城轨地铁车辆蓄电池电解液溢出产生原因与预防措施

张海军

摘要：蓄电池电解液溢出是城轨地铁车辆蓄电池故障的典型表现方式之一，本文针对城轨地铁车辆蓄电池电解液溢出原因进行深入刨析，寻找故障原因，进而找出相应的解决和预防措施。促进了城轨车辆整体制造水平的提升。

关键词：城轨地铁车辆；蓄电池电解液；原因分析；预防措施

引言

有些城轨地铁车辆在调试结束后，存在部分蓄电池电解液溢出的故障现象。本文针对城轨地铁车辆蓄电池电解液溢出原因进行深入剖析，采用试验的手段对蓄电池进行试验验证及数据分析，寻找电解液溢出的原因，找出相应的解决和预防措施。

1 城轨地铁车辆蓄电池电解液溢出的主要特征

有些城轨地铁车辆在调试结束后，对现车进行状态检查时发现蓄电池集中补液系统防回火阀下方有水迹，箱体底部有少量液体残留。具体见图1。

图1 蓄电池溢液

2 城轨地铁车辆蓄电池电解液溢出故障原因分析

2.1 机理结构分析

常见碱性蓄电池主要组成示例如下：

纤维式FNC极板：正极活性物质为氧化镍，负极活性物质为镉，活性物质存在于三维结构的镍纤维网内；

蓄电池壳盖：PP-VO材料；

电解液为KOH:密度1.16-1.22kg/l；

液位标准示例：在蓄电池完全充电并搁置4h后，调整液位至MAX+0/-5mm,也就是液位按36+0/-5mm；

蓄电池化学反应方机理:

Cd+2NiOOH+2H2O—→Cd(OH)2+2Ni(OH)2+2e，产生1Ah电量将消耗0.03732mol，约0.336gH2O，充放电会引起蓄电池液位的变化。

2.2 电解液补液工作

电池模块之间的液压连接便于用蒸馏水或去离子水补充加液；每个蓄电池系统配备相应的低压加水系统，一组电池通过橡胶软管串联组成一个加水回路。通过加水车与每组加水回路连接，回路管路由电池模块之间的EPDM（三元乙丙橡胶）橡胶管组成。为防止管路泄漏，在每个电池模块的液压进出口处均设有ABS（一种高强度工程塑料）管嘴。回路的各端用快速管接头连接，整个管路保持通畅，便于在充放电时产生的气体的顺利排放。电解液补液工作示意图具体见2

图2 电解液补液示意图

2.3 模拟试验及试验结论

蓄电池电解液溢出多发生在镍镉碱性且采用低压集中补液系统结构的蓄电池上。将故障蓄电池按现车蓄电池排布方式加装集中补液系统，采用与调试试验相同的充放电参数对电池深度充放电模拟试验，模拟试验示例见图3。

模拟试验结论如下：

（1）常温下（20℃）电池充电后静置4h，将液位高度分别设置不同的高度，先放电到某个值再充满，仅最高液面组试验过程中集中补液管路有电解液溢出，其余各组至试验结束无异常。

（2）各组电池试验后液面高度均不同程度的明显上升。

（3）为验证近期低温影响，选取蓄电池进行-15℃深度充放电试验，试验前后液位仅有及其细微的高度差异。

图3 模拟试验

3 分析结论

城轨地铁车辆静调试验时，在充电机数据，充放电电流、电压和蓄电池温度等工况条件均符合设计要求的情况下，需对蓄电池进行深度充电。根据碱性蓄电池化学反应原理，蓄电池在大电流深度充电时会生成水导致液位上升，正常车辆动调和运用过程中充放电几乎无影响，放电时会导致液位下降。结合试验故障现象，结论为发生溢液的蓄电池液位高度超过最高液位线，导致深度充电后发生溢液问题。分析故障原因与蓄电池液位及蓄电池自身状态直接相关。

4 纠正预防措施

4.1 工艺要求

蓄电池进行组装前检测，再组装入蓄电池箱。由于蓄电池长期存放、运输后电池电压和液位会出现不同程度的下降，在蓄电池发运前要进行补电作业，静置后按照工艺文件要求，加注少量电解液进行液位调平。液位在最高和最低液位线之间，进行合格判定，登记作业记录，最后交付。

4.2 质量管控

生产开单领料，员工进行自检，确认蓄电池状态根据检查结果，进行补电补液，完成工作后，再次进行自检合格转入检验员专检，合格后打包发货。

4.3 纠正预防措施

（1）修订单体/系统补充电作业指导书，明确蓄电池液位控制标准

（2）按照更新后的作业指导书、检验文件对所有作业人员和检验人员进行培训，进行典型案例宣贯。

5 结语

通过全文介绍可以看出，碱性蓄电池化学反应原理，蓄电池在大电流深度充电时会生成水导致电解液液位上升，正常车辆动调和运用过程中充放电几乎无影响，放电时会导致液位下降。结合试验故障现象，结论为发生溢液的蓄电池电解液液位高度超过最高液位线，导致深度充电后发生电解液溢液问题。分析故障原因与蓄电池液位及蓄电池自身状态直接相关。进一步分析蓄电池电解液溢液的主要原因，提出了有效预防措施，提升了城轨地铁车辆的整体制造水平，进一步保证了城轨车辆的安全运营。

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