蓄电池的结构认知与检修.doc

项目四 任务二 蓄电池的结构认知与检修

【任务要求】
1.了解蓄电池的结构特点；
2.掌握蓄电池的安装位置和结构组成；
3.掌握蓄电池的修程。
4. 独立进行蓄电池的维护。

【任务准备】
1. 场地准备：城轨交通车辆检修实训中心，多媒体教学设备。
2.工具准备：扭力扳手，数字万用表，110V直流电源表。
3.物品准备：蒸馏水，橡胶密封条，压缩空气，刷子。
4.建议课时：6课时。

【知识导航】
一、系统结构概述
（一）蓄电池箱结构
蓄电池箱采用抽屉式结构或小车结构，箱体安装在车下，保证蓄电池不受灰尘水分的侵扰并且通风良好，易于取出检修维护。打开蓄电池箱盖的门锁与防脱落部件后，可以将蓄电池下箱或小车拉出，进行蓄电池的现场维护，保养以及更换零部件。也可将蓄电池下箱或小车用叉车运至维护车间进行地面充放等维护保养工作。蓄电池箱体各种结构还要保证车辆运行过程中，蓄电池固定良好，箱门不会松脱打开造成事故。以下以抽屉式结构为例讲述：
1.上箱总成
上箱总成为一个不锈钢箱子，内含：滑动导轨系统的固定导轨；允许电缆穿过蓄电池箱体的密封接头和连接器的插座； 用于测量蓄电池箱内温度的传感器；所有必需的电气部件，包括内部电缆、端子排、动力线和控制线的接线端子、连接器插头和插座、密封接头等。
2.下箱总成
下箱总成用于安放蓄电池组的部件。该部分是一个不锈钢构架，包括：1个把手，维修人员用它能将蓄电池下箱拉开；熔断器、熔断器安装座；蓄电池部件的紧固件；蓄电池模块及其连接和紧固部件；所有必需的电气部件，包括内部电缆、端子排、连接器插头和插座等。防止触电危险的标志。
3.蓄电池电气箱
蓄电池组与其周边相关的电气元件通常装在不同的箱体内，防止电气元件动作产生的电火花引发可燃气体，避免蓄电池工作产生的腐蚀性气体、液体影响电气元件。

蓄电池
蓄电池是将化学能与电能互相转换的装置，它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，以上两个过程分别叫做蓄电池的充电与放电过程。
根据极板所用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，常见的蓄电池有：碱性蓄电池（镉镍蓄电池）、酸性蓄电池或铅酸蓄电池等。
1. 镉镍碱性蓄电池
某些城市轨道交通车辆采用镉镍碱性蓄电池（GN-100)组，由74个蓄电池串联，每个蓄电池标称电压为1.25V，容量为100A.h，蓄电池组的标称电压为92.5V。
（1）其型号意义为：
GN－100型；
G－镉（负极板材料）；
N－镍（正极板材料）；
100－蓄电池容量（A·h）
蓄电池主要由两种不同金属组成的正负极板、电解液以及容纳极板和电解液的电槽组成，如图4-2-1所示

图4-2-1蓄电池结构
1－正极板；2－正极板引线端；3－负极板；4－负极板引线端；
5－硬橡胶棍；6－电槽；7－带有开关作用的螺丝塞；4－电解液

2. 阀控式铅酸蓄电池
该种蓄电池采用密封结构，其电池盖子上设有单向排气阀（安全阀），使电池保持一定的内压，允许多余气体向外排出，阀内设置了双层滤酸防爆片，确保电池无酸雾析出，不污染环境，安全可靠。 电池电解液为凝固状胶体，因此电池内无流动的电解液。
此种蓄电池较镍镉蓄电池的优点有：环保性好、维护工作量小、工作安全可靠性高、成本低。
缺点：电池能量密度低，过于笨重，存在自持放电，贮存期不应超过六个月，贮存超过六个月时，应对电池进行均衡充电。
蓄电池为六联体结构，每个六联体主要包括正极板、负极板、电解槽及电槽盖、液口栓盖、电解液、跨接板、垫圈、螺栓等。具体结构参见图 4-2-2。

图4-2-2 六联体蓄电池结构示意图

二、蓄电池箱的安装位置
（一）蓄电池箱的安装位置
蓄电池箱安装在B车底架上,安装位置如图4-2-3所示，蓄电池箱1附带熔断器盒如图4-2-4所示。分为蓄电池箱1（B65）如图4-2-5所示，为蓄电池箱2（B66）如图4-2-6所示。

图4-2-3 蓄电池箱的安装位置

图4-2-4 蓄电池箱1附带熔断器盒

图4-2-5 蓄电池箱1(B65)

图4-2-6 蓄电池箱2(B66)
（二）拖链位置和母排位置
1.箱内有用于安装固定活动电线的拖链，拖链位置如图4-2-7所示。

图4-2-7 拖链位置
2.母排位置如图4-2-8所示

图4-2-8 母排位置
3. 蓄电池小框如图4-2-9所示，其重量通常能够保证单人可以完成拆装工作。

图4-2-9 蓄电池小框
二、蓄电池的保护
1.隔离保护
电池通过手动开关和低压网络隔离，在没有高压且蓄电池已放电45min后，如电池电压降至最低值（84V）时，由电压继电器控制的接触器将蓄电池与载荷隔离。
2. 过热保护
通过一个温度传感器检测蓄电池充电过程，避免蓄电池因过热引起的故障。
3. 回流保护
辅助逆变器的输出端串接一个逆流二极管，防止从110V低压网络回流至蓄电池。
4. 短路保护
在蓄电池的正极和负极上都串接熔断器，起线路短路保护的作用。

【任务实施】
在对蓄电池进行检修过程中，操作人员应穿戴防护服、橡胶手套和护目镜。在操作过程中必须保证蓄电池从列车系统中隔离，只有专业人员在进行参数测量过程时才可以保持蓄电池连接。

一、检查与预防性维护
（一）蓄电池修程如表4-2-1所示
表4-2-1预防性维护措施清单
检修项目
操作频次
备注
外观检查蓄电池
三月检
务必在切断电源的情 况下，进行各项检测， 在检测过程中，必须 穿戴防护性的服装如橡胶手套并戴保护眼睛

清洁蓄电池
一年检
检查连接
六月检
检查液面
六月检
检查蓄电池单体电压
三月检
检查充电系统
六月检
注液
—
容量测定
五年检
注：以上为检修示例，具体检修内容与周期以随车交付技术资料为准。
（二）蓄电池检修内容及技术要求
1.外观检查蓄电池
(1) 检查蓄电池壳体外表面和正负极壳盖是否有电解液泄露；更换受损件；
(2)检查蓄电池间连接片和电缆的清洁度；更换受损件；
(3) 检查蓄电池的安装是否存在晃动；如出现松懈现象时请再次进行紧固；
(4)检查蓄电池观察窗中电解液的液面高度；低于最低液面线时需进行加液；
(5)检查温度传感器的清洁，若在箱内清洁用微湿的布擦拭外壳即可（注意布不能很湿）或气压清洁，若箱外清洁除以上方法用干布也可以，箱内请勿使用干布容易产生静电对蓄电池产生不良影响。
蓄电池有无鼓包膨胀，过热，相关附属器件有无锈蚀。
2.清洁蓄电池
检查蓄电池的清洁度（无金属颗粒，没有杂质沉积在蓄电池盖内或蓄电池之间）；若需要清洁，则用湿布清洁蓄电池表面及跨接片，清洁后用压缩空气(最大压力5Pa)进行吹干。蓄电池端子和内接硬件涂抹有中性凡士林。运行一段时间后，需要清洁蓄电池端子及连接片，并重新涂抹一层新的涂层。密封的垫圈保证了连接的紧密性，垫圈只能使用一次，对于一次新的连接必须使用新的垫圈。 注意清洁时不得打开电池液口栓盖 ，不得使用干布，不得使用清洁剂或其他化学剂。
3. 检查连接
用测力扳手检查蓄电池上的所有螺母是否完全紧固，检查蓄电池的连接片或电缆，端子有无损坏、腐蚀等；连接的导电部分出现异常时给予更换；连接松动，会引起蓄电池接头螺栓，螺母松动会引起接触电阻。接触电阻会造成发热，损坏蓄电池，引起爆炸的危险。
4.检查液面
检查电解液面是否在标准范围。接近最低液面线（LOWER LEVEL）的情况下，注水到（UPPER LEVEL）的液面线。
5. 检查蓄电池的电压
（1）将蓄电池箱与车辆相连的电路断开；
（2）打开蓄电池箱；
（3）断开蓄电池单体之间的连接；
（4）用直流电压表测量并记录蓄电池单体正负极电压 ；
（5）若某个单体的电压比单体的平均电压高于或低于20mV时，标识该单体。
蓄电池单体电用直流电压计测量,单体电压范围应在1.2-1.35V范围内，若不在范围内，需重点关注在车上使用，未经紧急放电，可直接测试。若紧急放电后，建议经充电后再检查。如放置车下经过长时间自放电，需看放置时间长短，一般来讲不能超过6个月。如果发现电解液中的水大量分解，请检查充电系统。
6.检查充电系统
每年至少检查一次列车的充电系统，以确保在规定电压和电流极限内运行。

图 4-2-10 蓄电池充电曲线
说明：U1和U2分别表示图1中快充电曲线和浮充电曲线，在不同温度值时对应的充电限制电压值。
（1）快充电：使用恒定电流l5（=21A）并设定限制电压U1（由蓄电池箱内的温度传感器测得的温度值决定限制电压值 U1）为电池充电，直至达到 U1 之后，充电会持续保持在 U1=恒定（充电电流减小）。若蓄电池箱内的温度传感器测得的温度值>45度时，充电方式转换至FLOAT CHARGE曲线对应的浮充电压U2（由蓄电池箱内的温度传感器测得的温度值决定限制电压值 U2）。20度时，U1：1.57V/节（131.88V）。蓄电池充电电压最大不超过132V，即当温度补偿的充电电压超过132V时，蓄电池的充电电压为132V不变。
（2）浮充电：如果充电电流小于12A以下，则将充电电压从U1=恒定转为 U2=恒定，充电电流会在充电过程中持续减小；20度时，U2：1.46 伏/节（122.64V），蓄电池充电电压最大不超过132V，即当温度补偿的充电电压超过132V时，蓄电池的充电电压为132V不变。将充电电流增加至超过19A，则转换至BOOSTCHARGE曲线进行快充电。
7.补水
正常操作情况下过充蓄电池，电解液由于水的电气分解与蒸发会减少，但仅损失水，不用改变和添加蓄电池原有电解液。蓄电池电解液只通过增加水来达到最高液面。 在整个寿命期内，蓄电池按原则并不需要换液。但出现蓄电池内进入不纯物或杂质的情况及完成活性化充放电后仍满足不了容量规定的情况，必须进行换液，具体换液方法及处理，请与蓄电池维护人员联系。
蓄电池的补水方法是：在注水前，先根据蓄电池充电特性曲线对蓄电池进行充电，若充电电流在1小时内几乎不变时，停止对蓄电池充电，静置2小时后，开始补水。
蓄电池补水顺序
将液口栓盖对着 3 个排气筒插到底。插入时确认栓盖有没有裂缝，劣化等

将精制水注入玻璃吸管内补水进行充水时电解液面会从注液部溢出

补水时补到液位在补水指示棒的顶部位置（LEVEL的圆棒）时将液口栓盖拔出，电解液面会自动降至最高液面线（UPPER LEVER）

图4-2-11 蓄电池液口部件
液口栓盖和电池盖的三角印方向对称。
注：如果室内温度低于0度，不要进行加水。
水为蒸馏水或纯净水，一般需达到指标是电导率小于10s/m和PH值 6.5-8，具体可参考GB/T6682中国国家实验室分析用水标准。
8.容量检测
检测标准：IEC60623
检测步骤：
（1）对蓄电池以I5进行放电，直至单体平均电压是1.0V；
（2）静置1小时后，以I5充电7-8小时；
（3） 静置至少1小时后，蓄电池以I5进行放电，直至单体平均电压是1.0V；
（4）记录放电时间 (放电时间应不低于3.5小时)。
如果按照上述 4 步骤进行完测试，容量不足，那么重复2-4步。使用过程中，蓄电池容量会衰减。若重复5次2-4步。蓄电池放电时间仍低于3.5h，蓄电池寿命终止。
二、蓄电池组的组装和拆卸
（一）更换蓄电池需准备的工器具及劳护用品
1.工器具：“38 件套”、棘轮扳手及套筒（14mm）、剪线钳、扭力尺（5N～25N）、画线笔、万用表等。
2.劳护用品：安全帽、护目镜、绝缘手套等。如图4-2-12所示。

图4-2-12 蓄电池更换工器具
（二）更换蓄电池与安装蓄电池的流程
1.打开并将列车两端B车的蓄电池闸刀开关拉下，如图4-2-13所示

图4-2-13 拉下蓄电池闸刀开关
2.拉下的刀闸，分别放至两端司机室内，如图4-2-14所示。

图4-2-14 刀闸放置
3.列车两端 B 车的蓄电池闸刀箱上挂好严禁合闸警示牌，如图4-2-15所示。

图4-2-15 警示牌
4.打开蓄电池箱，松开两紧固螺栓，以及图4-2-16中所示的三个插销后，然后拉出蓄电池箱。

图4-2-16插销
5.拆下电池母线，如图4-2-17所示。

图4-2-17 电池母线
6.拆下温度传感器上的小螺丝，如图4-2-18所示。
温度传感器上的小螺丝

图4-2-18 温度传感器的小螺丝
7.拔下温度传感器上的塑料盖，需要用力拔，但是要小心别拔断。如图4-2-19所示。

图4-2-19 温度传感器的塑料盖
8.拆完后的温度传感器，见图 4-2-20 所示

图 4-2-20 拆完后的温度传感器
9.将导线拆下放好，如图4-2-21所示

图4-2-21 拆下的导线
10.将蓄电池单体取出在小推车上放好，如图4-2-22所示

图4-2-22 小车上的蓄电池
（二）安装蓄电池的流程
1.将蓄电池单体按图4-2-23～4-2-27所示放入蓄电池箱并排列好，每码好一个单体后装好相应的嵌块后再装下一个单体。

图4-2-23 右侧 1 位端蓄电池箱

图4-2-24 右侧2位端蓄电池箱

图4-2-25 左侧1位端蓄电池箱

图4-2-26 左侧2位端蓄电池箱　

图4-2-27 蓄电池箱
2.连接好相应导线，如图4-2-28所示。

图4-2-28 连接导线
3.将所有电极固定螺母紧固至规定力矩，如图4-2-29所示。

图4-2-29 给螺丝打扭力
4.确认所有螺丝已打好扭力后作防松标记并合上蓄电池单体上的塑料盖子，如图4-2-30

图4-2-30 作防松标记
5.测量蓄电池电压
蓄电池安装完毕后，分别测量蓄电池单体电压及整体电压。单体电压约为2.18V，整体电压应与相应司机室电压表所示相同，约为115V，如图4-2-31所示。

图4-2-31 测量蓄电池电压
6.关好蓄电池箱，合上闸刀开关，取下严禁合闸牌，并对作业场地进行清场。
7.到列车两端司机室检查电压表指示是否正常，激活列车并做有电功能试验，如图4-2-32所示。

图4-2-32 电压表
表4-2-2 特殊工具设备
序号
名 称
规格型号
功能作用
备 注
1
扭力尺
5Nm~25Nm
打扭力

2
棘轮扳手及套筒
14mm
拆装

3
组套工具
38 件套，
拆装

4
画线笔
红色
便于日后目视检查

5
万用表
最大可测电压大于 150V
开路电压测试

6
安全帽
无
劳动保护

7
护目镜
无
劳动保护

8
绝缘手套
无
劳动保护

三、蓄电池检修案例
蓄电池的检修修程分为日检、月检、半年检、年检、架修、大修。
（一）蓄电池的日常检修（月检）程序
1.每月正常的维护检查包括日常检修的所有内容。
2.对蓄电池外观进行检查，外观是否的变形、鼓胀、裂纹现象，如有则应进行更换。
3.用0.2－0.3MPa压缩空气清理、清扫电池和电池箱内杂物及灰尘。
4.检查蓄电池各连接端子的紧固状况，松动的连接导线必须扭紧至技术资料规定的扭矩值，并用凡士林涂抹保护。
5.检查连线是否破损，必要时进行更换。
6.测量蓄电池的开路电压，在无负载的情况下开路电压应不低于2.13V/单体（分酸碱两种单体电压），如低于则应进行均衡充电。
7.根据环境温度对车辆的浮充充电电压输出进行调整。
8.每月检查并记录充电设备的运行状态以及电池组总的充电电压值、充电电流值。
9.每次均衡充电时，每隔4小时应分别记录每个电池的充电电压以及充电电流。
（二）蓄电池半年检程序
1.半年检包括月检的所有内容。
2.对蓄电池进行均衡充电。（6个月内均衡充电不需下车，由厂家用便携充电机在车上完成）。
3.校对蓄电池组的总电压（浮充电压）与车上电压表的电压值是否一致，必要时进行调整。检查并记录一次电池组中每个电池的浮充电压值、检测并记录电池组两端的充电电压同充电设备的输出电压是否一致，检查并记录电池的外形、外表温度是否正常

（三）蓄电池年检程序

蓄电池的年检内容及技术要求如表4-2-3所示：

表4-2-3 蓄电池年检内容及技术要求

维修项目
维修内容
技术要求方法
方法
工装工具材料
蓄电池箱
1.蓄电池箱外观检查。
1.蓄电池箱无损坏、变色现象,箱盖须锁闭紧固。
目测

2.清洁蓄电池箱体内部。
2.箱体内部应无灰尘、杂物。
目测

3.检查电解液高度，加注蒸馏水。
3.打开蓄电池通风塞，加注蒸馏水到最大刻度线。加注后检查电解液液面高度。
目测
注射器
蒸馏水
4.蓄电池落车。
4.蓄电池落车
目测

5.清洁蓄电池。
5.用棉布擦拭干净。
目测
湿抹布
绝缘手套
蓄电池箱
6.检查蓄电池壳。
6.蓄电池壳体无严重变形、裂纹漏液现象；
通风塞关闭良好，关闭不良者则更换需确认；
目测

7.检查箱体内熔断器
7.表面无凹凸，无打火痕迹
目测

8.测量温度传感器。
8.阻值满足RT表。
测量
万用表、温度计
绝缘手套
9.检查蓄电池间连接。
9.电池间连线、连接板、螺钉无过热变色现象，接线端子压接良好，螺钉紧固，绝缘头无破损；
10.绝缘护套无过热熔化、破损现象，安装到位。
11.清洁蓄电池端子及连接片。
12.螺栓恢复扭力。
目测
扭力扳手
绝缘手套
10.检查电池单体电压。
13. 蓄电池单体开路电压约为1.2V到1.35V, 开路电压低于1.2V应做标记和记录，充放电后仍不能恢复的，则进行更换。
测量
万用表
绝缘手套

（五） 蓄电池的架修内容及技术要求如表4-2-4所示。
表4-2-4 蓄电池架修内容及技术要求
维修项目
维修内容
方法
工装工具材料
技术要求
蓄电池箱
1、将蓄电池从蓄电池箱中拆下
拆卸操作
通用工具

2、清洁蓄电池
清洁操作
+40±5℃热水，压缩空气，手套
干燥，清洁
3、检查蓄电池充电器电压
检测操作
维护PC
充电电流正常，蓄电池总电压在77V～132V
4、检查和调整电解液高度
检查操作
调整操作
手套，眼罩，防护鞋，防护围裙,SAFT维修工具箱，纯净水或蒸馏水
电解液高度调整到40±5mm
5、电气试验
试验操作
蓄电池工作台，扭力扳手，HCFA1-25/165型自动恒流充放电机，万用表，套筒扳手
进行放电/充电一次，检测和记录各项充放电指标和容量满足紧急供电30分钟
6、检查单节电池电压
检测操作
万用表
单个电池的开路电压无明显差异，电压值不小于1伏
7、检查蓄电池连接扭力
检查操作
带绝缘把手的扭力扳手，记号笔
拧紧力矩为15±2 Nm
8、蓄电池上保护涂层
操作
凡士林
连接件上均需涂上保护涂层，涂层均匀光洁
9、蓄电池密封件检查
检查操作
扳手
密封件完好，无损伤
蓄电池箱
1、吊挂处紧固件复扭
检查操作
扭力扳手
力矩符合规定要求
2、导轨润滑
润滑操作
通用润滑脂
润滑良好，导轨动作灵活

四、蓄电池检修提示
（一） 蓄电池拆卸安装注意事项
1.由于电池组电压较高，存在着电击的危险，因此装卸、连接时应使用绝缘工具与防护，防止短路与电击。
2.安装时应仔细注意蓄电池的正、负极性，绝对不可接反，以免造成蓄电池短路。
3.连接螺丝必须拧紧，拧紧螺母时扭矩为15N·m，以保证接触良好，脏污和松散的连接会引起电路接触不良或造成打火，因此要仔细检查。
4.安装末端连接线和导通电池系统前，应再次检查系统的总电压和极性连接，以保证正确接线。
5.连接线连接紧固后，戴上保护罩，避免外部导体掉入造成电池组短路。
6.应有良好通风环境，电池要远离热源和易产生火花的地方；要避免阳光直射。
（二）其它注意事项
1.阀控密封电池为贫液式结构，使用过程中不进行补水，因此保持电池中的水分含量是保证电池容量充足，寿命的关键。为了长期保持电液中的水分，用户切不可使用超过蓄电池使用维护说明规定的恒电流直接充电至电池容量饱和，而只能采用初期充电限流，充电至2.35V/单节×节数后保持恒压充电数小时，再转为2.27V/单节×节数的浮充充电方式。
2.电池组运行过程中，倘若出现异常情况应及时查找原因，弄清是充电设备的原因还是电池组的原因，并根据情况采取相应的处理方法，倘若经过处理尚未解决，要及时通知厂家处理。
3.电池组在浮充运行过程中，倘若出现重大质量事故，如：电池发生裂开，电池外形严重得变形、鼓肚，电液泄露，电池外表温度异常，需立即记录当时有关充电设备的充电电压、充电电流，逐台检测并记录电池充电电压，同时应妥善保持好事故现场，立即通知厂家作相应处理。
4.进行电池使用和维护时，请用绝缘工具。电池上面不可以放置任何金属工具，不能使用有机溶剂清洗电池，不要在电池组附近吸烟或使用明火，所有的维护工作必须由专业人员进行。
⑴ 出现电解液泄漏、电槽、盖子有被破坏的情况时，请与蓄电池维护人员联系，进行更换，漏电是造成火灾和触电的原因。
⑵ 蓄电池在发热的情况下，请不要继续使用，请与蓄电池维护人员联系。
若出现连接部分的覆层损坏，或冒烟雾，出异味不正常的情况，请马上停止充电，切断电源与蓄电池维护人员联系。如继续使用会引起火灾或触电事故。
⑶ 连接导线上芯线的露出或出现断线等情况时，请进行更换以免造成火灾和触电事故。
⑷ 蓄电池引发火灾的情况下，请不要用水灭火，灭火时请使用粉末（ABC）灭火器，用水灭火会造成更大火灾。
⑸电解液撒漏时请用硼酸中和，或用水冲洗。

[任务考核]
学习工作单
实训项目 城市轨道交通车辆蓄电池维护与检修
班级： 姓名： 学号： 时间：
一、知识总结
1.简要说出城市轨道交通车辆蓄电池常见故障的处理方法。

2．简要说出城市轨道交通车辆蓄电池的检修注意事项。

3．简要说出城市轨道交通车辆蓄电池故障检测方法。

二、操作运用
1．根据给出的蓄电池检查作业指导，进行蓄电池技术状况检查并填写作业标准和检查结果。
作业项目、内容
作业标准及要求
检查手段
检查结果
检查各蓄电池单体

目视检查

蓄电池箱里面整体检查

目视、测量检查

负载以及电压检测

目测

箱盖外观检查

目视检查

2．操作演示怎样进行城市轨道交通车辆蓄电池的负载实验和单体电压检测（在轨道交通实验室城市轨道交通车辆蓄电池仿真模型或者实物实操区域中操作演示）

三、实训小结

四、成绩评定
评价等级
A-优
B-良
C-中
D-及
E-不及
评价结果

注：按照学生自评占10%、组内互评占10%、他组互评占20%、教师评价60%比例计分，其中：A-100分、B-85分、C-75分、D-60分、E-50分来折算。
五、 指导教师评语

指导教师签名： 日期： 年 月 日

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