摘要：分析CRH5型动车组蓄电池工作原理，针对蓄电池发生亏电的典型故障，研究蓄电池增加低压保护功能的技术方案，优化了蓄电池逻辑控制策略，通过现车改造和验证，有效解决蓄电池亏电问题，保障了动车组正常运营。
关键词：动车组、蓄电池、低压保护
一、基本原理
1.1 低压供电模式
CRH5型动车组通过低压电路操纵和控制高压/中压电路、电气系统和电控设备。低压供电电源由充电机或蓄电池提供，主要负载设备为车组照明、紧急通风、受电弓辅助压缩机、司机台、列车无线通信、网络系统、ATP/LKJ电务车载设备系统等。
1.2 蓄电池基本结构
CRH5型动车组为8辆编组，5动3拖结构。使用的蓄电池型号为MRX230-4的镍镉电池模块。蓄电池分布在所有车辆的蓄电池箱内，每个蓄电池箱内有10个蓄电池模块；每5个蓄电池模块串联成DC24V蓄电池组；每个蓄电池组的额定电压为DC24V，容量为230Ah；2个蓄电池组并联后组成460Ah的直流供电电源。
1.3 蓄电池工作特性
CRH5型动车组蓄电池工作特性分为充电工作特性和放电工作特性，动车组在没有高压介入情况下由蓄电池组对低压负载进行供电，当主断闭合高压介入后，充电机开始工作，由充电机对低压负载进行供电并对蓄电池进行充电。主要供电线路有+LP（优先）、B1+(车辆负载)和+B（蓄电池组）供电。
图1 充电机与蓄电池电气接口
1.4 蓄电池供电时用电负载的减载流程
CRH5型动车组在断电降弓状态下，蓄电池充电机停止工作，可满足5分钟内，所有低压负载能正常工作；断电5分钟后，聚光灯和扩散光的2个侧通道电源被切断，一些非安全系统进入备用状态，同时紧急通风设备启动；30分钟后，客室的直接照明和其他室（通过台、拆棚、卫生间）减少到一半功率（即中间灯带半灯）；60分钟后客室内的直接照明减至紧急照明级；断电120分钟后，低电压继电器切断蓄电池，供电之前紧急照明设备保持开启状态。
当蓄电池电压低于16.8V时，受电弓将无法升起，车组不能正常供电，无法正常运行。
1.5 蓄电池完全放电理论时间分析
计算条件：充电机不工作，8组蓄电池工作，照明打开，计算取中间电压。
计算时间：
⑴5分钟内，蓄电池平均电压24V，平均电流219.8A，每节电池所需的放电容量18.32Ah；
⑵30分钟内，蓄电池平均电压24V，平均电流140.5A，每节电池所需的放电容量58.6Ah；
⑶60分钟内，蓄电池平均电压23V，平均电流100.3A，每节电池所需的放电容量50.1Ah；
⑷120分钟内，蓄电池平均电压22.5V，平均电流83.1A，每节电池所需的放电容量83.1Ah。
计算得出：120分钟内每节电池所需的放电容量为18.32Ah+58.6Ah+50.1Ah+83.1Ah*2=293.22Ah。
120分钟后蓄电池完全放电理论时间：（460Ah-293.22Ah）/83.1Ah=2h。
通过上述计算得出：蓄电池完全放电理论时间约为4小时，但根据现车蓄电池使用年限不同，实际时间会和理论时间有所偏差。
二、存在问题
动车组在库内、车站、存车场长时间停留时，若现场作业人员疏忽，在降弓状态下未及时断开动车组蓄电池，易出现蓄电池亏电问题，导致无法进行动车组升弓供电等操作。在这种情况下，必须采用其他方式为蓄电池充电或倒换蓄电池，将严重影响动车组正常上线运营。2017年CRH5动车组在车站存放时，发生因蓄电池电压不足造成申请救援的问题。经调查分析蓄电池亏电原因为车组终到站未关断动车组蓄电池。
CRH5型动车组可通过位于司机室内QCA的-17S01和-17S02以及各车厢QRK柜照明控制板上的-SCAB按钮控制车厢蓄电池的闭合和断开。但在逻辑控制上，未设置低压保护逻辑控制电路，存在因作业疏忽导致蓄电池严重亏电的风险隐患。
三、蓄电池低压保护功能优化
3.1 优化控制原理
在不影响列车正常运行的情况下，对蓄电池电压进行监控，蓄电池电压低于21V时，及时切断车辆蓄电池供电，具体要求如下：
⑴列车在静止，无主指令时：
①蓄电池电压低于21V时，延时10分钟自动断开全列直流供电开关；
②全列直流供电开关断开后，可再次手动闭合全列直流供电开关，电压再次低于设定值时，延时10分钟自动断开全列直流供电开关。
⑵列车运行速度大于5km/h或司机室占用时，该功能不起作用。
⑶应急灯由优先负载（+LP）供电更改为一般负载（B1+）供电。在断开蓄电池时，应急灯自动关闭。
3.2检测设备优化
⑴新增电压监测板95K81，可通过板卡外部跳线设定该板卡的监测电压值21V。当该板卡检测电压低于设定值时，触发切断蓄电池供电。
图2 QEL配电柜加装95K81板卡
根据理论计算，环境温度0℃时，按照蓄电池截止电压DC20V，蓄电池由满电状态的DC28V降至DC21V计算，此时车辆蓄电池剩余容量约为10％。剩余容量可以保证车辆再次启动。CRH5型动车组蓄电池特性曲线如下图所示：
图3 CRH5型动车组蓄电池特性曲线
⑵新增延时继电器17KTPM（设定时间10min），该继电器动作时，触发继电器95K01动作，向全列车发出切断蓄电池供电信号。
图4 QEL柜内加装延时继电器17KTPM
3. 3 优化控制电路
优化后的控制电路如下：
图5 逻辑控制电路
当发生蓄电池电压低于设定值，自动切断蓄电池供电情况时，再次按下闭合蓄电池按钮17S01，可再次闭合全列蓄电池供电开关。电压监测板95K81启动后，立即检测到蓄电池电压低于设定值，触发17KTPM计时10分钟；17KTPM动作，触发切断全列蓄电池供电指令。
现车试验结果显示，当蓄电池电压低于DC21V，触发蓄电池低电压保护时，剩余容量至少可满足车辆再次闭合蓄电池启动3次的需求，表明该功能可以实现蓄电池低电压保护功能。
四、结束语
CRH5型动车组蓄电池低压保护功能在头车增加低压检测板和延时继电器等部件，优化了蓄电池逻辑控制策略，当蓄电池电压低于21V时，通过继电器动作延时关断全列蓄电池，实现蓄电池亏电保护功能，有效解决了因作业疏忽导致的蓄电池亏电问题，减少亏电对蓄电池造成的损伤，保障动车组正常运营。
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