镍镉电池充电 地铁蓄电池的构成、工作原理及运行维护要点分析

镍镉电池充电 地铁蓄电池的构成、工作原理及运行维护要点分析

中国科技期刊数据库 行业A·139· 地铁车辆镍镉蓄电池原理及维护要点分析 孙波，天津 摘要：地铁蓄电池在应急情况下发挥着重要作用，可为列车提供应急通风、应急照明，为静态逆变器提供启动电源。详细介绍了镍镉蓄电池的组成和工作原理，并说明了蓄电池在使用和维护中的要点。 关键词：镍镉蓄电池；结构；工作原理；使用维护；要点分析 文献标识码：A 文章号：1671-5799(2019)2-0139-02 1 概述 蓄电池是地铁车辆辅助电源系统的重要组成部分，在列车外部高压电源中断时，列车蓄电池组可供给列车应急照明、应急通风、车载安全设备、广播和通信系统工作不少于45分钟，同时蓄电池还为静态逆变器（SIV）的启动提供电源。 地铁车辆使用的电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池等，其中镍镉电池具有重量轻、体积小、效率高、成本合理等特点，因此在国内地铁车辆上应用较为广泛。本文主要讲解镍镉电池在运行中的维护要点。2 镍镉电池的结构一个电池箱由若干个镍镉电池单元组成，每个电池单元的额定电压为1.2V。

每个电池单元由单元电池、正极板、负极板、隔板、整个电解池和电池组成。正极板是镍粉高温烧结制成的多孔导电板，这种导电板的活性物质是氢氧化镍。负极板采用氢氧化镉作为活性物质，是涂有糊状物并由加强筋制成的多孔导电板。隔板将正极板和负极板隔开，防止短路。这种隔板是由耐碱性合成树脂纤维和合成树脂膜制成，具有多层结构。整个电池槽和盖由优质合成树脂制成，具有足够的机械强度以确保使用。它们通过热封焊接在一起。安装液口塞盖是为了排出充电时产生的液体，并防止异物从外部进入。电解液是以氢氧化钾为主要成分的水溶液。这种电解液的标准比重为1.15-1.30。每节之间的连接板用于连接各节。 材料为铜镀镍连接板，用不锈钢螺母和碟形弹簧固定。3 镍镉电池的工作原理3.1工作环境一般性能电池的使用海拔高度不得超过1200米，环境温度在-25至+40℃之间，月最大相对湿度不得超过90%。但FNC型电池、四川长虹生产的镍镉电池等高性能电池的使用环境海拔不得超过3000米，环境温度在-50至+50℃之间，月最大相对湿度不得超过95%。3.2工作原理镍镉电池是一种在充电时将电能转化为化学能储存起来，放电时将化学能转化为电能的电池。

反应化学方程式如下： 充电： 正极 负极 充电 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 → + 2H 2 O + Cd 放电： 正极 电解液 负极 放电 + 2H 2 O + Cd → 2Ni(OH)2 + Cd(OH)2 充电： 在充电过程中，正极活性物质氢氧化镍被氧化为氢氧化镍（氢氧化镍），而放电状态下的负极活性物质氢氧化镉<Cd(OH)2>失去羟基（OH-），变成（还原性）金属镉（Cd）。 充电完毕，正极中的活性物质已趋于饱和状态后，继续充电（过充电）将发生下列化学反应，电解液中的水将分解为氢气和氧气： 电解液 电解 负极 正极 2H 2 O →2H 2 + O 2 水 氢气 氧气 3.3 放电 放电是与充电相反的化学反应，正极活性物质（）被还原为，负极活性物质（Cd）被氧化为<Cd(OH)2>。此过程将电池中的化学能转化为电能。 3.4 记忆效应 充电时，氢氧化镉在负极与电极发生反应，生成金属镉。充电不完全时，金属镉会慢慢生成大晶体并沉积在负极表面，阻碍氢氧化镉的后续反应，从而导致电池容量的降低。这就是电池的“记忆效应”。

“记忆效应”若不能消除，会降低电池的使用寿命。4 运行维护要点分析电池对于地铁车辆应急情况下的使用以及静态逆变器（SIV）的启动非常重要，因此电池的性能维护和容量保证是地铁车辆运行维护中的重要工作。4.1静态贮存电池的自放电受温度影响，温度越高，自放电越大，因此应将电池贮存在低温、阴凉干燥处。图1为电池容量保持特性。电池可在3个月内静态贮存。使用前需测试电池组的输出电压，若低于77V，应对电池组进行充电，若不低于77V，则无需进行充放电测试；若电池贮存时间超过3个月，则将电池组置于放电状态贮存，放电至1.0V/单体。 使用时，以1.45V/节、0.2CA极限电流对电池进行充电。如果电池组在超过20℃的环境温度下长期储存，应每周检测一次电池组的输出电压，如低于77V，应补充电池组电压。图1 电池容量保持特性日常维护 （1）检查电池盒电路有无过热、磨损、变色；电池盒有无变形，紧固件有无松动，电路接插件有无松动，电池盒内是否有过多的灰尘堆积、水渍、漏液等。 （2）用湿布擦净电池表面及跳线，擦净后用压缩空气吹干。清洁电池内部时，切勿在电解液容器及跳线上使用快洁、酒精等有机溶剂。 图2 漏液收集盒 4.3 补液 镍镉电池由于水的电解蒸发，电解液会减少，尤其是