IEC 62973-1：轨道交通 — 机车车辆 — 辅助电源系统蓄电池

IEC 62973-1于2018年由IEC第9技术委员会发布，规定了安装在铁路机车车辆中用于辅助电源系统的二次电池的要求和试验方法。随着现代列车越来越依赖电气系统实现照明、HVAC、车门控制、列车控制和监控系统、应急照明和通信系统等关键功能，车载电池的可靠性和性能对运营可用性和乘客安全已变得至关重要。

该标准涵盖额定电压高达150 V DC的电池系统，涉及铁路应用中使用的三种主要电池技术：排气式镍镉电池、阀控式铅酸蓄电池和锂离子电池。每种技术在能量密度、功率能力、循环寿命、维护要求、安全特性和工作温度范围方面呈现出不同的特性。IEC 62973-1为鉴定这些技术在铁路服务中的适用性提供了统一框架，同时通过技术特定的测试要求和验收标准确认了它们的特定特性。

电池技术要求与选择

该标准根据应用类型对铁路辅助电池进行分类：A型用于仅紧急备用，B型用于组合应急和间歇负载（现代机车车辆中最常见的配置），C型用于包括峰值负荷调节在内的连续辅助电源。这种分类直接影响所需的电池容量、放电倍率能力和循环寿命预期。对于B型系统，电池必须在主电源中断时支持应急负载，并在正常运行期间为辅助负载提供功率平滑。

镍镉电池历来是铁路机车车辆中的主导技术，因其在低温下的优异性能、高机械强度、耐受过充电和过放电能力以及非常长的使用寿命。然而，记忆效应和定期电解液维护的需要推动了对替代技术的兴趣。铅酸电池提供较低的初始成本和无维护操作，但铁路服务中的使用寿命显著较短且低温性能降低。锂离子电池近年来获得了大量采用，提供比镍镉高3-5倍的能量密度、更高效率和显著更长的部分荷电状态循环寿命。

电气性能测试

IEC 62973-1规定了一套全面的电气测试制度，用于验证电池在铁路运行条件下的性能。容量测试以C倍率在25 deg C +/- 2 deg C下进行，验收标准取决于电池技术：新镍镉和锂离子电池最小为额定容量的100%，铅酸电池为95%。高倍率放电测试验证电池提供应急运行所需峰值电流的能力，对于镍镉和锂离子电池通常为3-5 C倍率，铅酸电池为2-3 C倍率。

标准规定了充电接受测试，以验证电池可在铁路运营可用的充电时间内完成充电。镍镉电池的充电接受测试通常要求在标准充电电压下4小时内达到80%的荷电状态。锂离子电池必须在3小时内使用推荐的CC-CV充电曲线完成从20%到100% SOC的完全充电。

机械与环境鉴定

铁路蓄电池承受的极端机械和环境条件与固定式或汽车应用显著不同。IEC 62973-1强制要求按照IEC 61373进行振动测试。测试类别根据电池安装位置确定：1类用于车体安装设备，2类用于转向架安装设备。电池必须通过测试而无机械损坏、电解液泄漏或超过5%的容量损失。

环境测试包括从-40 deg C到+70 deg C的温度循环、湿热循环、盐雾暴露以及高海拔运行的低气压测试。对于锂离子电池，标准还要求热失控传播测试，以验证一个电池的故障不会传播到相邻电池。测试通过在一个电池中引发热失控并观察相邻电池是否在1小时观察期内进入热失控来进行。成功结果定义为不传播到相邻电池、不爆炸、不起火。

铁路辅助电源系统工程设计要点

从系统工程角度来看，将蓄电池集成到铁路辅助电源系统需要仔细考虑多个因素。充电系统必须设计为匹配所选电池技术的特定要求。镍镉电池需要恒流-恒压充电曲线，带温度补偿电压调节，在25 deg C时通常为1.45-1.55 V/电池。锂离子电池需要更精确控制的CC-CV曲线和电池电压监控，充电器必须与BMS通信以实施充电电流限制、基于温度的充电终止和均衡充电。

系统电压设计必须考虑每种电池技术的不同电压特性。标称110 V DC系统需要大约89个镍镉电池、55个铅酸电池或30个锂离子LFP电池串联。充电电压范围和最低系统工作电压必须协调一致，以确保所有辅助负载在整个电池放电周期中接收其规定的供电电压。现代列车越来越多地使用DC-DC转换器提供稳压母线，无论电池荷电状态如何，都能将电池电压与辅助负载要求解耦。

锂离子电池外壳的热管理系统设计尤为关键。铁路电池舱通常位于列车地板下的封闭空间或通风有限的设备柜中。热管理系统必须在所有环境条件和负载循环下将电池温度保持在规定的工作范围内。大功率应用可能需要使用强制风冷或液冷的主动冷却，而较低功率系统采用被动冷却即可满足要求。系统还必须包括寒冷天气运行的保障措施，因为锂离子电池在0 deg C以下性能显著降低，低于此温度不能充电。