ET-4铁路运输车蓄电池充电优化策略

崔红月

中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000

摘要：ET-4铁路运输车采用免维护铅晶蓄电池。日常运行时由车下5Kw充电机，采用温度补偿机制，设置不同的充电电压对蓄电池充电。分析以往铁路客车和铁路运输车运行中出现的问题，车下蓄电池因充电机充电模式的缺陷，可能会造成多节蓄电池过充损坏。针对该类故障分析研究后，基于ET-4铁路运输车蓄电池充电控制曲线提出充电优化策略，改进充电机内部结构并增加对蓄电池充电电流和电压的监测，通过增加故障情况下温度控制策略和充电温度监控报警，变更了温度补偿范围，增加了对充电机充电曲线的监控，降低了蓄电池长期过充的风险，延长了蓄电池的使用寿命。

关键词:铁路运输车；充电机；蓄电池；优化策略；温度补偿

0引言

蓄电池作为铁路车辆必备的电气设备，应用在国内各型车型内。因在价格以及工作温度范围等方面的优势，铁路客车及铁路运输车车载蓄电池一般采用铅酸电池。一直以来，蓄电池在机车运行中发挥着重要作用。然而在实际运行中，类似鼓包或亏电、电源模块中间电容炸损等诸多问题，严重时会造成车辆无法启动，需引起高度重视。

1充电机蓄电池工作原理

作为铁路运输车供电系统的一个重要组成部分，ET-4运输车在车下安装蓄电池和充电机。车下充电机和蓄电池电气变流和配电结构主要由整流充电部分和配电部分两部分组成。

1. 整流充电部分：交流电源通过高频充电整流模块，将50Hz的380V交流电整流成相应的直流48V电源给蓄电池充电，充电机监控单元对充电机实时工况进行监控，同时采集蓄电池箱内的温度状况。高频充电整流模块输出的电源同时作为后面配电部分的输入电源给车上直流负载供电。

2. 配电部分：交流电源通过高频充电整流模块和高频开关电源，转变成稳定的48V和24V直流电，供给车上相应直流负载和PLC模块。

2 ET-4蓄电池充电模式

在铁路运输车运行情况下，由辅助逆变器内充电机对蓄电池进行充电。充电时，蓄电池采用1个PT100温度传感器监测蓄电池温度，以便蓄电池在不同温度下充电时进行电压补偿，且保证此温度传感器与充电机特性相匹配。不同温度下，车载充电机对GM-500型蓄电池有均充电和浮充电2种充电方式。

根据GM-500蓄电池温度补偿曲线，当蓄电池内容量较低时，即充电电流大于50 A时，采用均充电方式，均充电电压设定值为2.35 V/单节，整组电池充电电压为2.35×24 = 56.4V（25℃时），均充电时温度补偿系数为每单节-0.004 V/℃，当环境温度≤15℃时，单节充电电压：2.35 +（25-15）×0.004 = 2.39 V，整组充电电压2.39×24 = 57.36 V，当环境温度≥35℃时，充电电压下降为52.8V。

充电机对蓄电池充电达到满充量时，检测到充电电流小于30 A，转入浮充充电，按一定比例降低设定电压值，以较小电流对蓄电池进行浮充充电，确保蓄电池的电气性能得到最大程度的恢复。浮充充电电压设定值为2.23 V/单节，整组充电电压：2.23×24 =53.52 V（25℃时），温度补偿系数为每单节-0.003 V/℃，当环境温度≤-15℃时，单节充电电压：2.23+ [25 -（-15）]×0.003 = 2.35 V，整组充电电压 2.35×24 = 56.4V，当环境温度≥35℃时，充电电压为 52.8V。

3 蓄电池充电优化策略

3.1优化原因

根据蓄电池温度补偿曲线，传感器在感应蓄电池箱温度不在标准温度时，充电电压会进行温度补偿增加电压值，若环境温度低于最低设定值时按照最低设定值进行补偿。如果温度传感器出现故障，可能回传的温度值会远远低于或高于外界环境温度，对蓄电池充电时执行温度补偿策略而将充电电压提高到较高电压。温度传感器故障返回温度如果长期保持过高或过低的温度不变，会导致温度补偿一直进行，从而使蓄电池内部温度上升过高，水分损失过大，最后导致蓄电池损坏。

3.2温度补偿曲线优化方案

（1）温度补偿范围。我国大部分地区的极端气温范围为-25℃～+40℃，蓄电池在充电和放电过程中都会有热量散发出来，因此定义蓄电池充电电压的温度补偿范围为-30℃～+45℃。

（2）极端温度充电电压选择。若蓄电池箱内温度传感器返回的温度低于-30℃或高于+45℃时，基于安全考虑，应重新定义一种温度补偿模式。当温度低于-30℃时，考虑到存在过充的风险，选择充电机以标准环境温度25℃时的恒压限流方式对蓄电池组充电，即均充模式为2.35 V/单节，整组电池充电电压为2.35×24 = 56.4V；浮充模式为2.23 V/单节，整组充电电压为2.23×24 =53.52 V，限流75A。温度高于+45℃时，降低充电机充电电压为51.84 V（51.84/24 = 2.16 V静态开路电压），实际已与开路电压一致，没有电流通过。最大程度的降低蓄电池的过充风险，保障蓄电池的安全和寿命。

（3）增加温度监控和故障预警功s能。如温度传感器输出的温度信号不在蓄电池充电温度补偿范围内（-30℃～+45℃），即可认为蓄电池温度有异常，应将此温度信息和异常信息传输至综合控制柜进行预警和监控。

3.3充电曲线优化方案

(1)当蓄电池的充电电流始终保持输出电流大于70A，且连续充电时间大于10h时，则判断为充电异常故障，充电机应上报故障，在保证不继续给蓄电池充电的条件下继续运行。

(2)当蓄电池的充电电流由75A限流充电开始逐渐下降时，若充电电流在45～75A之间，应对充电电流的下降斜率进行判断，当充电电流下降斜率低于此区间正常下降斜率时，则判断为严重充电异常故障，充电机应上报故障，在保证不继续给蓄电池充电的条件下继续运行。

(3)当蓄电池的充电电流由75A限流充电开始逐渐下降时，若充电电流在15～45A之间，应对充电电流的下降斜率进行判断，当充电电流下降斜率低于此区间正常下降斜率时，则判断为一般充电异常故障，充电机应上报故障并继续正常运行。

(4)当蓄电池的充电电流保持在75A限流充电时，若蓄电池电压在30 min内下降超过1.5 V，则判断为严重充电异常故障，充电机应上报故障，在保证不继续给蓄电池充电的条件下继续运行。

4 结束语

本文提出了一种铁路客车蓄电池充电优化策略，通过分析以往铁路客车蓄电池的故障情况和具体原因，在基于ET-4铁路客车蓄电池充电原理的基础上，优化了蓄电池的充电策略，在蓄电池的整个充电过程中可对蓄电池状态进行监控，通过增加故障情况下温度控制策略和充电温度监控报警，变更了温度补偿范围，增加了对充电机充电曲线的监控，降低了蓄电池长期过充的风险，延长了蓄电池的使用寿命。

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