维普资讯 http://www.cqvip.com
上海铁道科技2008年第1期9祝正山上海铁路局技术中心电池单位重量和单位体积的容量低导的关系的硫化程度越严重电容量越少致新造车辆附属设备成本和维护成本的增加；②蓄电池充放电过程中电化学反应会析出大量的氢气和氧气直至报废这是导致铅酸电池寿命不长个重要原因易爆镍镉电池的成本更高为50000元炸需要强制通风和自然通风工作环左右使用寿命与铅酸电池相当镍镉电境差；③蓄电池单位电压低串联支数多池具有良好的大电流放电特性过充放电池组内各电池的致性要求高电耐受能力强维护简单镍镉电池最致使用中容易因各电池的性能差异而产生过充电现象造成爬碱降低了可靠命的缺点是在充放电过程中如果处理不当会出现严重的记忆效应使得服性；④使用过程中溢出的电解液长时间务寿命大大缩短电池在充电前所谓记忆效应就是残留会腐蚀蓄电池托架在国家十影响机械强且定电池的电量没有被完全五科学技术发展规划度危及行车安全；⑤镍镉电池的记忆效放尽久而久之将会引起电池容量的降中改善生态与环境已经成为事关经应与客车实际的使用条件相矛盾低在电池充放电的过程中(放电较为明显)济社会可持续发展和人民生活质量提高的重大问题期激活的维护要求现场无法满足；⑥现有的蓄电池自放电严重会在电池极板上产生少许的小气日积月累这些气泡减少了电池极板绿色环保型锂离子电池可不能满足车泡以取代存在污染隐患的铅酸电池镍镉辆实际使用中对备用电量的要求些的面积也间接影响了电池的容量电池是属于国家鼓励发展的高效清洁备用车不能正常供电目引进锂电池初步设计应用在车辆上的套锂电蓄电池为了从根本上改变这：局面该项大容池其价格大约在20000元左右是现有8目前铁路用蓄电池主要有两大类通过试验研究来论证锂铅酸电池价格的两倍但它的寿命为10类是铅酸电池另类为碱性溶液镍车载蓄电池的生电池在旅客列车上应用的可行性量锂离子蓄电池在铁路上的应用铁路的技术进步产生积极的作用2年是现有车载蓄电池的3倍所以镉电池产现有的车载蓄电池含有的重金能对具有明显的价格优势而且其性能优越它电压高压属会给环境带来危害单节锂电池电压为36v等使用和销毁过程中都会产生大量重于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电金属铅镉等离子重金属离子不仅严重锂电池的优势；自放电小可长时间存放这是该电池破坏生态环境而且能通过水空气和食21性价比对于铅酸电池最突出的优越性；锂电池不存在镍镉电物进入人体内导致人的健康状况恶化套蓄电池组包括池的所谓记忆效应电循环次数远大于所以锂电池充电前这现状亟需改变应急电源箱(981型)电池电池12V60AH铅酸蓄无需放电；正常工作条件下锂电池充放500电池箱和充电器价格约次现有数据表1现有车载蓄电池的不足12000元装车重量约为130kg；其使用明在500次充放电试验后其容量还能达到标称容量的90％以上；锂电池通常可以采用O5铁路客车使用的铅酸电池年需耗用量300AH8铁路全寿命为时间2年由于车载蓄电池处于循环万块(按12V60A计)；碱(按充放电的浮充状态对于铅酸电池而言1倍电量充电使充电时性溶液镍镉电池全年耗用量单体电池计)3万块长会引起极板的硫化正负极板间缩短至12小时；可以随意并联使用铁路客车现有蓄上形成层白色粗粒结晶的硫酸铅这综上所述锂电池具有明显的高性价比电池已经使用多年除了环保方面的缺种结晶体很难在正常的充电时消除硫化的形成程度与铅酸蓄电池容量有很大22容量质量比以60AH的铅酸电池为例陷还存在些问题需要引起重视：①蓄蓄电池维普资讯 http://www.cqvip.com
１０ 上海铁道科技２００８年第１期 每块２５ｋｇ，一组四块为１００ｋｇ，应急电源 被破坏。又由于电池会白放电，放愈久电 辆的应用，电压应达到４８Ｖ，需要开发特 箱重２０ｋｇ，电池箱１０ｋｇ，总重为１３０ｋｇ， 压会愈低，因此，放电时最好不要放到 定的高电压电池组保护板，目前这方面 而且需要另配充电机和整流机；以锰酸 ２．４ｖ才停止。锂电池从３．０Ｖ放电到 的技术正在研发，安全性能有充分保证。 锂电池为例，一组为４个模块串联，容量 ２．４Ｖ这段期间，所释放的能量只占电池 ２．４环保性 共６０ＡＨ，外形尺寸（含保护板）约为，约 容量的３％左右。因此３．０Ｖ是一个理想 重Ｏ．６３ｋｇ，包含应急电源箱和电池箱在 的放电截止电压。 内的总重量也只有２７ｋｇ，同样的蓄电池 电池污染及其处理已经成为目前社 会最为关注的环保焦点之一。国家环保 锂电池最理想的充电电压上限为 总局科技标准司有关人士认为，随着我 容量，重量只有铅酸电池的五分之一 在 车辆上安装的体积大大减小，重量也大 大减轻。如果能把锂电池正式运用在车 辆上，制造车辆时承载蓄电池重量的机 械强度也能大大减小，同时结构也会作 相应调整，从而节约车辆制造成本。 从上述数据可以看出，若每列车按 １８辆编组计算，如果使用锂离子电池， 则每列车重量将减轻１．３ｔ以上，同时可 以省去１８台充电机和整流机，从而减少 ３６个故障点；由于使用锂离子电池，大 大减少了电池托架腐蚀，从而延长使用 寿命。 ２－３安全性 为改善锂离子电池的安全性，在整 个行业的不断探索下２００２年以后新的 正极材料陆续出现，主要包括锰酸锂 （ＬｉＭｎ２０４）、三元材料（ＬｉＣｏＮｉＭｎ０２）以 及最新的磷酸亚铁锂（ＬｉＦｅＰＯ４），虽然研 究和应用的时间较短，但凭借着其优秀 的技术特性逐步应用在电动交通工具 上。总体而言，大容量锂离子蓄电池组的 应用正在不断广泛地扩展。 另一方面加强了对电池组的过充、 过放和过流电子安全防护。锂电池充电 时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂 离子。锂离子经由电解液游到负极去，进 入负极的储存格，并获得一个电子，还原 为锂原子。放电时，整个程序倒过来。锰 酸锂电池的化学反应如下： 为了防止电池的正负极直接碰触而 短路，电池内会再加上一种拥有众多细 孔的隔膜纸，来防止短路。好的隔膜纸还 可以在电池温度过高时，自动关闭细孔， 让锂离子无法穿越，防止危险发生。 锂电池最理想的充电电压上限为 ４．２Ｖ。锂电芯放电时也要有电压下限。当 电芯电压低于’２．４ｖ时，部分材料会开始 ４．２Ｖ。锂电芯放电时也要有电压下限。当 电芯电压低于２．４ｖ时，部分材料会开始 被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电 压会愈低，因此，放电时最好不要放到 ２．４Ｖ才停止。锂电池从３．０Ｖ放电到 ２．４ｖ这段期间，所释放的能量只占电池 容量的３％左右。因此３．０Ｖ是一个理想 的放电截止电压： 充放电时，除了电压的，电流的 也有其必要。因此，对锂离子电池的 保护，至少要包含：充电电压上限、放电 电压下限、及电流上限三项。一般锂电池 组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护 板，这片保护板主要就是提供这三项保 护。 电池系统如能对过充、过放、过电流 都分别提供两道安全防护，每道防护的 失败率如果是万分之一，两道防护就可 以将失败率降到一亿分之一。常见的电 池充电系统包含充电器及电池组两大部 分。充电器又包含电源转换和充电控制 器两部分。适配器将交流电转为直流电， 充电控制器则直流电的最大电流及 最高电压。电池组包含保护板及电池芯 两部分，以及一个ＰＴＣ来限定最大电 流。过充防护是利用充电器输出电压设 定在４．２Ｖ左右，来达到第一层防护，这 样就算电池组上的保护板失效，电池也 不会被过充而发生危险。第二道防护是 保护板上的过充防护功能，一般设定为 ４．３Ｖ。这样，保护板平常不必负责切断充 电电流，只有当充电器电压异常偏高时， 才需要动作。过电流防护则是由保护板 及限流片负责，这也是两道防护，防止过 电流及外部短路。 电池系统设计时，必须对过充、过放 与过电流分别提供两道电子防护。其中 保护板是第二道防护。由于针对机车车 国电池的种类、生产量和使用量的不断 扩大，废旧电池的数量和种类也在不断 增加。废旧电池含有汞、铅、镉、镍等重金 属及酸、碱等电解质溶液，对人体及生态 环境有不伺程度的危害。 环保性能好是锂电池最突出的优 点。由于锂电池中不含镉、铅、汞等重金 属元素，对环境无污染，是当代最先进的 绿色电池。符合国家可持续发展的战略 方针。 ３技术关键 ３．１提高电池组耐过充性能 锂离子电池的耐过充性能是影响电 池安全性能最主要的因素，锂离子电池 在过充时容易产生锂枝晶，且在高电压 状态下正极材料和电解液都会发生分 解，产生气体使电池发生起火、爆炸。为 提高耐过充性能将采取如下几项措施： 危电 ｝ 反 ：Ｌｊｉ｛、Ｍｎ２０４ Ｌｊ１…、Ｍｎ２０４＋ ＋ｘ ｅ 负极度由：ｎＣ＋ｘ ｕ＋十ｘ 兰ＬＩ ｃ 破电 电池反Ｉ ：ＬｉＭ０２＋ｎＣ－￣－ｕｌ Ｈ０２＋Ｌｉ Ｃｎ 正极材料选用目前性能最稳定安全 的磷酸铁锂（ＨＦｅＰＯ４）作为正极材料，鉴 于目前磷酸铁锂制造技术还不够稳定， 当前可以同时用锰酸锂（ＬｉＭｎ Ｏ ）（Ｌｉ含 量约４．５％）作为正极的备用材料，提高 材料的分解电压，增强了电池的耐过充 性能。 调整正负极的匹配，适当增加负极 的量，加大负极材料在充电时吸收Ｉｊ的 能力，提高电池的耐过充能力。 选用功能电解液，在电解液中添加 添加剂，提高电解液的分解电压，同时提 高电池的耐过充性能。 （下转第５页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
上海铁道科技２００８年第１期 ５ 决落实、有人反馈站里消号。 ２强化业务培训提升整体素质 资紧、工期短”的基建现状，影响着建筑 通信工程进行监督，也对工民建、环保等 市场机械设备、高级管理及技术人才的 工程进行监督；既监督内业、也监督外业； 也监督检测、咨询等 良性循环。工程越级承包，非法层层转包 既监督各责任主体，要去监督别人，当然要高人一筹，作 的现象时有发生，“一级企业打牌子，二 第三方检测机构；既监督各责任主体质量 也监督工程实体质量及现场施工安 为质量安全监督的执法人员，自身 级企业来投标，三级企业进现场，包工头 行为，素质的高低直接影响着质监水平，没有 来施工”的现象屡禁不绝；机械设备、高 全；既监督主控项目，也监督一般项目。 高素质的质监队伍，就很难建立与质量 级管理及技术人才全国告急，面对如此 （４）监督手段更加灵活。该站采取跟 安全监督职能相适应的权威。因此，对工 形势，该站想领导之所想，急领导之所 随领导督导检查与联合建设单位监督检 程建设质量管理、质量控制和强制性条 急，强化监督手段，以每一项工程都要建 查相结合的方法，采取面上掌握与发现 文的学习成为重中之重，并将其落实到 成“精品工程”为目标： 问题重点跟踪相结合的方法，采取透明 对工程设计、施工现场监督中去，使工程 （１）监督计划更加合理。按１４７号文 检查与突击复查相结合的方法，采取监 质量安全得到可靠保障。该站抓住有利 《铁路建设工程质量监督计划》，监督检 督结果与信誉评价相结合的方法，采取 时机，坚持自学与班组学习相结合、站里 查原则上每个月不少于一次。该站从严 发现问题建设单位督促整改与监理单位 学习与选送学习相结合，积极派员参加 要求，规定每项目每月监督检查不少于 旁站确认相结合的方法，采取发现重点 各种培训。 二次，提前编制月计划，每次监督检查突 问题当场整改与一般问题３天内整改完 （１）参加铁道部建设司组织的铁路 出重点、主题鲜明；每星期查哪条线、哪 毕、７天内书面回复相结合的方法，采取 建设项目管理人员培训班，路局建设处 几个标段，下星期查哪几个标段、附带复 内业与外业监督检查相结合的方法，对 组织的浙赣线岩溶整治施工技术培训班 查哪几个标段的整改情况一目了然。 发现的工程质量安全问题，当场签发、宣 以及各期铁路新知识新技术培训班（隧 （２）监督对象更加全面。该站不但重 读，并交付责任单位负责人当场签字确 道、桥梁、软土地基处理等技术）。 点监督施工、监理责任主体，还监督建 认，纳入每月《监督简讯》。 （２）积极鼓励参加建设处组织的《验 设、（勘测）设计等责任主体；不但监督施 总之，该站通过创造性开展工程质 标》知识竞赛与论文发布会，鼓励监督工 工单位人员到位、质保体系、突出质 量安全监督工作，建立了各种制度、提升 程师利用业余时间报考国家注册各类工 量安全问题等情况，还监督监理单位人 了整体素质、理顺了监督手段、抓住了监 程师资格考试。通过强化培训，该站监督 员到位、到位人员适应现场需要、对现场 督重点；克服了建设规模大与监督人员 工程师提升了自身素质，精通了路基、桥 质量控制等情况；不但监督建设单位质 少、监督地域广与交通工具少、建设项目 涵、隧道、混凝土等专业验收规范，熟悉 保体系、施工图审查、质量安全检查等情 等级高与检测设备落后间的矛盾；做到 了上述四大专业施工规范，了解了其他 况，还监督（勘测）设计单位人员到位、交 了监督工作只设路标、不设路障，服务现 专业相关规范。 底交桩、工程验收到位率等情况。 场、但同时又严格按规范、标准进行监督 （３）监督内容更加丰富。该站每次监 检查。为每一项工程质量达到设计要求 ３适应现场需要强化监督手段 督必配备两名及以上监督人员，不分专 的结构安全和使用功能，主体结构质量 当前建筑市场的法规体系和管理机 业，既对桥涵、隧道工程进行监督，也对 实现零缺陷作出应有的贡献。 构已较完善，但铁路“规模大、标准高、投 路基、混凝土工程进行监督；既对电力、 责任编辑：宋飞 （上接第ｌ０页） 上升很快，最高可以达到ｌ５０℃以上，而 项提高蓄电池组整体安全可靠性的很重 ３．２改善大电流安全性能 ＰＥ的熔点较低，一般在ｌ４０℃左右，当电 要的关键技术。通过该项技术的应用大 提高电池的大电流性能，可以减小电 池温度升高时，ＰＥ层首先发生融隔作 大减小蓄电池组的故障率，其可靠性能 池的发热量，有利电池内部热量的离散。 用，电池转为安全状态。 满足实用要求。 ３．３可预见的滥用安全 电解液中添加高温下可以聚合的添 当蓄电池遇到短路、针刺、挤压、自 加剂，当电池短路温度升高时电解液会 ４结论 由跌落和高温等可预见滥用情况时，必 发生聚合，电池内部断路，电池转为安全 综上所述，锂电池性价比和容量重 须保证蓄电池不发生起火、爆作。在制造 状态。 量比高，安全性能良好，最重要的优点是 工艺上将采取如下措施： 隔断个别电池内部故障对整个电池 环保，它比现有车载蓄电池有更大的优 选用ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ三层复合隔膜，电池 组的影响。如何有效地隔断个别电池内 势，是未来车载蓄电池的发展方向。 在短路、穿刺、击试验时电池的温度会 部故障造成对其它相邻近的影响，是一 责任编辑：徐伟民
