磷酸鐵鋰電池組在城市軌道交通中的應(yīng)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(yīng)用。新中國建立之后，鐵路的發(fā)展才進(jìn)入黃金時(shí)期，當(dāng)鐵路全面進(jìn)入電氣化的時(shí)候，電池的應(yīng)用日益重要。特別是近15年，中國鐵路已經(jīng)全面進(jìn)入高鐵的時(shí)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(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)復(fù)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(jī)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(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和全球經(jīng)濟(jì)體之間互連互通程度的加深，鐵路作為經(jīng)濟(jì)環(huán)保的交通運(yùn)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(lǐng)域目前應(yīng)用的有鉛酸電池、鎳鎘電池和磷酸鐵鋰電池，其中應(yīng)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(gè)角度進(jìn)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(yīng)用電池的發(fā)展方向。

　　鉛酸電池的標(biāo)稱電壓為2.0V，鎳鎘電池的標(biāo)稱電壓為1.2V，磷酸鐵鋰電池的標(biāo)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(jīng)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(yīng)。鎳鎘電池存在記憶效應(yīng)，而磷酸鐵鋰電池?zé)o記憶效應(yīng)，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(dá)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(hù)，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(shí)現(xiàn)免維護(hù)。更進(jìn)一步電池運(yùn)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(jìn)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(jìn)行快速充電在短時(shí)間內(nèi)將電池充滿電。磷酸鐵鋰電池以5C倍率放電，其放電容量達(dá)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(jìn)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(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到50℃時(shí)，其浮充時(shí)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(bǔ)液維護(hù)。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(dá)到80%以上。

　　磷酸鐵鋰電池在中國城市軌道交通領(lǐng)域的發(fā)展歷程

　　第一次鋰電池應(yīng)用嘗試

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

　　首次大鐵的實(shí)驗(yàn)

　　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(duì)成立鐵道專用電池應(yīng)用技術(shù)團(tuán)隊(duì)，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(shí)現(xiàn)了裝車試驗(yàn)，獲得了成功，走出了動力鋰電池進(jìn)入軌道交通的第一步。

　　首列高速檢測車

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

　　自由模塊鋰電池時(shí)代的來臨

　　2016年一種雙脫橋機(jī)械保護(hù)開關(guān)出現(xiàn)，原本用于電力，電網(wǎng)系統(tǒng)的一款無源開關(guān)，陰差陽錯(cuò)的為動力鋰電池自由模塊化設(shè)計(jì)，提供了基礎(chǔ)。

　　用磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)驅(qū)動城市軌道交通，不僅遠(yuǎn)比電網(wǎng)線路的修建劃算，并且能在制動時(shí)將能量最大化回收，可將能源效率提高30%，減輕電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。鋰電池優(yōu)勢眾多，且當(dāng)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。