地铁车辆中铅酸性蓄电池与镍镉碱性蓄电池对比分析

地铁车辆中铅酸性蓄电池与镍镉碱性蓄电池对比分析

发表时间：2019-06-24T16:04:22.827Z 来源：《基层建设》2019年第7期作者：蔡和旭裴云庆

[导读] 摘要：轨道交通车辆用蓄电池主要有碱性-镍镉蓄电池和酸性-密封胶体铅蓄电池。

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摘要：轨道交通车辆用蓄电池主要有碱性-镍镉蓄电池和酸性-密封胶体铅蓄电池。近十年来两种蓄电池在性能上都有很大改进，在轨道交通车辆领域均得到广泛应用。简述地铁车辆中主要使用的两种蓄电池（铅酸性蓄电池以及镍镉碱性蓄电池）的结构、原理以及性能等，并通过对比分析，为地铁车辆用蓄电池提供参考以及依据。

关键词：地铁车辆；铅酸性蓄电池；镍镉碱蓄性电池；性能对比

0.前言

在现如今的社会之中，城市交通对轨道交通尤其是地铁车辆的需求日益增加，而蓄电池作为地铁车辆之中必不可少的一部分，在紧急负载的工况之下，承载着极其重要的作用。目前为止，地铁车辆选用的蓄电池产品主要有两种，铅酸蓄电池以及镍镉蓄电池。

按照蓄电池单体中的电解液划分，铅酸蓄电池属于酸性蓄电池，镍镉蓄电池属于碱性蓄电池。由于电解液的不同，这两种蓄电池的单体容量、结构、原理以及性能等均有差异性。然而在各地铁车辆中，只能选择其中一种，所以我们要对比酸性蓄电池与碱性蓄电池在各方面的优劣性，为蓄电池选型提出一个最优化的结论。

1.铅酸蓄电池介绍

铅酸电池发明于1859年，之后一直发展到1900年，富液式铅酸电池性能得到了卓越的改进。阀控式铅酸（VRLA）蓄电池于20世纪70年代被开发使用，并在美国和欧洲的一些发达国家开始小范围应用，随后快速形成产业化，并大规模投入市场。

1.1技术特性

铅酸蓄电池中主要类型为密封胶体蓄电池。该蓄电池采用（PVC）二氧化硅隔板，气相二氧化硅与硫酸液配制而成的胶体电解质；具有更强的耐过充，拓宽温度使用范围，延长使用寿命；PVC 隔板有良好的接触，电池电阻小，极板的活性物质不易脱落，具有优异抗震性；胶体有特大的热比容，电池不易发生“热失控”，而且还有抗过充/过放的自我保护能力，有电池内部“消弧”功能，大大提高使用的安全性。

基于氧复合（氧循环），正极上有氧发生（充电后期）通过PVC 隔板中微孔、胶体裂纹扩散至负极进行“去极化”作用（化学放电），氢氧复合最终变成水，回至电液，电池内压降低，实现单向阀气密，同时这一过程还是一个“氧消耗、氢抑制、水回来”的实质性变化，使完全密封成为可能，蓄电池在整个寿命周期内无需添加电液，维护工作量小。

1.2工作原理

密封胶体蓄电池由金属铅和硫酸为主要材料制作而成，通过提高负极析氢过电位、凝胶状电解液等一系列的措施使蓄电池得以密封，其电化学原理可用化学反应方程式进行概括：

1.3密封原理

阴极吸收式（负极）的密封原理，有以下几个过程：

充电过程中在正极产生氧气：2H2O→O2↑+4H++4e-

在安全阀（单向）的作用下【电池内部有一定内压时，自动开启逸出气体，而后立即闭阀，防止外部大气进入电池，开闭阀非常准确（按设定压力）】，产生的O2 通过AGM 隔板微孔向负极迁移，在负极上反应：

上述过程是基于氧复合（氧循环），正极上有氧发生（充电后期）通过PVC 隔板中微孔、胶体裂纹扩散至负极进行“去极化”作用（化学放电），氢氧复合最终变成水，回至电液，电池内压降低，实现单向阀气密，这一过程是一个“氧消耗、氢抑制、水回来”的实质性变化过程，使密封成为可能。

电池灌注的硅溶胶变成硅凝胶后，骨架进一步收缩，使凝胶出现裂缝贯穿于正负极板之间，给正极析出的氧提供了到达负极的通道。

2.镍镉蓄电池介绍

镍镉电池发明于1894年，至1938年，发明出烧结式极板并沿用至今。1983年，镍镉电池大幅度提升，发明了FNC纤维式镍镉电池，并率先在铁路上进行应用，发展到1995年，FNC技术改进，日趋成熟，得到更大范围的应用。

2.1概述

地铁车辆中，镍镉蓄电池大多采用烧结式镉镍蓄电池，具有大电流及低温放电性能好、适用温度范围宽、自放电小、耐电气误操作能力强、使用维护简便、循环寿命长、机械强度高、安全系数高、抗冲击振动能力强等特点。

蓄电池极板组主要由镍正极、镉负极、隔膜和极柱组成，极板组牢固装配在阻燃性聚丙烯制造的蓄电池壳内，蓄电池壳和盖用热板焊接在一起，蓄电池盖上有用于电流传输的正负极柱，蓄电池的极柱处用O形密封圈密封。

蓄电池盖上靠近正极端有“+”符号作为永久标记；蓄电池盖上安装有塑料螺塞或装配气塞。蓄电池工作时使用装配气塞，它们能阻止外部杂物进入，排出充电过程中产生的气体，保证蓄电池安全可靠地工作。

氧化还原反应，其电化学反应方程式如下：