CN107757405A - 一种选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法 - Google Patents

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Abstract

一种选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法本发明涉及一种选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法，由直流系统最高充电电压除以单体的充电电压计算得到蓄电池组的单体数量；再由蓄电池组最低放电电压除以单体数量得到单体终止放电电压；最后蓄电池放电参考温度上限和下限的电池放电曲线，分别计算单体终止放电电压和合同要求的单体终止放电电压下限时的单体放电容量，若两者相差均不大于10%，则认为蓄电池的利用率可以接受，则以之前计算得到的单体数量作为最终确定的电池单体数量；若两者任一相差大于10%，则调整单体数量并重新计算，直到两者相差小于10%。采用该方法选取的蓄电池因考虑充电特性要求，能更好的发挥蓄电池的性能，提高蓄电池寿命周期内的服务质量。

Description

一种选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法
技术领域
本发明涉及一种选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法。
背景技术
在地铁项目中，通常每列车会要求配置两套相同的蓄电池组，在充电机不能提供电源时，在规定时间内，为车辆直流负载提供DC110V，而单体数量是每套蓄电池组的选型关键因数。
就目前比较常用的方法，蓄电池组的单体数量是根据蓄电池组最低放电电压(用Umin表示)和单体终止放电电压(用Ef表示)进行确定，即单体数量＝Umin/Ef，其中，单体的终止放电电压一般是1V，Umin是考虑线路压降后，将直流供电系统要求的最低工作电压值等效为蓄电池组最低放电电压值。例如，某项目要求直流的线路压降是7V,直流供电系统的最低电压是77V，则蓄电池组最低放电电压为84V。所以目前很多地铁项目选用的选电池数量为84节。首先单体数量越多，充电机能满足的蓄电池充电温度范围越窄。因为在低温时，蓄电池充电需要进行温度补偿，以保证蓄电池最优的充电性能，而按照此种方法选定的蓄电池组单体数量，在低温时，直流系统的输出电压值有可能低于蓄电池要求的充电电压，所以在直流系统不能达到要求时，也仅以直流系统最高电压对蓄电池组进行充电，对蓄电池而言，需要达到相同容量的时间就更长。其次，蓄电池作为车辆备用电源，对车辆是一种冗余设计需要，按照此方法选择蓄电池的单体数量只能固定在84节，如果更少的蓄电池单体数量就能满足功能要求，那么84节固定设计无疑使冗余设计的成本增加。此种计算方法未充分考虑蓄电池的充电效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的上述缺点，提供一种选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供的选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，由直流系统最高充电电压Umax和单体的充电电压Eh,计算蓄电池组的单体数量N＝Umax/Eh；所述直流系统最高充电电压是指与蓄电池配套的充电机可以长时间输出的最高充电电压，单体的充电电压是选型温度下，蓄电池的单体充电电压；
第二步，根据蓄电池组最低放电电压Umin和蓄电池组的单体数量，计算单体终止放电电压Ef＝Umin/N；蓄电池组最低放电电压为直流供电系统要求的最低工作电压值与线路压降之和；
第三步，根据蓄电池的利用率确定单体数量：
根据车辆运行地区的气温确定蓄电池放电参考温度范围[T1,T2]，根据温度分别在T1和T2的电池放电曲线，分别计算单体终止放电电压等于Ef和等于合同要求的单体终止放电电压下限时的单体放电容量，若在温度T1和T2时，两者相差均不大于10％，则认为蓄电池的利用率可以接受，则以N作为最终确定的电池单体数量；若两者任一相差大于10％，则调整N值并转至第二步，直到两者相差小于10％。
本发明还具有如下进一步的技术特征：
1、所述第一步的选型温度在车辆运行地区平均温度±1℃范围内选取。
2、所述蓄电池单体为镍镉蓄电池单体。
采用该方法选取的蓄电池因考虑充电特性要求，能更好的发挥蓄电池的性能，提高蓄电池寿命周期内的服务质量，与目前存在的计算方式比较，根据不同蓄电池特性，在项目中可以选取不同数量的蓄电池单体数量，是降低设计成本和减轻车辆重量的一种可能途径。
具体实施方式
下面结合实际应用举例对本发明作进一步详细的说明。
某城市1号线蓄电池合同相关要求如下：
该城市地区的气候条件：
蓄电池充电电压：77-132VDC。
列车的每辆Tc车设一台蓄电池充电器(集成于Tc辅助逆变器)和一组蓄电池，提供DC110V给列车负载供电；
所有低压系统的负载，能在电源电压从DC 77V到DC 132V范围内完全正常工作。
从蓄电池正端到分系统(或设备的主要部件)输入端，最大电压降为DC4V。
从蓄电池负端到分系统(或设备的主要部件)输入端，最大压降为DC3V。
当整列车无高压电源输入，蓄电池必须能给下列规定的紧急负载供电45分钟：
全部紧急照明。
全部头灯和尾灯。
所有与安全有关的控制系统。
全部通信设备，包括列车广播、车载无线电等。
客室(含司机室)50％的通风。
所有客室侧门的一次开关。
合同要求，蓄电池单体电压不能低于1V。
蓄电池的容量按紧急负荷的要求设计。
按照现有方法计算方式选取的蓄电池单体数量如下：
直流的线路压降是7V,直流供电系统的最低电压是77V，则蓄电池组最低放电电压为84V，单体终止放电电压1V。
单体数量为：84(V)/(1V/节)＝84节。
按照本发明方法计算选取的蓄电池单体数量如下：
第一步，根据该城市的自然条件，全年平均气温为16.5℃，为方便计算取16℃。按照温度补偿要求，16℃对应的单体充电电压为：1.602(V/节)。
标准温度20℃下，电池充电电压为1.59V/节，根据温度与电压补偿关系，进行温度补偿时，温度每变化1℃，蓄电池充电电压相应变化-3mV/节。则16℃对应的单体充电电压通过以下计算公式计算获得：
1.59+(-3)×10-3×(20-16)＝1.602(V/节)。
由直流系统最高充电电压Umax＝132V和单体的充电电压Eh＝1.602V,计算蓄电池组的单体数量N＝Umax/Eh＝132(V)/1.602(V/节)＝82.397(节)，取整数82节。
第二步，根据蓄电池组最低放电电压Umin和蓄电池组的单体数量，计算单体终止放电电压Ef＝Umin/N＝84(V)/82(节)＝1.024(V/节)；蓄电池组最低放电电压为直流供电系统要求77V的最低工作电压值与线路压降7V之和。
第三步，根据蓄电池的利用率确定单体数量。
根据该城市的自然条件，选取0℃和20℃作为蓄电池放电参考温度的下限值和上限值。根据全车直流负载约22KW，蓄电池的标称电压为(1.2×82)＝98.4V，蓄电池放电倍率选取1倍率(1C5)。
按照合同要求，蓄电池单体终止放电电压不低于1V。根据电池在0℃和20℃的放电曲线来获得电池的放电容量。在蓄电池放电温度为20℃的情况下，蓄电池单体终止放电电压为1V时，电池放电容量约88％，在单体终止放电电压为1.024V时，电池放电容量约85％，相差约3％；在蓄电池放电温度为0℃的情况下，蓄电池单体终止放电电压为1V时，电池放电容量约73％，在单体终止放电电压1.024V时，电池放电容量约65％，相差约8％。可见，单体终止放电电压为1.024V时，蓄电池的利用率影响均较小，可以接受。
最后，以选用的82节单体进行额定容量计算。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，由直流系统最高充电电压Umax和单体的充电电压Eh,计算蓄电池组的单体数量N= Umax/Eh；所述直流系统最高充电电压是指与蓄电池配套的充电机可以长时间输出的最高充电电压，单体的充电电压是选型温度下，蓄电池的单体充电电压；
第二步，根据蓄电池组最低放电电压Umin和蓄电池组的单体数量，计算单体终止放电电压 Ef= Umin/N；蓄电池组最低放电电压为直流供电系统要求的最低工作电压值与线路压降之和；
第三步，根据蓄电池的利用率确定单体数量：
根据车辆运行地区的气温确定蓄电池放电参考温度范围[T1,T2]，根据温度分别在T1和T2的电池放电曲线，分别计算单体终止放电电压等于Ef和等于合同要求的单体终止放电电压下限时的单体放电容量，若在温度T1和T2时，两者相差均不大于10%，则认为蓄电池的利用率可以接受，则以N作为最终确定的电池单体数量；若两者任一相差大于10%，则调整N值并转至第二步，直到两者相差小于10%。
2.根据权利要求1所述的选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法，其特征在于：第一步的选型温度在车辆运行地区平均温度±1℃范围内选取。
3.根据权利要求1所述的选取地铁车辆用蓄电池单体数量的方法，其特征在于：所述蓄电池单体为镍镉蓄电池单体。
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