磷酸鐵鋰電池組在城市軌道交通中的應用

來源：存能電氣  日期：2019-06-11 16:31  瀏覽量：次

　　磷酸鐵鋰電池組在城市軌道交通中的應用。新中國建立之后，鐵路的發(fā)展才進入黃金時期，當鐵路全面進入電氣化的時候，電池的應用日益重要。特別是近15年，中國鐵路已經全面進入高鐵的時代，磷酸鐵鋰電池也在軌道交通行業(yè)中發(fā)揮了它的優(yōu)勢。

　　城市軌道交通行業(yè)概況

　　伴隨全球經濟發(fā)展和工業(yè)復蘇，軌道交通行業(yè)景氣周期正處于新一輪上升階段。在能源危機與環(huán)保壓力日益加大的今天，綠色軌道交通將成為世界首選的交通方式，軌道交通行業(yè)將在全球開啟新周期快速發(fā)展篇章。

　　全球鐵路行業(yè)市場空間廣闊，隨著全球經濟的不斷發(fā)展和全球經濟體之間互連互通程度的加深，鐵路作為經濟環(huán)保的交通運輸模式會得到持續(xù)發(fā)展。

　　現(xiàn)有電池與磷酸鐵鋰電池比較

　　軌道交通領域目前應用的有鉛酸電池、鎳鎘電池和磷酸鐵鋰電池，其中應用最多的為鉛酸電池。從電池的常規(guī)性能、溫度特性、壽命特性、倍率充放電性能等多個角度進行比較可以看出磷酸鐵鋰電池具有明顯的優(yōu)勢，是未來儲能應用電池的發(fā)展方向。

　　鉛酸電池的標稱電壓為2.0V，鎳鎘電池的標稱電壓為1.2V，磷酸鐵鋰電池的標稱電壓為3.2V，相同容量的單節(jié)電池，磷酸鐵鋰電池的重量比和體積比均為前兩者的1.5~2.5倍。部分可充電電池經常處于充滿不放光的情況下，電池的容量會迅速下降低于額定容量，這種現(xiàn)象叫做電池的記憶效應。鎳鎘電池存在記憶效應，而磷酸鐵鋰電池無記憶效應，電池可隨充隨用，無需放光電后再沖。

　　鉛酸電池和鎳鎘電池在-20℃的低溫放電容量是額定容量的60%左右，而磷酸鐵鋰電池在-20℃的放電容量可達到額定容量的80%以上。與其他電池不同的是，在高溫情況下磷酸鐵鋰電池的放電容量略高于其額定容量。因此，磷酸鐵鋰電池的工作范圍較廣，完全能夠滿足軌道交通在高溫或低溫環(huán)境下的正常使用。

　　鉛酸電池的循環(huán)壽命一般在400次左右鎳鎘電池的循環(huán)壽命一般在500次左右，磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命一般在2000次左右。鉛酸電池和鎳鎘電池在使用過程中一般需要多次維護，而磷酸鐵鋰電池通過其自身的電池管理系統(tǒng)的均衡作用可實現(xiàn)免維護。更進一步電池運行溫度對電池壽命的影響，磷酸鐵鋰電池相較于其他電池影響較小。

　　相對于鉛酸電池和鎳鎘電池，磷酸鐵鋰電池可進行大電流快速充放電。在專用快速充電器下磷酸鐵鋰電池可以2C進行快速充電在短時間內將電池充滿電。磷酸鐵鋰電池以5C倍率放電，其放電容量達到95%額定容量以上，其放電電壓平臺平穩(wěn)。鉛酸電池以2C倍率放電，其放電容量為80%額定容量左右，放電電壓平臺下降較大。一般鎳鎘電池不允許進行大電流放電，否則會縮短電池壽命甚至損壞電池。鉛酸電池的浮充特性受環(huán)境溫度影響較大，當環(huán)境溫度達到50℃時，其浮充時間不能超過半年。鎳鎘電池的充電方式一般采用脈沖式充電浮充期間也需要補液維護。磷酸鐵鋰電池在50℃環(huán)境下以36V浮充電壓浮充1年，其容量保持率仍能夠達到80%以上。

　　磷酸鐵鋰電池在中國城市軌道交通領域的發(fā)展歷程

　　第一次鋰電池應用嘗試

　　磷酸鐵鋰電池正式在鐵路上的應用要從2007年說起，由上海鐵科院率先實現(xiàn)鋰電池軌道交通的裝車，當時僅僅是學術性的研究，用大量的筆記本電池電芯組成了一個簡陋的系統(tǒng)，裝載在普通客車上，并沒有獲得廣泛的關注，這可以說是中國鐵路最早的一次鋰電池應用嘗試。

　　首次大鐵的實驗

　　2008年，中國最早的動力鋰電廠家蘇州星恒電源有限公司組隊成立鐵道專用電池應用技術團隊，并成功的在鄭州鐵路車輛段，青島到新鄉(xiāng)的一列車上，采用最新的磷酸鐵鋰電池實現(xiàn)了裝車試驗，獲得了成功，走出了動力鋰電池進入軌道交通的第一步。

　　首列高速檢測車

　　此次試驗之后獲得了鐵道部的關注，由唐山軌道交通股份有限公司通過科技部立項，對一列CRH400公里的高速檢測車，進行全車動力鋰電池裝車實驗，獲得了成功，重要的是整車減重18噸。

　　自由模塊鋰電池時代的來臨

　　2016年一種雙脫橋機械保護開關出現(xiàn)，原本用于電力，電網系統(tǒng)的一款無源開關，陰差陽錯的為動力鋰電池自由模塊化設計，提供了基礎。

　　用磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)驅動城市軌道交通，不僅遠比電網線路的修建劃算，并且能在制動時將能量最大化回收，可將能源效率提高30%，減輕電網的負擔。鋰電池優(yōu)勢眾多，且當今環(huán)境下還有著政策的扶持，磷酸鐵鋰電池在軌道交通方面的發(fā)展將會越來越好。