机车地铁车辆蓄电池充电管理若干问题

五、 电池维护充放电
按照通信电源、UPS 行业关于蓄电池管理的一些做法，在电池使用或放置一段时间后如 1 个月，需对电池进行维护性充放电管理。具体到充电，可采用均衡充电方式，放电可采 用恒流放电，直到电池放光。这样的做法可以对电池的活性进行一次激发；另外，更为重 要的一点，考虑到多节电池的串联，因电池单体个性差异，例如个体容量电量衰减、电池 内阻等差异，通过维护充放电，可以保证电池都处于充盈状态，确保电池组的总容量、电 量。 理论上， 机车电池的维护充放电可通过编程定时定期自动进行， 但车辆常处于在线运行 的情况时，且涉及到较深度放电，可能导致运行中控制电源丧失的风险，因此建议在库内 人工监控进行。
关于机车蓄电池充电的若干问题
一、 关于限流限压、恒流恒压充电
用在电池的充电管理，一般指的是同样的概念：即小于设定的电压时，恒流充电，此时 电压缓慢上升、电流保持不变；当电压到达设定的电压时，恒压充电，此时电压不变、电流 缓缓减小，直到可能为“0” 。在控制方法上将分别设定电压环、电流环控制。 关于限流限压概念， 往往被人理解成该过程就是电流电压都是保持固定值， 这是错误的 理解，过程中，总是只有一个条件满足并约束，另一条件在限定的范围内变化。
六、 其它说明：
1、 电池的温度补偿， 是因电池在不同温度下其化学电压特性发生变化， 电池电压随温度而 变化。按照充电原理算式，因为 Ubat 随温度发生变化，为确保ΔU 保持一致性， 总 的充电电压需要进行相应补偿调整； 2、 另外，进行温度补偿时，特别是浮充电压，建议高温范围时最低补偿到 106V 左右停止 （接近 110V 的 5%误差，较低控制电压） ，从传统 110V 充电方式看，106V 显然是已 经是很安全的电压。这样可减少因充电电压低而导致电池进行放电的程度，避免电 池亏电；反过来，低温范围，也应设置适宜的最大值限制，避免电压过高带来对电 池以及对电源设备的损坏。 3、 电池的亏电与鼓包是长期过程的结果，随时间、温度、个体差异都有不同影响。因此对 于充电方式的确认需较长的时间、多次循环、多批次、不同温度进行运行或实验才 能保证准确性，特别在满足欠充与过充的条件下，误入顾头不顾腚的陷阱。既然如 此，电池厂家应当需要提供主要的、明确的、标准化的数据参考和方法推荐，减少 用户实验的反复周期。 以上数据与方法未完全验证，个人理解，具体数据还需在实践中获得确认，抛砖引玉， 希望业内战友共同探讨、实地试验。 谭诗干 guntank@tom.com
安全的充电方式（当然也不是最佳方式） 。
四、 新型快充、均充充电方式（参数参考常温定义）
该模式借鉴了通信用阀控式铅酸电池的充电管理方法，参考标准 YD.T799-2010。对比传 统机车 110V 电源柜的充电模式， 将优化 2 个问题： 1、 实现既快速又能安全限流 （0.2C 或 0.15C） 的充电，让电池迅速充满；2、解决长时间高充电可能对电池的损坏，低压浮充限制在 108V， 单体额度电压 2.25V 左右，此时基本不充电；3、因快充电压较高，适当过充，能有效弥补 串联的电池单体电压不均衡或局部放电不均衡，确保所有单体完全充电。 � 实际应用出现的问题： 1、 当设置快充电压 115.2V， 电流 3.5A 转换时， 浮充 108V 时。 在电池使用一段时间后， 因电池特性变化，快充电压达到 115.2V 时，而电池电流却无法较快的下降到 3.5A（电池特性变化及ΔU 值较高的原因） ，甚至长期无法下降到 3.5A，也就无 法转为浮充 108V 状态。这样，电池就处于 115.2V 的高电压充电常态。此时单 体电压 2.4V，达到标准的最高电压，长时间必然对电池造成过充发热，进而导 致电池鼓包。 2、 当设置快充电压 110V， 电流 3.5A 转换时， 浮充 108V 时。 因设置的 110V 电压较低， 随着电池电压很快上升，ΔU 值将较低，电池电流将很快下降到 3.5A，从而转 换到 108V 充电。而按照 108V 浮充的分析，快充、均充这类分段式充电方式， 电池的充电主要依赖转换到 108V 浮充前的快充阶段，所以，按照本套参数设 置，110V 的充电阶段持续较短，将导致电池无法充满电，长期维持该状态， 容 易积累导致电池“容量下降” ，电池“亏电”的现象。另外，与传统 110V 充电 相比，平均电压低，也容易判断该模式可能导致亏电。 � 充电模式改善的方向： 针对上述问题 1， 解决鼓包问题， 关键点在于消除常态化的高压充电， 有两种途径： 一是将快充电压参数 115.2V 调低到一个电池能够长时间承受的电压例如 112.8V、110V 等；二是在充电电压参数 115.2V 不变的情况下，控制该状态下的充电时间，避免长时 间出现（针对电流难以下降到 3.5A 的现象，可将该值设为例如 5A、4A 等；或者是强制 设定一个时间例如 2 小时、3 小时等；又或者通过电流的变化率来判断，例如 1 小时内 电流变化小于 0.5A 就转换等） 。 另一方面， 需避免上述问题 2， 解决欠充问题， 就要电池快充阶段转换太快的现象。 从目前的经验，湖东快充电压改低到 110V 时已确定会出现欠充的情况分析，参数组合 例如 112.8V、7A 转换到浮充 108V，因电压低，而转换电流又较高，快充过程持续时间 可能也较短，导致充不满现象，仍然将导致电池的亏电可能（当然比湖东的严重情况会 小一些） ，因此当前 HXD1C、1B 的改造方案还需要长期跟踪是否可能存在欠充。 � 个人的推荐方案举例（常温来说） ： 1、 快充电压 115.2V，限流值 0.15C 或 0.2C（由电池厂选择，个人认为主要与不同 品质特性的电池发热程度相关， 根据实际情况选取， 都是符合标准要求的） ， 在电流变化率小于 0.5A/小时或者快充电压持续时间超过 4~8 小时进行转换 浮充 108V； 2、 快充电压 112.8V， 限流值 0.15C 或 0.2C （电池厂选择） ， 在电流变化率小于 0.5A/ 小时或者快充电压持续时间超过 4~8 小时进行转换浮充 108V； 限流值 0.15C 或 0.2C （电池厂选择） ， 在电流变化率小于 0.5A/ 3、 快充电压 112.8V， 小时或者快充电压持续时间超过 4~8 小时进行转换浮充 109V；
源自文库
二、 关于 108V 的浮充状态，以及充电模型：
借用通信行业充电管理方法， 机车蓄电池也引入浮充的概念， 是电池充满后长期保持的 一种恒压状态： 1、蓄电池单体额定电压 2.25V（常温 25°） ，机车地铁 110V 控制电源是采用 48 节电池串联 的，电池组额定电压 108V。因此，电池存在一定电量时，电池电压一般在 108V 左右（不接 任何负载，空载时） 。 2、关于充电原理。充电时，考虑到电路理论与化学原理，建立如下模拟算式模型： 充电电压 Uout=Ubat 电池电压+Ur 回路电阻（线路与电池内阻）电压+ΔU（电化学反应 电压差，模拟参量） 。其中ΔU 将直接影响充电反应的速度，是决定充电电流变化的驱动因 素。 按照上述模型，当电池存在一定电量时，Ubat=108V，如果充电电压 Uout=108V，Ur=0， ΔU=0，决定充电化学反应的电压差=0，因此，在该状态下电池是无法进行充电反应的，也 就是说充不进电（我理解这也正是长期浮充状态下 108V 能实现电池特性保持的机理） 。 另，根据现场反应的充电现象，当充电由快充转为 108V 浮充时，往往出现电池的轻微 放电现象，这是因为此时的电池电压还比充电的 108V 略高的原因，恰恰证明了 108V 时基 本上充不进电的事实。
三、 传统的 110V 充电模式
按照上述 2 充电模型，当电池亏电时电压低，分给ΔU 值较高，蓄电池充电电流很大， 但不单独对充电进行限流，而是由充电机总输出工作在限流状态，进行大电流充电；直到电 池电压上升到 110V 时，电池电流逐渐减小，将维持恒压慢充电的状态；过分相时，充电机 将停止工作，电池进行放电，过完分相后又迅速进入到 110V 恒压慢充状态。 具有特征： 1、电池亏电时，充电电流很大，仅受限制于充电机总电流，可能远远大于 0.2C 的充电 电流。因最高电压限制在 110V，该时间段比较短，大电流短时间对电池产生有限冲击； 2、在恒压 110V 充电时，稳态充电电流很小，额定电压折算到单体电压为 2.29V，略大 于标准定义额定电压 2.25V，又小于标准电压最大值 2.4V，因此长时间的该充电状态对电池 过充有限，不易快速造成电池的显著损坏。因此，传统的充电模式可以说是一种简单而又较