淺談HXN5B調(diào)機(jī)蓄電池虧電原因分析

黃敬云

摘 要： 根據(jù)用戶反饋蓄電池虧電問(wèn)題，開(kāi)展對(duì)HXN5B機(jī)車用蓄電池的情況調(diào)查和運(yùn)用分析，針對(duì)蓄電池特性、用電負(fù)載、充電方式等方面進(jìn)行分析，得出大功率負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)對(duì)蓄電池造成容量衰減，由此引發(fā)蓄電池虧電，導(dǎo)致柴油機(jī)無(wú)法起機(jī)。根據(jù)造成問(wèn)題主要原因，對(duì)線路進(jìn)行研究，提出優(yōu)化改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞： HXN5B調(diào)機(jī)；鉛酸蓄電池；容量衰減

一、問(wèn)題來(lái)源

根據(jù)用戶反饋，HXN5B調(diào)機(jī)在使用過(guò)程中多次出現(xiàn)蓄電池虧電導(dǎo)致機(jī)車柴油機(jī)無(wú)法起動(dòng)的情況。根據(jù)用戶蓄電池使用情況以及公司售后管理系統(tǒng)記錄的信息，對(duì)故障蓄電池相關(guān)故障信息進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，大部分故障反映出來(lái)的都是蓄電池容量不足、電壓下降，微機(jī)報(bào)警導(dǎo)致機(jī)車無(wú)法起機(jī)。

二、原因分析

為找到造成無(wú)法起機(jī)的原因，針對(duì)故障電池組進(jìn)行上線檢測(cè)，經(jīng)在線檢測(cè)，電池容量嚴(yán)重衰減，已經(jīng)低于額定容量的80%?，F(xiàn)場(chǎng)抽取電池進(jìn)行解剖分析，發(fā)現(xiàn)電池內(nèi)隔膜已干涸、且與極板發(fā)生粘結(jié)，極板出現(xiàn)嚴(yán)重硫化現(xiàn)象。蓄電池在運(yùn)用過(guò)程中的出現(xiàn)極板硫化容量衰減主要與使用環(huán)境溫度、放電深度、使用負(fù)載功率、充電條件及使用習(xí)慣息息有關(guān)，因此主要從蓄電池的性能、機(jī)車上蓄電池的用電負(fù)載、蓄電池的充電裝置等方面進(jìn)行分析。

（一）蓄電池特性

內(nèi)燃機(jī)車用鉛酸蓄電池的主要作用是為機(jī)車起動(dòng)柴油機(jī)供電和機(jī)車檢修維護(hù)時(shí)為控制系統(tǒng)供電。首先由于采用了超級(jí)電容輔助蓄電池啟動(dòng)柴油機(jī)，蓄電池大電流放電不超過(guò)1000A，起動(dòng)放電時(shí)間在3s內(nèi)，蓄電池在啟動(dòng)階段所消耗的能量比直流車起動(dòng)時(shí)消耗能量有所降低。其次根據(jù)權(quán)威第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具的型式試驗(yàn)報(bào)告，NM450蓄電池滿足TB/T3061的相關(guān)使用要求，并且其實(shí)際電池容量不低于標(biāo)稱容量的115%，蓄電池的容量比較富余。再者由于HXN5B機(jī)車是控制用電設(shè)計(jì)基礎(chǔ)借鑒HXN5機(jī)車，據(jù)HXN5機(jī)車大批量運(yùn)用NM450蓄電池的經(jīng)驗(yàn)，證明HX5NB機(jī)車采用鐵路內(nèi)燃機(jī)車NM450通用型號(hào)鉛酸蓄電池能夠滿足HXN5B機(jī)車的常規(guī)運(yùn)用。對(duì)鐵路用蓄電池的要求NM450蓄電池設(shè)計(jì)的理論壽命如下圖1和圖2所示。從下圖1和圖2可知蓄電池的可用電量受放電倍率影響，使用壽命受環(huán)境溫度和放電深度影響。

（二）HXN5B調(diào)機(jī)蓄電池用電負(fù)載

根據(jù)調(diào)機(jī)機(jī)車總體設(shè)計(jì)方案要求，在機(jī)車柴油機(jī)未起動(dòng)時(shí)，蓄電池可供直流輔助控制負(fù)載用電。根據(jù)機(jī)車原理圖進(jìn)行分析，可以分為直接接在蓄電池兩端的負(fù)載和通過(guò)斷路器、閘刀等間接使用蓄電池的負(fù)載，負(fù)載匯總?cè)缦卤?所示（部分3W以下的低功耗設(shè)備不包括在內(nèi)）：

分析HXN5B機(jī)車在未起機(jī)時(shí)用電負(fù)載，從上表可發(fā)現(xiàn)冬季的用電負(fù)載最大，大約為15.5KW（其中取暖器為8kW）。根據(jù)對(duì)蓄電池的特性進(jìn)行分析，冬季長(zhǎng)時(shí)間用功率大取暖器取暖，使NM450蓄電池在低溫、持續(xù)放電倍率242A（遠(yuǎn)超出其額定放電倍率45A）的工況下使用，很容易使電池深度放電。隨著電池的使用時(shí)間加長(zhǎng)，電池內(nèi)阻增大，蓄電池容量衰減，在低溫或者高溫時(shí)大功率負(fù)載持續(xù)用電時(shí)可放出的容量隨之下降，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)放電現(xiàn)象，產(chǎn)生極板硫化，造成蓄電池不可逆損傷。最終導(dǎo)致蓄電池容量衰減。

雖然起動(dòng)機(jī)油泵和燃油泵只在起動(dòng)時(shí)短時(shí)工作，在計(jì)算時(shí)忽略不計(jì)，但是在啟動(dòng)準(zhǔn)備階段，由于柴油機(jī)在啟動(dòng)前需要打滑油4min。根據(jù)以往試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在柴油機(jī)啟動(dòng)準(zhǔn)備階段4min內(nèi)，蓄電池的放電電流在85A左右，如果蓄電池出現(xiàn)容量下降，其他負(fù)載又同時(shí)用電，蓄電池的負(fù)荷會(huì)更大。起機(jī)階段蓄電池需要釋放上千安培的電流，對(duì)處于即將虧電的蓄電池可能產(chǎn)生的結(jié)果就是無(wú)法起機(jī)。

HXN5B機(jī)車的蓄電池系統(tǒng)是由32個(gè)單節(jié)NM450電池組成，與其他傳統(tǒng)110V控制系統(tǒng)采用的48節(jié)蓄電池組成相比，總能量減少了1/4，而且大功率用電負(fù)載取暖器和空調(diào)都可以直接使用蓄電池的電量，所以用戶在使用習(xí)慣上應(yīng)與其他機(jī)車區(qū)別對(duì)待。

（三）充電分析

重載大功率交流傳動(dòng)調(diào)車機(jī)車采用NM450型酸性蓄電池，單節(jié)電池額定電壓2V，額定容量450Ah，每臺(tái)機(jī)車共32節(jié)電池，機(jī)車蓄電池額定電壓為64V。最大充電電流67A；蓄電池欠壓報(bào)警值56V，機(jī)車最高直流充電電壓為76.8V。最高保護(hù)電壓83V，最高充電保護(hù)電流70A。

由于蓄電池的特性受溫度影響，在充電過(guò)程中應(yīng)根據(jù)不同的溫度對(duì)充電電壓進(jìn)行補(bǔ)償調(diào)整，相比傳統(tǒng)的直流機(jī)車，HXN5B機(jī)車蓄電池充電機(jī)中根據(jù)電池特性參數(shù)設(shè)置了溫度補(bǔ)償充電方式，以保護(hù)電池在低溫或者高溫的正常充電。

電源充電裝置可以根據(jù)蓄電池狀態(tài)對(duì)蓄電池執(zhí)行不同的充電方式：均衡充電和浮充充電。據(jù)了解該機(jī)車蓄電池充電方式中只做了浮充充電模式。對(duì)于這種只有浮充充電模式，對(duì)經(jīng)過(guò)深度放電后的蓄電池難以充滿。但是從以往大批量的DF系列機(jī)車的蓄電池控制方式也只有浮充一種方式來(lái)看，說(shuō)明固然充電機(jī)的這種充電方式是存在一定的影響，但不是造成這次蓄電池容量急劇衰減的主要原因，這種充電方式對(duì)電池的影響較小，不會(huì)造成蓄電池短期內(nèi)容量衰減至無(wú)法使用現(xiàn)象。

（四）結(jié)論

根據(jù)上述分析可知，NM450蓄電池的選用能夠滿足HXN5B的常規(guī)控制負(fù)載停機(jī)供電和柴油機(jī)的起動(dòng)要求，但是無(wú)法滿足車上功率大負(fù)載取暖器和空調(diào)的長(zhǎng)期使用要求。目前的車載充電方式雖然與理論充電要求有一定的差異，但是不會(huì)造成蓄電池短期內(nèi)容量衰減至無(wú)法使用現(xiàn)象。所以可以說(shuō)明大負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間使用蓄電池的用電習(xí)慣，導(dǎo)致蓄電池深度放電，使蓄電池容量急劇下降，無(wú)法啟動(dòng)柴油機(jī)，最終導(dǎo)致極板嚴(yán)重硫化，損壞蓄電池。

（五）優(yōu)化改進(jìn)

內(nèi)燃機(jī)車上的NM450蓄電池的主要作用是供柴油機(jī)起動(dòng)用電和短時(shí)間內(nèi)控制照明系統(tǒng)小功率負(fù)載用電。針對(duì)上述分析，為了保護(hù)蓄電池，防止出現(xiàn)蓄電池過(guò)度用電的情況，將取暖器和空調(diào)大負(fù)載設(shè)備的取電線路由蓄電池供電更改為輔助變流柜充電機(jī)供電，杜絕大負(fù)載設(shè)備直接使用蓄電池的電量，為此對(duì)機(jī)車蓄電池接線原理進(jìn)行了優(yōu)化，保證了蓄電池的正常運(yùn)用。