蓄电池电力工程车牵引蓄电池充电整改设计

蓄电池电力工程车牵引蓄电池充电整改设计

赵雄

昆明地铁运营有限公司云南昆明650500

摘要：新购买两台蓄电池电力工程车要求提供库内充电电源不小于65kW；但实际预留蓄电池充电电源功率为60kW，不满足蓄电池电力工程车充电要求。根据当前库用电源条件，为实现蓄电池电力工程车正常充电而采取降低最大充电电流，延长充电时间，调整充电程序，使充电电源功率满足蓄电池电力工程车实际充电要求。

关键词：蓄电池充电机充电曲线充电电流库内电源

1、任务来源

前期新购买了两台ZER1型蓄电池电力工程车，要求我们提供库内充电电源不小于65kW；但车辆段调机工程车库设计使用的实际预留蓄电池充电电源功率为60kW，暂时不满足电力蓄电池工程车充电要求。根据当前库用电源条件下，我们不补充蓄电池充电机设备而实现电力蓄电池工程车正常充电，就必须采取必要的整改优化设计。

2整改设计库内充电方案

由于目前库内电源功率（60kW）不满足蓄电池电力工程车充电功率（65kW）要求，为确保电力蓄电池工程车能实现库内充电功能，暂定变更蓄电池电力工程车库内充电程序：通过减小最大充电电流，延长库内充电时间，以降低库内充电所需功率。蓄电池电力工程车库内充电时，库内充电时，要求关闭以下辅助负载：平车供电、压缩机、空调、暖风机、窗加热、五孔插座等耗能设备。另外见下表，还必须考虑的辅助负载牵引蓄电池充电机效率0.9,必须的辅助功率为10/0.9=11.11kW

表1库内充电时必须考虑的辅助负载计算

2.1原牵引蓄电池库内充电曲线说明：

1）库内电源功率大于65kW：

蓄电池电力工程车库内充电时，提供给牵引蓄电池的功率P=65-11.11=53.89kW；

牵引蓄电池最高电压Um=2.4*112*3=806.4V；此时最大电流Im=P/U=53.89/806.4=66.8A；

动力蓄电池充电电流一般定义为0.12C5-0.2C5；按照ZER1蓄电池电力工程车要求，蓄电池电力工程车容量C5=440Ah，实际取值I=0.15*C5=66A，充电电流满足要求；

为了更充分地利用库内电源效率，恒流充电阶段电流设为66A；当牵引蓄电池单体电压达到2.35V时，充电电流下降，蓄电池电压保持不变；充电电流下降到约10A以下，进入浮充阶段，蓄电池单体电压为2.25V；具体充电曲线如下图所示：

机车由第三轨或库内电源供电时，通过牵引蓄电池充电机对蓄电池进行充电，正常充电过程包括三个阶段：恒流充电阶段、恒压充电阶段、浮充充电阶段，具体规定如下：

(1)恒流充电阶段：充电机工作后进入充电状态或蓄电池放电状态进入充电状态后，首先采用IL1限流充电，充电电流被限制在≤IL1的范围内，充电机输出电压上升；

(2)恒压充电阶段：当充电机输出电压上升到UL1时，维持在UL1，蓄电池的充电电流开始下降；

(3)浮充充电阶段：当电流下降到IL2时，充电机输出电压跳转到浮充电压UL2，进入蓄电池的浮充状态。

(4)其他：维持IL1的时间不应超过tL1，维持UL1的时间不超过tL2，当充电时间超过规定阀值时，充电机停止输出。

(5)取值：（以最大输出功率65kW为准）

取IL1=66A

取UL1=2.35×3×112=789.6V

取IL2=0.1IL1A

取UL2=2.25×3×112=756V。

取tL1≤6小时

取tL1+tL2≤12小时

2.2变更后牵引蓄电池库内充电曲线说明：

1）库内电源功率为60kW：

蓄电池电力工程车库内充电时，提供给牵引蓄电池的功率P=60-11.11=48.89kW；

牵引蓄电池最高电压U=2.4*112*3=806.4V；此时最大流I=P/U=48.89/806.4=60.6A；

动力蓄电池充电电流一般定义为0.12C5-0.2C5；按照ZER1型蓄电池电力工程车要求，蓄电池电力工程车容量C5=440Ah,建议实际取值I=0.13*C5=57A，充电电流满足要求；具体充电曲线如下图所示：

牵引蓄电池充电曲线变更前后的影响见下表：

（1）7.67h时刻电流降低至28.5A，从充电开始时刻4h到7.67h充入电量约为170Ah，如第一阶段使用28.5A电流充电，此阶段时间为tL1=170/（57/2）=5.97h，取值6小时；

（2）11.6h时刻电流降低至2A，电流从28.5A降至2A的时间tL2=11.6-7.67=3.93h，取值4小时；

（3）更改充电程序后，恒流充电阶段电流I=28.5A时，牵引蓄电池容量从20%充至80%所需时间变更为：tL1+tL2=6+4=10h。

蓄电池电力工程车库内充电程序可以根据电源容量，调整充电程序，以使充电电源功率满足蓄电池电力工程车实际充电要求。

具体充电程序以及充电曲线以实际现场库内电源测试为准；若库内试验过程中，出现库内电源插座过热或跳闸等现象，则需要根据实际情况，适当降低库内充电的恒流阶段电流值。

更改后的充电曲线：

3、结语

综上所述，通过整改设计蓄电池电力工程车库内充电程序，降低最大充电电流（降为57A），延长充电时间（库内充电由8h变为10h），调整充电程序，使库内电源功率（60kW）满足电力蓄电池工程车库内实际充电要求。