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鈦酸鋰電池基本原理及其在移動(dòng)基站的實(shí)際應(yīng)用(下)

 鈦酸鋰電池的安全性

鈦酸鋰電池是鋰離子電池家族中最安全的一種電池,其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

①長壽命。鈦酸鋰單體電芯的循環(huán)壽命長達(dá)2.5萬次以上,圖9和圖10分別給出了鈦酸鋰電池高溫循環(huán)壽命測試曲線和室溫循環(huán)壽命測試曲線;

②使用安全。鈦酸鋰電池在短路、過充、過放、擠壓、針刺、跌落、高溫沖擊、加熱的條件下是非常安全的,圖11是鈦酸鋰電池在針刺、高溫沖擊、過充、過放、短路、擠壓試驗(yàn)時(shí)的場景;

③可大電流快速充放電;

④耐高溫性能優(yōu)越,鈦酸鋰電池在-40～+60℃溫度下仍然能夠正常工作,圖12給出了鈦酸鋰電池的低溫充放電曲線;

⑤無記憶效應(yīng);

⑥綠色環(huán)保。

鈦酸鋰電池充電時(shí),可分為恒流充電和恒壓充電兩個(gè)過程。首先是恒流充電,電流一般采用0.2C10,必要時(shí)可以采用6C10充電,當(dāng)電池組電壓達(dá)到充電限制電壓時(shí),改為恒壓充電。所以,鈦酸鋰電池和開關(guān)電源配合使用,其充電過程將變得較為簡單,只需將電池組浮充電壓和均充電壓調(diào)整一樣即可。

鈦酸鋰電池放電時(shí),電池放電電壓非常平穩(wěn),一般在2.3V左右,放電后期(主要指剩余5%容量左右)的電壓變化較快,放電的截止電壓可以為1.5V。

太原機(jī)務(wù)段救援基地位于石太鐵路線嗚李火車站,因原嗚李火車站用的是市電380V電源,此電源無法滿足新建救援基地的用電負(fù)荷要求,根據(jù)太原鐵路局《關(guān)于對太原救援基地配套改造工程設(shè)計(jì)審查的意見》及太原鐵路局組織的有關(guān)太原救援基地用電問題的會(huì)議精神,由中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司太原設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)采用牽引供電接觸網(wǎng)27.5kV電源,使用牽引供電專用單相變?nèi)郩PS作為太原救援基地的工作電源使用,降壓變壓器設(shè)計(jì)容量160kVA,UPS設(shè)計(jì)容量150kVA,設(shè)計(jì)饋出配出四個(gè)回路:既有低壓配電箱所帶停留車庫、消防、地面電源負(fù)荷;綜合樓空調(diào)辦公負(fù)荷;食堂、浴室照明負(fù)荷和檢修庫負(fù)荷(見圖1)。

150kVA單相變?nèi)郩PS是由伊頓公司深圳山特工廠生產(chǎn)的高頻UPS,150kVA高頻UPS共有10個(gè)功率模塊,單個(gè)功率模塊容量15kVA,UPS由兩個(gè)柜體組成,安裝在電力箱變內(nèi),因電力箱變內(nèi)部在夏季溫度能達(dá)到50～60℃,為保證UPS正常運(yùn)行,箱變設(shè)計(jì)了排風(fēng)和制冷系統(tǒng),UPS在2011年9月開通投入運(yùn)行。

由于電氣化鐵道專用工頻單變?nèi)齍PS在使用中故障頻發(fā),影響正常使用,高頻模塊化單變?nèi)齍PS以其先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和高可靠性走進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域。高頻機(jī)通常由濾波器、IGBT高頻整流器、逆變器組成,IGBT可以通過加在其門極的驅(qū)動(dòng)來控制IGBT的開通與關(guān)斷,IGBT整流器開關(guān)頻率通常在幾千到幾十千赫茲,甚至高達(dá)上百千赫茲。典型的高頻機(jī)UPS拓?fù)淙鐖D2所示。

高頻UPS整流屬于升壓整流,其輸出直流母線的電壓比輸入線電壓的峰值高,一般典型值為768V左右,所以逆變器輸出相電壓可以直接達(dá)到220V,逆變器之后就不再需要升壓變壓器。

由于采用了IGBT高頻整流技術(shù)使功率單元實(shí)現(xiàn)了模塊化生產(chǎn),因此,實(shí)現(xiàn)了功率模塊的N+1運(yùn)行模式。當(dāng)高頻模塊化UPS某一個(gè)模塊發(fā)生故障時(shí),故障模塊會(huì)自動(dòng)退出運(yùn)行,非故障模塊可以正常運(yùn)行不影響供電。在設(shè)備巡檢人員巡檢時(shí),將故障模塊帶電拔出換上新的模塊就可以了。大大提高了運(yùn)行的可靠性。

由于在電氣化鐵路電力機(jī)車通過時(shí),會(huì)產(chǎn)生過電壓及諧波,這樣UPS的輸入電源會(huì)時(shí)常出現(xiàn)很高的尖峰沖擊電壓,整流以后的BUS電壓也會(huì)跟著出現(xiàn)一個(gè)非正常的峰值電壓,這個(gè)電壓有時(shí)高達(dá)700V,高于正常正負(fù)BUS電壓400V的標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)一旦檢測到高于正負(fù)BUS電壓400V時(shí),設(shè)備就會(huì)保護(hù)關(guān)機(jī),這時(shí)需要人員去現(xiàn)場重新啟動(dòng)。

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