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I毕 业 设 计 方 案课 题: TG350 蓄电池检修工艺设计 专 业: 班 级: 学生姓名: 所属院系: 指导教师: I目录摘 要 .1第一章 蓄电池概述 .21.1 蓄电池在电力机车上的应用 .41.2 供电蓄电池的特点 .5第二章 蓄电池的结构 .62.1 TG350型铅蓄电池 .62.2 电池包结构分析 .72.2.1 电池包结构有限元模型 .72.2.1 边界条件约束 .7第三章 蓄 电池运行维护及检修规程 .83.1 蓄电池的运行、检查、故障处理 .83.1.1 蓄电池的运行 .83.1.2 蓄电池的放电 .83.1.3 电池再充电 .93.2 蓄电池的维护 .9第四章 蓄电池的检修工艺 .114.1充电过程如下 .12谢辞 .14参考文献 .151摘 要近几年,全球经济快速发展的步伐,促使能源利用量的增长,对于一些不可再生资源来讲带来了非常沉重的影响。作为动车动力提供装置-蓄电池关乎着动车整体正常运行,但是由于动车蓄电池自身结构特点,通常在使用过程中会发生不同程度的故障问题,严重影响动车整体使用。本文通过对动车蓄电池存在常见故障问题进行简要的分析,同时提出相应的分析处理方法,降低蓄电池问题的严重化,加强蓄电池维护工作,整体提升动车蓄电池的工作性能。蓄电池是一种化学电源,靠内部的化学反应来储存电能和向外供电。机动车辆上大都使用铅蓄电池,它具有内阻小、容量大、能在发动机启动时,短时间供给大电流。蓄电池主要由正极板、负极板、外壳、隔板和电解液等构成。蓄电池在发动机启动时,给起动机和点火系统供电。在发电机不工作或低速时,向用电设备供电。负荷过大时,协同发电机向负载供电。一般检修方法,指出了使用维护蓄电池应注意的事项,并提出了预防蓄电池故障的措施。本设计针对我国铁路车辆所使用的各种蓄电池进行研究,首先概述性介绍蓄电池的结构、种类及发展历史,之后,重点介绍了铁路车辆用蓄电池的检修与维护及维修工作内容及要求。通过对这些方面的学习,使我对蓄电池的使用保养和小故障处理具有了一定的认识,使这些方面的能力得到一定的提升。 另外,本论文也涵盖了对新型蓄电池的部分介绍,让我对蓄电池的新技术有所了解,拓展了蓄电池的认知度及选用范围。关键词:铁道车辆;蓄电池;检修2第一章 蓄电池概述蓄电池是化学能与电能相互转换的装置,它能把电能转变为化学能储存起来,使用时再把化学能转变为电能,而且变换的过程是可逆的。以上两个过程,前者称为充电,后者称为发电。根据极板所用的材料和电解液性质的不同,蓄电池一般可分为酸性(铅)蓄电池和碱性蓄电池两大类。碱性蓄电池按其极板活性物质的不同,又可分为铁镍蓄电池和镉镍蓄电池等系列。蓄电池组装工艺图3铅酸蓄电池的发明至今已有一百多年的历史,因其价格低廉、原材料易于获得,使用上有充分的可靠性,适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点使其在化学电源中一直占有绝对优势。到 20 世纪初,铅酸蓄电池历经了许多重大的改进,提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。然而,开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点: (1)充电末期水会分解为氢、氧气体析出,需经常加酸、加水,维护工作繁重;(2)气体溢出时携带酸雾,腐蚀周围设备,并污染环境,限制了电池的应用。 铅酸蓄电池是 1859 年 G.plante 发明的。自铅酸蓄电池被发明以来,因其价格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和适于大电流放电等特点,目前已成为世界上产量最大、用途最广泛的蓄电池品种。铅酸蓄电池经过一百多年的发展,技术不断更新,现已被广泛应用于汽车、通信、电力、铁路、电动车等各个领域。以产品的结构形式分类,可以分为开口式、富液免维护式、玻璃丝棉隔板吸附式阀控密封型(AGM)、阀控胶体型(GEL)等几大类产品。 国内小型电动车上用的铅酸蓄电池主要是 AGM 吸附式和胶体两类阀控密封型蓄电池产品,目前 AGM 吸附式蓄电池在市场上占主导地位。胶体蓄电池因生产难度大、技术水平高、国内胶体材料不稳定、生产成本高等原因,国内只有少数几家蓄电池厂在生产,而且用户反映产品质量并没有明显的提高。据国外权威蓄电池研究机构报道,胶体动力型蓄电池综合技术指标和寿命明显优于普通的 AGM 吸附式蓄电池,胶体蓄电池是动力型铅酸蓄电池的发展方向。 根据热力学原理,铅酸蓄电池的电动势是 2V,同样额定电压也是 2V,所以我们日常见到的铅酸蓄电池产品的电压都是 2V 的倍数。我们常用的 6V 和 12V 电池分别是由 3 个和 6 个内部串联的 2V 蓄电池单元组成的。像我们日常见到的其他种类电池一样,铅酸蓄电池的每个单元也分正极和负极。铅酸蓄电池的正极是以结晶细密、疏松多孔的二氧化铅作为储存电能的物质,正常为红褐色,负极是以海绵状的金属铅作为储存电能的物质,正常为灰色。正极和负极储存电能的物质统称为活性物质。铅酸蓄电池用纯净的稀硫酸作为电解液,比重一般在 1.21.3g/ml 之间,电解液的主要作用是参加极板上的化学反应、导通离子和降低电池反应时的温度。蓄电池的正极和负极之间由隔板隔开,吸附式密封蓄电池的隔板是由超细玻璃丝绵制作的,这种隔板可以把电解液吸附在隔板内,吸附式密封蓄电池的名称也是由此而来。胶体蓄电池的隔板种类比较多,而且很多厂家还使用多种材料复合的隔板。4近二十年来,为了解决以上的两个问题,世界各国竞相开发密封铅酸蓄电池,实现电池的密封,获得干净的绿色能源。1969 年,美国登月计划实施,阀控式密封铅酸蓄电池和镉镍电池被列入月球车用动力电源,最后镉镍电池被采用,但密封铅酸蓄电池技术从此得到发展。1992 年,经过许多年努力并付出高昂代价的情况下,密封铅酸蓄电池得到了广大用户的认可。其基本特点是使用期间不用加酸加水维护,电池为密封结构,不会漏酸,也不会排酸雾,电池盖子上设有 单 向排气阀(也叫安全阀),该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值(通常用气压值表示),即当电池内部气压升高到一定值时,排气阀自动打,排出气体,然后自动关阀,防止空气进入电池内部。 VRIA 电池就是阀控式密封铅酸蓄电池。它诞生于 20 世纪 70 年代,到 1975 年时,在一些发达国家已经形成了相当的生产规模,很快就形成了产业化并大量投放市场。这种电池虽然也是铅酸蓄电池,但是它与原来的铅酸蓄电池相比具有很多优点,而倍受用户欢迎,特别是让那些需要将电池配套设备安装在一起(或一个工作间)的用户青睐,例如 UPS、电信设备、移动通信设备、计算机、摩托车等。这是因为 VRIA 电池是全密封的,不会漏酸,而且在充放电时不会象老式铅酸蓄电池那样会有酸雾放出来而腐蚀设备,污染环境,所以从结构特性上人们把 VRLA 电池又叫做密闭(封)铅酸蓄电池。为了区分,把老式铅酸蓄电池叫做开口铅酸蓄电池。由于VRIA 电池从结构上来看,它不但是全密封的,而且还有一个可以控制电池内部气体压力的阀,所以 VRLA 铅酸蓄电池的全称便成了“阀控式密闭铅酸蓄电池”。1.1 蓄电池在电力机车上的应用蓄电池作为电力机车的备用电源和启用电源,其作用主要包括:在降弓状态下位机车的控制电路、低温预热电器、辅助压缩机、照明显示等低压电器提供 110 V直流电源,保证机车升弓并投入工作,在电力机车运行中 110V 控制电源发生故障时,给控制电路提供电源来维持机车的短时故障运行;机车在正常运行过程中对控制电源起滤波作用,以降低控制电源的纹波系数,提高控制电源的品质;为机车的低压试验提供控制电源和为机车的故障检查提供照明电源。 从我国首台电力机车问世直至 20 世纪 90 年代中期,我国电力机车一直采用普通的镉镍碱性蓄电池(铁壳体)。随着对蓄电池性能要求的提高,原有的蓄电池固有的一些缺陷(如漏液、故障率高、存在记忆效应、每运行半年左右需要换液维护5等)与电力机车对蓄电池的运用要求之间的矛盾愈益明显。而阀控式免维护型铅酸蓄电池作为新产品,以其比能量高、常温放电性能平稳、少维护(终生免换液)、无记忆效应、不漏液(塑料外壳)、一次性价格低等特点迅速在电力机车领域得到广泛应用。此后,在 20 世纪 90 年代末期,镉镍碱性蓄电池的研发工作取得了较大的发展,研制出具有少维护、寿命长、耐过充过放、应用温度范围宽、不漏液(塑料外壳)等特点的镉镍碱性蓄电池。从此酸碱两种少维护型蓄电池均在电力机车领域获得了应用。1.2 供电蓄电池的特点传统供电电源使用的蓄电池为 TT48-390 型酸性铅蓄电池或 GN 型碱性镉镍蓄电池。发电车和带有空调装置的软卧车或公务车中的柴油发电机组,用起动蓄电池驱动直流电动机起动柴油机,使柴油机转速达 100r/min 以上。起动蓄电池具有大电流(4001000A)放电、蒸馏水消耗多、充放电频繁的工作特点。6第二章 蓄电池的结构2.1 TG350型铅蓄电池在我国铁路客车上使用的酸性蓄电池为 TT48-390 型(T 表示铁路用,G 为本型电池采用管式正极板)。TT48-390 型铅蓄电池的结构如图图 TG350 型铅蓄电池结构图1-负极板 2-胶槽 3-正极板 4-防护板 5-沥青 6-注液孔 7-浮标 8-浮标孔盖 9-电池盖 10-极柱卡 11-浮标套 12-隔板正极板群:为增大蓄电池的容量,获得较大的放电电池,蓄电池的极板由 10片组成。每片正极板又由板珊铅芯、套管和作用物质三部分构成。 负极板群:负极板群是由 11 片涂膏式负极板组成,每片负极板由珊格状基板和铅膏两部分构成。在蓄电池极板群的制作中,均令负极板片数比正极板片数多一片,这是由于蓄电池在放电时正极板上的二氧化铅要变成硫酸铅,作用物质体积发生膨胀,如果正极板和负极板数量相同,放电时最外侧的一块正极板只一面发生作用,易产生单面膨胀造成极板弯曲。新造蓄电池在工厂内要进行化成充电,其目的是使两极板上的作用物质(此时的极板为生板)电化成有用的作用物质,即正极板上为多孔性的二氧化铅,负极板上为海绵状铅,同时具有疏松适度的结构。 隔板:隔板用来隔离正、负极板,防止它们互相短接。 电池槽:电池槽是盛装极板群和电解液的容器,其底部做有支持极板的脚垫,以防止作用物脱落造成极板底部短接。7电池盖及浮标:电池盖见图 2-2,电池盖上有极柱孔、注液孔及浮标孔,浮标孔盖中央处装有浮标套、浮标和浮标孔盖,浮标是指示电解液液面高度的装置,它的上部有三条指示线,中间为蓝色,其他两条为红色。当蓝色指示线与浮标孔盖顶面在同一水平时,表示液面高度合适,当上端或下端红线与浮标孔盖顶面在同一水平线时表示液面高度已达到最低或最高限,遇此情况应对液面高度进行调整。注液孔上旋有注液孔盖,其侧面有排气孔。注液孔盖旋下后可以给电池补液,充电时电池内产生的气体可从排气孔排出。2.2 电池包结构分析2.2.1 电池包结构有限元模型本文所研究的电池包是一种箱体结构,如图 1 所示,由高强度钢板焊接而成。因此采用板壳单元模拟电池包结构。为了减少模型前处理工作量,并不影响总体计算精度的前提下,在建立电池包有限元模型时,做出了以下的简化工作:如忽略一些尺寸较小的倒角、圆角、工艺孔等结构。2.2.1 边界条件约束边界条件约束是结构有限元分析中的一个重要部分。约束的正确性决定着计算分析结果的准确性。由于电池包通过 7 个螺栓与车身连接,因此对连接的部分施加固定约束。电池包满载静止工况主要是用来模拟电动汽车静止或者在路况较好的路面上行驶时的结构应力分布及变形情况。在这种工况下,电池包主要受到的载荷是包括电池包中的电池模块、控制模块以及连接部件等质量在重力加速度作用下所产生的重力。 2.2.3 对结构施加的载荷由于电池包结构通过七个螺栓与车身相连接,所以电池包结构只需要承载电池包自身的重力即可而无需考虑到整车上的乘员以及货物的质量。该电池包的整备质量为 140kg,取重力加速度 g=9.8N/m2。因此要对结构施加的载荷为F=mg=140*9.8=1372N。在有限元模型中,将载荷施加在结构的重心上。8第 3章蓄 电池运行维护及检修规程本标准规定了西气东输管道压气(分输)站蓄电池的运行、维护及检修要求。本标准适用于压气(分输)站的阀控式免维护蓄电池的运行、维护及检修工作。3.1 蓄电池的运行、检查、故障处理 对每个电池的端电压应进行监视,发现有不平衡时应进行均衡充电。电池容量低于设计值 80%时应进行维护处理或更换。3.1.1 蓄电池的运行环境要求:1545。最佳使用温度 255。 开关电源参数设置 a) 浮充电压(25):220v/104 只为 231v;110v/52 只为115v。 b) 均匀电压:220v/104 只为 242v;110v/52 只为 121v。c) 均匀周期:电池组浮充运行每 3 个月,或电池

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