０ 型、 ＧＮ Ｃ １ ９ ０ 型、 ＧＮ Ｃ ２ １ ０型和 这类电池额定容量分别为１ ＧＮ Ｃ ２ ２ ０型， ７ ０Ａ ｈ、 １ ９ ０ 其中目前使用较多的是１ Ａ ｈ、 ２ １ ０Ａ ｈ和２ ２ ０Ａ ｈ， ７ ０ Ａ ｈ和２ １ ０Ａ ｈ。 由于烧结式碱性镉镍蓄电池大电流放 电性能优于 铅 酸 电 池 ， 所以不需要４ ５ ０Ａ ｈ就能满足
＋ 中图分类号 ：Ｕ ２ ７ ０． ３ ８ １ 文献标识码 ： Ｂ
Ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｓ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｌ ｉ ｔ ｈ ｉ ｕ ｍ Ｂ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ｐ ｐ ｐ ｙ ｉ ｎ Ｒ ａ ｉ ｌ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ａ ｎ ｄ Ａ ｂ ｒ ｏ ａ ｄ
锂电池是目前已经大量生产并得到广泛应用的可 。 在 可 充 电 电 池 大 家 族 里， 二次电 池 ） 如铅 充电电池 （ 酸电池 、 镉镍电池 、 镍 氢 电 池 等 电 池 里， 它属于新型绿 色环保能源产品 ， 也是技术发展速度最快 、 能量密度最
； 收稿日期 ： 修订日期 ： ２ ０ １ ２ ０ ５ ０ ８ ２ ０ １ ２ ０ ６ １ ５ － － － － ， 作者简介 ： 王树宾 （ 男， 吉林桦甸市人 ， 高级工程师 。 １ ９ ７ ４ －）