地铁列车蓄电池配置及蓄电池牵引方案研究
地铁车辆蓄电池选型分析及建议
地铁车辆蓄电池选型分析及建议文章简述了地铁车辆蓄电池选型分析，主要对比了胶体铅酸蓄电池及镉镍碱性蓄电池的优缺点，并对这两种蓄电池进行了经济性分析，最后给出了蓄电池选型建议。
标签：蓄电池；地铁车辆；选型0 前言地铁车辆蓄电池是电气系统中的一个重要组成部分，主要用于启动前激活列车、启动后为列车提供110V直流电以及在无网压时，能够使列车应急照明、紧急通风、车载安全设备、广播、通讯系统等辅助设备在停车计划规定的时间内保持运行，以保证乘客安全逃生。
此外，在SIV投入工作后对110V控制电源起滤波作用，降低控制电源的纹波系数，提高控制电源品质[1]。
1 蓄电池选型原则满足地铁车辆运行时直流负载的总功率要求，能够平稳的输出110V直流电；满足在列车出现故障或高压供电中断等紧急情况下能为紧急负载（如应急通风、应急照明、应急广播等）提供至少45 min的直流电；根据列车运行环境及当地气候条件确定蓄电池的种类；充分考虑蓄电池的后期维护、环境保护、人身安全防护及防火性能，考虑蓄电池的体积和重量是否满足车辆设计要求[2]；根据列车实际所需容量及冗余设计原则确定电池容量，并确保蓄电池使用寿命终止时仍能满足列车运营需要[3]。
2 蓄电池选型比较地铁车辆目前主要采用胶体铅酸蓄电池及镉镍碱性蓄电池。
经过多年技术革新，两者均得到广泛应用，也有其各自优缺点。
现选择两种具有代表性的蓄电池进行对比分析。
2.1 胶体铅酸蓄电池胶体铅酸蓄电池由金属铅和硫酸为主要材料制作而成，化学反应方程式如下：胶体铅酸蓄电池采用二氧化硅与硫酸液配制而成的胶体作为电解质，使用过程中不会产生酸雾，减小了内压，安全性较高；单体蓄电池额定电压及容量较高，自放电率低；对使用环境无污染，可避免废水、废电解液的产生，废旧电池可合法持证且有价回收，整体回收不会造成二次污染；胶体铅酸蓄电池可以卧放工作，可大大减小车载蓄电池体积及重量，降低车辆能耗。
2.2 镉镍蓄电池正极板是将镍粉末用高温烧结为多孔性的导电板，以氢氧化镍作为活性物质。
城市轨道交通蓄电池设计与维护
127TRANSPOWORLD交通世界收稿日期：2016-07-25作者简介：袁斌（1980—），男，研究方向为城市轨道交通机电设备运行与维护。
城市轨道交通蓄电池设计与维护袁斌（深圳市前海开发投资控股有限公司，广东 深圳 518000）摘要：阀控式密封铅酸胶体蓄电池作为后备电源，在地铁弱电系统中应用广泛。
分别从蓄电池优化设计和精细运行维护两个方面，对保证安全、延长使用寿命、延长更换周期、降低运行成本、节约能源方面进行分析和总结。
关键词：城市轨道交通；蓄电池；设计与维护中图分类号：TM912文献标识码：B0 引言城市轨道交通众多弱电系统需要配置阀控式密封铅酸胶体蓄电池作为后备电源，如通信，包括专用、民用、公安、录音、广播、CCTV （视频监控）、PIS （乘客信息系统）、时钟，信号、AIS （综合监控）、BAS （车站设备监控）、FAS （火灾自动报警）、AFC （自动售检票）、ACS （门禁）、SCADA （电力监控）、屏蔽门/安全门控制及驱动电源、变电所操作电源、低压开关柜/MCC 柜控制电源、OA （办公自动化）、EPS （应急照明）等。
该类电池具有体积小、重量轻、密封好、无泄漏、无污染、放电性能好、维护量小等优点。
根据深圳地铁某线路统计数据来看，蓄电池总数11000节左右（不含机车牵引蓄电池）。
如此庞大的蓄电池数量，如何优化设计、合理配置，精细化维护，有效延长使用寿命，延长更换周期，在保证安全前提下降低运行成本，节约能源，值得深入探讨。
1 蓄电池设计需要注意的问题城市轨道交通工程中，蓄电池投资费用占各弱电系统电源部分40%以上。
合理配置电池，能够有效延长使用寿命和更换周期，降低运行成本，节约能源，减少安全风险，方便维护。
1.1 合理配置并联蓄电池组为了提高供电可靠性，普遍采用多组蓄电池并联方式。
因各节电池内阻之间存在差异，造成各组充电电流并不相等。
如果某内阻偏小，则充电电流偏大，电池组温度将升高，电池内阻减小，使充电电流进一步升高。
地铁车辆蓄电池活化应用探讨
地铁车辆蓄电池活化应用探讨作者：杨海肖贵平王宽兵来源：《环球市场》2019年第02期摘要：成都地铁车辆所用蓄电池是碱性镍镉蓄电池，是车辆正常激活必不可少的一个部件。
本文介绍了成都地铁所用镍镉蓄电池的结构、原理，并在此基础上结合地铁运营的经验提出了该种蓄电池的使用及维护方法。
关键词：蓄电池;结构;关键参数;活化一、蓄电池结构成都地铁车辆所用蓄电池为整个电池组由80节蓄电池组成，每一单节标称电压为1.2V。
每节电池则由以下几部份组成：正极板、负极板、隔板、电解液、蓄电池极柱等组成。
（1）正极板：正极板是将镍粉末用高温烧结为多孔性的导电板，用氢氧化镍作为这个导电板的活性物质。
（2）负极板：负极板将以氢氧伙樱为活性物质，与用加强筋制造的膏涂敷多孔性的导电板组合而成。
（3）隔板：隔板将正极板与负极板隔离，并防止短路。
这个隔板用耐碱性合成树脂纤维与合成树脂薄膜组成，多层构造。
（4）电解液：使用密度为1.15--1.30（20℃时）的氢氧化钾溶液。
当环境温度较低时，电解液密度要相对高一些。
为兼顾低温性能和荷电保持能力，密封镍镉蓄电池采用密度为1.40（15℃时）的氢氧化钾溶液。
为了增加蓄电池的容量和循环寿命，通常在电解液中加入少量的氢氧化锂（大约每升电解液加15～20g）。
二、蓄电池关键参数镍镉电池具有效率高、循环寿命长、能量密度大、体积小、重量轻、结构紧凑、并且不需要维护的特点，因此在工业和消费产品中得到了广泛应用。
蓄电池的五个主要参数为：电池的容量、标称电压、内阻、放电终止电压和充电终止电压。
（1）电池的容量通常AN安时）表示，IAh就是能在IA的电流下放电1小时。
单节电池内活性物质的数量决定单节电池含有的电荷量，而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定，因此，通常电池体积越大，容量越高。
与电池容量相关的一个参数是蓄电池的充电电流。
蓄电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为蓄电池的额定容量。
例如，用2A电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C;同样地，用2A电流对500mAh电池充电，充电速率就是4C。
地铁牵引系统供电节能优化研究
地铁牵引系统供电节能优化研究摘要：地铁作为现代社会重要的交通工具，每天承载着大量的乘客。
由于地铁站之间的距离相对较短，地铁车辆在短时间内频繁停止和运行，这导致了大量的牵引耗电和无法被电网吸收的再生制动能量浪费。
传统地铁车辆通常采用制动电阻来消耗无法被电网吸收的再生制动能量，但是通过引入地面能馈装置和取消车辆制动电阻，可以显著减少能源消耗，并且降低维持隧道内温度的成本。
因此，对于此课题的研究具有重要意义。
关键词：地铁；牵引系统；供电节能；优化引言：地铁运营中频繁启动和停靠导致有大量制动能量产生，最高可达40%。
若不有效利用这些能量会造成严重的能源浪费，因此需要采取措施来有效利用制动能量。
在传统地铁的牵引系统中，再生制动能量的利用方案通常包括储能模块和制动电阻等。
尽管这些方案在一定程度上能够应用能量，但在改造成本和热量挥发方面仍然存在不足之处。
因此，有必要对再生制动能馈式节能技术进行分析，通过实现对制动能量的有效应用，以满足地铁行业可持续发展的需求。
1.地铁牵引供电系统分析地铁供电系统分为中压和直流牵引两部分。
直流牵引系统本身就有“多电源”和保护“多死区”两大特征。
多电源指的是当牵引网出现短路时，整座牵引变电所都可以通过牵引网向短路处提供电力，许多人以为是两侧供电两侧的牵引变电所向短路的地方供电，但实际上并非如此。
根据不同的需求，牵引供电体统可以采用不同的操作方式，主要有如下几种方式：一是可以正常牵引变电所的是两台机组并列运行，从而产生相同作用的二十四脉冲整流。
二是在单机操作的情况下，也能实现单机群机操作。
三是在地铁牵引供电系统中，有一种情况下，需要将两个独立的牵引变电所进行解列，才能使其不运行。
四是在正常的双向电力供应之前，有一个牵引变电站发生了故障，现在已经不在运行了。
五是当尾部牵引变电站发生故障时，则需采用单侧电源。
举个例子，当一列列车在牵引网的尽头即将起动时，其运转率小于起动时的电压，则可以通过隔离侧向电气开关，使纵行的接触网并联；这样可以让回路中的阻力减小，进而减少电压损耗。
地铁蓄电池电力工程车续航能力及建议
关键词：蓄电池电力工程车；续航能力；单机作业；地铁目前，广州地铁14号线、14号支线（知识城线）、21号线三条线路共有11台蓄电池工程车，按现有出车模式，镇龙段场需承接14号支线及部分21号线的正线作业放置了4台机车，导致部分段场无法放置机车，无法做到均衡出车。
根据目前工程列车的使用情况，以最常用的一台机车连挂两个平板车并装有货物取值（116t）为例展开分析。
1单机续航能力计算1.1基本参数1.1.1车辆参数翻阅技术文件，所采用蓄电池电力工程车的牵引蓄电池容量为400Ah，机车在第三轨模式比蓄电池模式的最高可运行速度要高，货物负载方面本次计算取一个中等偏上的数值13t，详情见表1。
1.1.2线路参数通过对线路数据分析，14号支线的线路平均坡道为9.67‰，21号线的平均坡道分别为9.64‰，14号线的平均坡道为7.29‰。
为此，本次计算以14号支线的9.67‰作为本次计算的标准。
1.2校算过程单机牵引两平板车并装有货物（约116t）时，平均坡度取值9.67‰，作业期间不断动车，车速≤10km/h，作业过程不停机，剔除作业过程中停车人员下线路作业、联控排路与回站消点等时间，实际作业动车时间约为2.5h。
根据《列车牵引计算规程》（TB/T1407—1998），相关计算如下。
辅助设备消耗功率为14.4kW为避免牵引蓄电蓄电池容量消耗过大影响设备的寿命，因此蓄电池容量下降至40%时不建议继续作业，因此在校算单机续航能力时，蓄电池容量取值60%（即0.6），在相对严苛的条件下也能满足作业过程中的实际动车需求，在真实的作业过程中不可能连续在9.67‰的坡道上持续运行的。
2单机牵引平板车作业的试验情况（1）一台蓄电池电力工程车连挂两个护栏平板车自重90t，92%电量时使用三轨模式出厂，98%电量开始装料，作业过程中以及回厂使用蓄电池模式，回厂电量72%，在蓄电池模式下的运行里程约25km。
（2）一台蓄电工程车连挂两个护栏平板车自重90t，全程采用蓄电池模式，电量97%出厂作业，到达嘉禾望岗站蓄电池电量降至88%（出厂运行里程约10km，损耗9%），作业结束蓄电池电量82%（作业运行里程约5km，损耗6%）回到厂电量70%（回厂运行里程约10km，损耗12%）。
1城轨车辆蓄电池选型设计及应用
1城轨车辆蓄电池选型设计及应用发布时间：2022-05-05T03:11:17.263Z 来源：《中国科技信息》2022年1月2期作者：刘光廷周利曹增明姬鹏远[导读] 通过对城轨车辆碱性蓄电池系统功能的介绍刘光廷周利曹增明姬鹏远中车株洲电力机车有限公司，湖南株洲 412000摘要：通过对城轨车辆碱性蓄电池系统功能的介绍，分析了蓄电池系统在计算选型的影响因素，并结合应用项目详细的介绍了DC72V 碱性蓄电池的容量计算过程，充电机和蓄电池的温度补偿曲线。
对碱性蓄电池在轨道交通行业中的选型设计和应用提供了计算过程和方法。
关键词：城轨车辆；蓄电池；选型；容量；DC72VDesign and application of battery selection for urban railway vehiclesLiu Guangting, Zhou Li, Cao Zengming, Ji Pengyuan（CRRC ZhuZhou locomotive Co., Ldt., ZhuZhou 412000, China）Abstract：Through the introduction of the function of the alkaline battery system of urban railway vehicles, the influencing factors of the battery system in the calculation and selection are analyzed, and the capacity calculation process of the DC72V alkaline battery, the temperature compensation curve of the charger and the battery are introduced in detail in combination with the application project. The calculation process and method are provided for the selection, design and application of alkaline batteries in the railway transit industry.Key words：urban rail vehicle; battery; Selection; capacity；DC72V1 引言目前，城市轨道交通在大中型城市人们的交通出行中起到日益重要的作用，因其运行快速、高效、安全、环保等优势，已被各大城市广泛推广应用。
BCP_Battery operation_Shenzhen L6_20131029
0.11
zRatio 85V / 1500V 电压比
0.057
zThe pullout torque of the asynchronous motor is proportional to 异步牵引电机的颠覆扭矩正比于
– DC Link Voltage2 直流环节电压的平方
zE.g. for the same battery voltage 如，对于相同的蓄电池电压 ~ ¼ torque will be available for the 1500V system compared to the 750V system 与750V系统相比，1500V系统可使用1/4扭矩
2000 1500 1000
500 0 0
Pullout Torque per Traction Motor with 15% design margin
170 VDC 85 VDC
500
1000
Speed [rpm]
1500
Assumptions 假设 zOne 110 VDC battery
一个110 VDC 蓄电池
z The different max. battery current limit are shown in green, blue and brown lines 不同的最大电池电流限制如绿线，蓝线和棕线所 示 (200A, 300A,400A)
8
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庞巴迪牵引和控制 深圳地铁6号线蓄电池牵引 - 蓄电池牵引方案介绍
2013/10/29
深圳地铁三期工程7、9、11号线电力蓄电池机车(电力蓄电池工程车)技术分析
深圳地铁三期工程7、9、11号线电力蓄电池机车（电力蓄电池工程车）技术分析摘要：本文分析了深圳地铁三期工程7、9、11号线电力蓄电池机车（电力蓄电池工程车）的主要技术参数、功能作用、应用范围等相关问题，并对电力蓄电池工程车在深圳地铁后续线路的推广应用前景进行了分析。
关键词：城市轨道交通；电力蓄电池工程车；牵引蓄电池；技术参数；引言随着城市化进程的加快和城市交通需求的迅猛增长，我国的城市轨道交通得到了长足的发展，地铁正在成为中国城市解决交通拥堵的“良药”。
作为在城市轨道交通线路运营中必不可少的轨道工程运输工具——地铁工程车得到越来越广泛的运用。
城市轨道交通线路运营维护过去长期采用内燃动力工程车作为牵引动力，内燃动力工程车不依赖外部电源，依靠柴油发动机持续工作，但工作时产生大量噪音和废气，损害作业人员身心健康，影响作业精度。
电力蓄电池工程车以清洁能源电能作为动力，采用接触网/牵引蓄电池双路供电，在接触网停电时由牵引蓄电池提供能量，较之传统的内燃动力工程车具有零排放、低噪音、微震动的优势，成为取代传统内燃动力工程车的替代产品。
深圳市地铁集团有限公司于2009年在全国范围内首次采购电力蓄电池工程车，用于在地铁2号线牵引检测拖车，2014年深圳地铁三期工程7、9、11号线再次集中采购6台电力蓄电池机车（电力蓄电池工程车），本文对该批电力蓄电池工程车技术方案进行了分析。
1．概述深圳地铁三期工程7、9、11号线电力蓄电池机车（以下简称“三期工程电力蓄电池工程车”），是用于深圳地铁三期工程7、9、11号线车辆段与停车场的配套设备。
其各项功能满足7、9、11号线轨道交通车辆牵引、场内调车、作业车辆的牵引以及其它运输、维修方面的牵引需求。
三期工程电力蓄电池工程车具有重联功能，既可以2台电力蓄电池工程车重双机重联，提高牵引/制动力，增加续航里程。
也可以与配属深圳地铁三期的接触网综合作业车进行重联，形成可双向运行的车组。
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地铁列车蓄电池配置及蓄电池牵引方案研究
摘要本文对某地铁列车蓄电池组的功能进行分析，明确了蓄电池的列车配置方案，针对地铁列车低压负载和蓄电池牵引的电能需求，给出了蓄电池所带负载的功率计算方法，提出了蓄电池牵引设计方案，分析了蓄电池牵引的控制逻辑，最后结合地铁列车实际功耗进行对比，验证了该方案的有效性和可行性。
关键词地铁列车；蓄电池牵引；蓄电池容量；循环性能
前言
目前我国城市轨道交通大部分都是采用架空接触网或三轨供电方式，要将蓄电池牵引方式集成到已有的城市轨道交通系统中，关键问题是高压输入和蓄电池输入的可靠隔离和逻辑互锁[1]。
当区间输电设备故障造成高压中断或列车进入短距离的断电区，可通过激活司机室的蓄电池牵引功能按钮，激活蓄电池牵引[2]。
作为城市轨道交通车辆的关键牵引方式，城市轨道交通车辆也对蓄电池牵引有了更高要求[3]。
1 负载功率需求分析
1.1 列车编组配置
列车编组形式为四辆车编组：+Tc1–M1–M2+M3–M4–Tc2+。
+表示半自动车钩，-表示半永久式牵引杆，Tc表示带司机室的拖车，M 表示动车，其中蓄电池箱配置在2节Tc车上。
1.2 负载功率计算
列車蓄电池组保证满足全列车紧急负载工作45分钟的需求，正常情况下每组蓄电池仅对本单元直流负载供电，蓄电池容量应以单元负载进行计算。
紧急情况下列车负载包括：辅助电源的控制设备、车载ATC设备、载无线系统备、司机室照明、应急通风、空调系统、牵引系统、制动系统、列车监控系统、应急照明、车门系统、广播、媒体及监视系统、客室内外指示灯、继电器等。
每组蓄电池所要承担的负载为
暂定电源的变换效率η为0.9，折合为DC110V的最大功率为311W。
2 蓄电池牵引设计方案
2.1 蓄电池牵引系统电路
蓄电池牵引采用2动4拖，当车辆处于蓄电池牵引时，每列车仅两个M1车提供牵引电能，如图1所示。
在M1 车牵引逆变器与蓄电池之间设置接触器箱，
以实现高低压的供电隔离。
蓄电池牵引时能够保证基本负载工作。
2.2 蓄电池牵引控制方案
司机室电气柜设置【蓄电池牵引】模式开关，当司机操作该开关投入且手动确认，列车进入蓄电池牵引模式。
（1）TCMS在收到蓄电池牵引硬线高电平有效信号后，继续判断列车零速有效；三位置隔离开关均处于受流器位；VVVF及SIV通讯正常；蓄电池电压值≥90V。
（2）TCMS向所有VVVF及SIV发送蓄电池牵引使能信号并保持。
（3）SIV接收到蓄电池牵引使能信号后停机。
VVVF接收到蓄电池牵引使能信号后，断开主牵引电路并开启斩波，发送OK信号至TCMS。
（4）TCMS接收到VVVFOK信号，提示司机进入蓄电池牵引模式请确认。
（5）VVVF闭合蓄电池接触器，TCMS判断列车牵引力高于10kN发出保持制动缓解信号。
（6）列车到达指定位置司机操作【蓄电池牵引】至【切除】位，TCMS撤销蓄电池牵引使能信号及进入蓄电池牵引信号，列车退出蓄电池牵引模式。
3 蓄电池牵引能力测试与评估
3.1 蓄电池牵引容量仿真计算
蓄电池牵引工况下仿真如图2所示。
3.2 蓄电池牵引工况循环性能
蓄电池牵引工况下能够进行的循环次数通过查找图3得到。
4 结束语
理论条件下，蓄电池牵引300m，蓄电池放电深度约10%，现有160Ah容量满足蓄电池牵引使用条件。
蓄电池牵引蓄电池放电深度3%，对应放电深度下充放电循环次数能达到100000次以上。
按照某地铁列车蓄电池牵引4次/月的使用频率计算，可以满足蓄电池寿命周期内的使用需求。
这为地铁列车蓄电池配置优化提供了充分的理论依据，对提高电列车运行安全以及紧急情况下的供电可靠性具有重要的指导意义。
图3 蓄电池牵引工况循环性能
参考文献
[1] 曹增明，柳晓峰，周利.上海轨道交通11号线南段工程车辆蓄电池牵引系统设计与研究[J].电力机车与城轨车辆，2012，35（3）：13-15.
[2] 谭海云，李勇.蓄电池牵引在上海地铁16号线车辆上的应用[J].机车电传动，2015，（6）：83-85.
[3] 邓文豪.北京地铁16号线蓄电池牵引方案分析[J].现代城市轨道交通，2016，（6）：20-23.。