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铅酸（胶体密封）、镍镉蓄电池对比分析张迪

发表时间：2020/6/10 来源：《基层建设》2020年第5期作者：张迪

[导读] 摘要：文章通过对铅酸（胶体密封）、镍镉蓄电池的结构、原理、性能及特性，并通过二者的技术经济性对比分析，为地铁列车用蓄电池产品选型提供参考和依据。

        广州轨道交通建设监理有限公司广东广州 510200
        摘要：文章通过对铅酸（胶体密封）、镍镉蓄电池的结构、原理、性能及特性，并通过二者的技术经济性对比分析，为地铁列车用蓄电池产品选型提供参考和依据。
        关键词：铅酸蓄电池；镍镉蓄电池
        概述
        在城轨车辆运行过程中，整列车体的电气系统是最为关键的部分，其中的辅助系统的运行独立于牵引系统，辅助系统中的蓄电池组则是该系统一个重要的组成部分，主要用于整列车无高压电源输入时，蓄电池必须能给全部紧急照明、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）通风的新风量≥3200m3/h（满足CJT 254-2010标准要求）、所有客室侧门的一次开关等的紧急负载供电45min，以保证乘客安全逃生。并当网压恢复，蓄电池电压应能保证辅助逆变器和DC110V低压电源启动。
        1、蓄电池分析
        目前国内地铁列车选用的蓄电池主要有两种，分别为胶体铅酸蓄电池及镉镍蓄电池。按电解液划分，胶体铅酸蓄电池属酸性蓄电池，镉镍蓄电池属碱性蓄电池。这两种蓄电池都是目前酸、碱性蓄电池最先进的代表。经过多次技术革新，两者的技术优劣已相差无几。
        但一个地铁列车项目只能选择其一，如何在二者之中选择更优则是需要深入考虑的问题。文章针对两种蓄电池的使用寿命、成本、重量、维护性等因素，分析探讨其优劣性。
        1.1镍镉蓄电池原理
        镍镉蓄电池具有体积下，机械强度高、工作电压平稳、可大电流放电、使用寿命长等特点。镍镉蓄电池的基本结构：正极板为氧化镍，负极板为镉，是三维结构的纤维极板，把活性物质镶嵌在纤维内，内阻极小，导电性好，重量轻，富有弹性，抗振动能力强。隔离板采用一种特殊的微孔隔离板。蓄电池壳盖采用防火、阻燃、无毒、不含卤的特殊PP材料或BRILON-VO材料。电解液为1.19kg/升，整个使用过程不用更换电解液。
        1.2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，它采用二氧化硅与硫酸液配制而成的胶体作为电解质，使用过程钟不会产生酸雾，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、蓄电池对比
        表1 铅酸、镍镉蓄电池对比表




        两种电池在各性能指标上各有优势。
        2.1使用环境
        镍镉蓄电池在高/低温环境下的充放电性能优于铅酸蓄电池。
        高/低温环境下耐过压充/放性能：镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池；
        高/低温环境下放电性能：镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池；
        在高/低温环境下，镍镉蓄电池使用性能方面优于铅酸蓄电池；在平均温度下铅酸蓄电池使用性能方面优于镍镉蓄电池。
        2.2运营使用
        在运营使用中，需考虑的情况较为综合：产品的稳定安全性，低故障率，维护方便，维护成本等。
        使用寿命：镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池；
        维护性：铅酸蓄电池优于镍镉蓄电池；
        循环次数：镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池；
        一次性采购费用：镍镉蓄电池高于铅酸蓄电池；
        液密性：铅酸蓄电池优于镍镉蓄电池。
        对于运营使用方面，设备的稳定安全性，低故障率应首要考虑。从此方面分析镍镉蓄电池优于铅酸蓄电池。
        2.3使用业绩
        铅酸蓄电池用于轨道行业电客车上的的业绩较少。
        2.4环保
        欧盟将于2016年1月1日起，江含镉镍蓄电池从欧盟全面退市，镉镍蓄电池被欧盟退市的主要原因在于其在充放电、废弃过程中会污染空气、土壤和水源。镉化合物毒性大，镉经呼吸道和消化道进入人体，在体内形成金属硫蛋白，通过血液到达全身，并在肾和肝中累积，会引起贫血、高血压、肾损害、神经痛和内分泌失调。镉对生殖细胞有选择性毒害作用，还会使骨骼的生长代谢受阻，从而造成骨质疏松、萎缩和变形等。从上面几点出发，镉镍蓄电池的退市将是大势所趋。
        3、蓄电池分析结论和建议
        通过上述的对比分析，胶体铅酸蓄电池具有以下优点，建议选用。
        （1）成本：镉镍碱性蓄电池一次性采购成本比胶体铅酸蓄电池高。
        （2）维护：整个寿命周期不需加液；每年进行一次均衡充放电维护实验即可。
        （3）环保：对使用环境有害物质氧化铅密封在电池内，不危害接触者电池使用结束需回收处理。
        （4）性能：完全充满后，在温度（25±2℃）相对湿度不大于80%环境中开路贮存28d，容量损失率（自放电）≤4%。
        综合上述分析胶体铅酸蓄电池在性能、维护、环保和成本方面都优于镉镍蓄电池。所以在选型时可以优先考虑胶体铅酸蓄电池。
        参考文献：
        ［1］亓立敏，王为辉．地铁车辆蓄电池选型分析及建议［J］．电力技术，2016，：162．
        ［2］苏海强．镉镍蓄电池将在欧盟全面退市［N］．深圳商报，2012-12-20（A03）