摘要：介紹了供內(nèi)燃機車啟動使用的閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池的研制及應(yīng)用。討論了蓄電池電性能測試及裝車實驗所表現(xiàn)出的優(yōu)良啟動能力。DF8CJ型內(nèi)燃機車啟動實驗表明：閥控式GNC170 蓄電池在不同荷電狀態(tài)下全電壓、低電壓啟動柴油機能力完全達(dá)到鐵道部TB/T2362—93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。目前，該蓄電池隨車正在正常運行中。
  關(guān)鍵詞：閥控式鎘鎳蓄電池、超高倍率、內(nèi)燃機車 啟動
1. 前言：
  隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，鐵路作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，起到了越來越重要的作用。為了更好的配合經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求，列車在一次次地提速，因此，提速列車對蓄電池也提出了更高的要求。目前，內(nèi)燃機車大多采用鉛酸蓄電池作為直流啟動電源，但鉛酸蓄電池存在著體積大、質(zhì)量重、壽命短、酸霧腐蝕、高倍率放電性能差等缺點。我公司研制的內(nèi)燃機車用堿性蓄電池與酸性蓄電池相比質(zhì)量輕40%，體積小30%，且啟動性能優(yōu)良，對列車提速起到很重要地作用。當(dāng)今，許多國家的高速列車、地鐵、動車公共交通系統(tǒng)很大一部分使用的就是啟動性能好、可靠性高、壽命長、使用維護(hù)方便的堿性蓄電池。
  國內(nèi)于2001年成功地研制出了以GNC170為代表的用于內(nèi)燃機車啟動的新型蓄電池——閥控式鎘鎳超高倍率堿性蓄電池。該結(jié)構(gòu)電池不僅具備了鎘鎳堿性蓄電池的優(yōu)良性能，而且具有少維護(hù)性能，維護(hù)周期在兩年以上，極大的方便了用戶，頗受用戶青睞。該蓄電池按鐵道部TB/T2362—93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了不同荷電狀態(tài)下全電壓、低電壓啟動能力實驗。結(jié)果表明，該電池完全滿足內(nèi)燃機車要求。
2. 閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池設(shè)計及技術(shù)特點。
2.1設(shè)計特點：
 2.1.1 為滿足鐵路內(nèi)燃機車瞬時大電流啟動放電的特殊要求，在電池設(shè)計中，加大負(fù)極板容量，調(diào)整正負(fù)極容量比（正極容量：負(fù)極容量=1：1.3～1.4），從而有效地控制充電電壓，保證蓄電池有較高的充電效率，有效地控制充電后期兩電極氣體的析出，尤其控制氫氣析出；另外，選用合適的負(fù)極添加劑，提高析氫過電位，也能起到抑制或減少氫氣析出的作用。
 2.1.2 選用新型微孔隔板加無紡布，替代原用的接枝膜加尼龍布隔膜，一方面可以使正極產(chǎn)生的氧氣通過微孔擴散到負(fù)極進(jìn)行鎘氧復(fù)合，不僅可以減少水消耗，同時也能保持電池電極電位的穩(wěn)定；另一方面采用新型隔膜可有效地控制極板間距，改善極間狀態(tài)，使極板間不僅有足夠的電液量，降低極化電阻，同時有效地控制電池溫升，防止電池?zé)崾Э?。另外采用新型隔膜強度好，能有效地地控制微短路發(fā)生，從而可以延長電池壽命，提高可靠性。
 2.1.3負(fù)極處理：為提高負(fù)極充電過程中氧復(fù)合能力，負(fù)極物質(zhì)或負(fù)極表面進(jìn)行親水和疏水處理，以保證電極有足夠活性表面，從而有效地控制電池內(nèi)壓。
 2.1.4 嚴(yán)格控制電池裝配松緊度，因為電池裝配松緊度的大小直接影響電池的大電流放電性能。若裝配較松，兩個電極之間電阻增大，工作電壓偏低，不能滿足啟動要求，并使極板嚴(yán)重膨脹，影響電池壽命；而裝配較緊，不僅操作困難，長期充電后所引起的極板膨脹，會導(dǎo)致電池短路等質(zhì)量隱患。通過對不同裝配松緊度的電池進(jìn)行綜合性能測試，確定出適合大電流放電的優(yōu)秀裝配松緊度。
2. 2 技術(shù)特性：
 2.2.1 少維護(hù)性：閥控式GNC170 鎘鎳超高倍率堿性蓄電池采用閥控式技術(shù)，氣塞采用閥控式結(jié)構(gòu)，平時處于關(guān)閉狀態(tài)，減少電解液的碳酸鹽化。當(dāng)蓄電池充放電產(chǎn)生氣體過多，蓄電池內(nèi)部氣體壓力達(dá)到一定值時，蓄電池氣閥自動打開減壓；當(dāng)內(nèi)部壓力減小時，氣閥自動關(guān)閉，減少了水的損失，從而使其補水周期由原來的3個月提高到2年以上，大大延長了維護(hù)周期，達(dá)到了少維護(hù)的目的。
2.2.2 高容量特性：作為內(nèi)燃機車啟動用蓄電池在啟動過程中，瞬時放電電流高達(dá)2000A左右。根據(jù)機車使用條件及啟動功率，確定蓄電池容量為170Ah；根據(jù)大電流放電所需的優(yōu)秀電流密度，正負(fù)極板裝配比例為34：33。由于極板片數(shù)較多且極板面積較大，為確保質(zhì)量，便于拆卸、修理，極板組采用裝配式結(jié)構(gòu)。
 2.2.3 寬溫度特性：閥控式GNC170 鎘鎳超高倍率堿性蓄電池工作溫度范圍寬：能夠在-40℃——+55℃范圍內(nèi)正常使用。
 2.2.4 大電流放電特性：由于閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池內(nèi)阻很小，可持續(xù)提供1～15C5A放電,便于啟動機車的啟動使用。
3. 測試結(jié)果
  按上述性能設(shè)計制造的閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池，其電性能結(jié)果見表1：
  從表1可看出，閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池各項性能都遠(yuǎn)超過標(biāo)準(zhǔn)要求，一致性好，能滿足大電流放電需要。
4. 裝車實驗
  裝車前，機車廠首先在地面上對該電池進(jìn)行了容量檢測，其平均容量為193.8Ah。閥控式GNC170蓄電池裝車后按照鐵道部TB/T2362-93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對蓄電池進(jìn)行不同荷電狀態(tài)下全電壓、低電壓的啟動能力實驗。測試環(huán)境溫度34℃，測試結(jié)果見表2。
表1. 閥控式GNC170蓄電池電性能測試結(jié)果
測 試 項 目
標(biāo) 準(zhǔn) 要 求
測 試 結(jié) 果
1#
2#
20℃
放電
性能
0.2C5A
≥5h
5h45min
5h30min
1 C5A
≥54min
67 min
65 min
5 C5A
≥8 min
13.2 min
12.8 min
10 C5A
≥2 min
4.5 min
4.1 min
－18℃
放電
性能
0.2C5A
≥3h45 min
4h54 min
4h48 min
1C5A
≥35 min
62 min
58 min
2C5A
≥12 min
31 min
29 min
5 C5A
≥3.5 min
8.4min
7.8 min
荷電保持
0.2C5A
≥4h
5h30min
5h18 min
恒壓充電接受能力
0.2C5A
≥3h30min
5h17min
5h10 min
表2 閥控式GNC170蓄電池全電壓（91.2V）、低電壓（79.2V）啟動柴油機測試結(jié)果
狀 態(tài)
容量百分?jǐn)?shù)%
啟動次數(shù)
開路電壓V
啟動電流A
啟動電壓V
啟動時間S
全電壓
100
3
97.3
1850
53.3
6.0
100
11
91.2
1803
53.5
6.2
60
1
93.5
1834
51.7
6.4
60
6
92.7
1803
51.7
6.4
20
1
91.4
1803
51.0
6.7
低電壓
100
1
87.6
1772
18.3
7.0
100
6
85.5
1741
17.5
7.0
50
1
80.8
1680
16.7
7.2
50
3
80.3
1650
16.7
7.4
  注：GNC170蓄電池全電壓保留100%容量連續(xù)啟動11次，保留60%容量連續(xù)啟動6次，保留20%容量連續(xù)啟動5次，低電壓（去掉10只電池，僅有66只電池串聯(lián)），保留100%容量連續(xù)啟動6次，保留50%容量連續(xù)啟動5次。 
可看出，閥控式GNC170蓄電池完全達(dá)到鐵道部TB/T2362—93行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同荷電狀態(tài)下全電壓、低電壓啟動能力的要求。
5．結(jié)論
 5.1閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池設(shè)計合理，具有優(yōu)良的電性能，完全達(dá)到前述性能指標(biāo)要求。
 5.2閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池具有啟動功率大、內(nèi)阻小、殼體儲液室大、透明度好、使用維護(hù)簡單、耐過充過放電、高低溫性能好、壽命長、無腐蝕、可靠性高等特點，可滿足內(nèi)燃機車啟動要求。
 5.3閥控式GNC170鎘鎳超高倍率堿性蓄電池研制成功填補了該系列蓄電池用于內(nèi)燃機車啟動的國內(nèi)空白。