閥控式密封鉛酸蓄電池和磷酸鐵鋰蓄電池對(duì)比分析

楊少勇

摘要：作為城市軌道交通通信系統(tǒng)重要組成部分，通信電源是通信系統(tǒng)的心臟，穩(wěn)定可靠的通信電源供電系統(tǒng)，是保證通信系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵，其中蓄電池保障通信系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一，在市電中斷情況下，保證通信系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的主要設(shè)備，起到市電中斷情況下的應(yīng)急作用。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通，通信電源

1地鐵電池應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)地鐵電池大部分采用鉛酸蓄電池（AGM、Gel），而鋰電池（磷酸鐵鋰）只有上海地鐵在應(yīng)用，目前上海地鐵3、4、6、8、9、10號(hào)線等已使用磷酸鐵鋰蓄電池，均采用上海航天電源技術(shù)有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

2 閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）

閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA），是一種電極主要由鉛及其氧化物制成，電解液是硫酸溶液的蓄電池。

（1）VRLA電池的兩大類技術(shù)。應(yīng)用同樣的氧復(fù)合原理，但由于采用不同的固定電解液技術(shù)和不同的氧復(fù)合通道技術(shù)，因此可分為兩大類型的VRLA電池，即AGM（超細(xì)玻璃棉隔板）技術(shù)和GEL技術(shù)（膠體），故又稱為AGM電池和膠體電池。

①AGM技術(shù)。采用AGM技術(shù)的VRLA電池，AGM隔板采用U形包覆法（也可采用S形包覆法）。采用AGM技術(shù)的VRLA電池的特點(diǎn)：內(nèi)阻小，以超細(xì)玻璃棉隔板吸取電解液，使電池內(nèi)沒有電解液，AGM隔板具有93%以上的孔隙率，而其中10%左右的孔隙作為由正極析出的O2到負(fù)極再復(fù)合的通道，以實(shí)現(xiàn)氧的循環(huán)，達(dá)到電池密封的目的。

AGM蓄電池優(yōu)點(diǎn)：

> 電池的自放電小，25℃下可儲(chǔ)存三個(gè)月

> 有良好的充電效率，適合大電流放點(diǎn)

> 有較好的低溫放電性能

②Gel技術(shù)（膠體技術(shù)）

以德國陽光公司采用Gel技術(shù)生產(chǎn)的OPZV膠體電池為典型代表。膠體電池的特點(diǎn)：內(nèi)阻較大，采用觸變性SiO2膠體吸收電解液，使電解液不流動(dòng)。

膠體蓄電池優(yōu)點(diǎn)：

> 由于膠體本身有固定作用，使得膠體電池內(nèi)部幾乎消除了電解液的分層纖細(xì)。

> 采用富液設(shè)計(jì)，因此保證了較好的深放電恢復(fù)特性，有效防止了電解液干涸現(xiàn)象的發(fā)生

> 在較高的環(huán)境溫度下，膠體電池有比AGM電池更長的使用壽命（一般能達(dá)到10-15年）。

（2）閥控式密封鉛酸蓄電池優(yōu)點(diǎn)。①可以大電流放電。②安全密封 在正常操作中，電解液不會(huì)從電池的端子或外殼中泄露出。③沒有自由酸 特殊的吸液隔板將酸保持在內(nèi)，電池內(nèi)部沒有自由酸液，因此電池可放置在任意位置。④泄氣系統(tǒng) 電池內(nèi)壓超出正常水平后，VRLA（閥控式密封鉛酸蓄電池） 電池會(huì)放出多余氣體并自動(dòng)重新密封，保證電池內(nèi)沒有多余氣體。⑤ 維護(hù)簡單 由于獨(dú)一無二的氣體復(fù)合系統(tǒng)使產(chǎn)生的氣體轉(zhuǎn)化成水，電池的過程中不需要加水。⑥使用壽命長、質(zhì)量穩(wěn)定，可靠性高。

（3）閥控式密封鉛酸蓄電池缺點(diǎn)。①鉛酸蓄電池中存在著大量的鉛，在廢棄后若處理不當(dāng)，將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染在生產(chǎn)過程中存在污染。②能量密度低，也就是說過于笨重。③實(shí)際使用壽命較比設(shè)計(jì)壽命短，提前失效。④做成小尺寸比較難。⑤放電態(tài)長期保持會(huì)導(dǎo)致電極的不可逆硫酸鹽。⑥有的電池由于氫氣的析出有爆炸危險(xiǎn)。⑦相比磷酸鐵鋰電池成本低。

（4）應(yīng)用領(lǐng)域

①備用電源

電信，太陽能系統(tǒng)，電子開關(guān)系統(tǒng)

通訊設(shè)備：基站，PBX，CATV，WLL，ONU，STB，無繩電話等

后備電源：UPS，ECR，電腦后備系統(tǒng)

緊急設(shè)備：應(yīng)急燈，手電筒，火警盜警，防火閘

②主電源

通訊設(shè)備：收發(fā)器

電力控制機(jī)車：采集車，自動(dòng)運(yùn)輸車，電動(dòng)輪椅，清潔機(jī)器人，電動(dòng)車等

機(jī)械工具啟動(dòng)器：剪草機(jī)，hedge trimmers，無繩電鉆，電動(dòng)起子，電動(dòng)雪橇，等等

工業(yè)設(shè)備/儀器

攝像：閃光燈，VTR/VCR，電影燈等

3鋰電池（磷酸鐵鋰電池）

磷酸鐵鋰電池，是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。 鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。

（1）磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)。① 磷酸鐵鋰電池的壽命長，循環(huán)壽命在2000次以上。在同樣的條件下，磷酸鐵鋰電池可使用7到8年的時(shí)間，也有設(shè)計(jì)壽命10-15年。② 使用安全，即使電池內(nèi)部或外部受到傷害，電池不燃燒、不爆炸、安全性最好；磷酸鐵鋰電池經(jīng)過嚴(yán)格的安全測試，即使在交通事故中也不會(huì)發(fā)生爆炸。③ 充電快速。使用專用充電器，1.5C充電40分鐘即可以使電池充滿。④ 磷酸鐵鋰電池耐高溫，磷酸鐵鋰電池?zé)犸L(fēng)值可以達(dá)到350到500攝氏度。⑤磷酸鐵鋰電池的容量大。⑥磷酸鐵鋰電池沒有記憶效應(yīng)，可充電池在經(jīng)常處于充滿不放完的條件下工作，容量會(huì)迅速低于額定容量值，這種現(xiàn)象叫做記憶效應(yīng)。鎳氫、鎳鎘電池存在記憶性，而磷酸鐵鋰電池?zé)o此現(xiàn)象，電池?zé)o論處于什么狀態(tài)，可隨充隨用，無須先放完再充電。過放電到零伏也無損壞。⑦磷酸鐵鋰電池綠色環(huán)保，無毒，無污染，原材料來源廣泛，價(jià)格便宜。⑧高溫時(shí)性能良好：外部溫度65℃時(shí)內(nèi)部溫度則高達(dá)95℃，電池放電結(jié)束時(shí)溫度可達(dá)160℃，電池的結(jié)構(gòu)安全、完好。⑨體積小、重量輕，同等規(guī)格容量的磷酸鐵鋰電池的體積是鉛酸電池體積的1/3，重量是鉛酸電池的1/3。

（2）磷酸鐵鋰電池的缺點(diǎn)。①導(dǎo)電性能差，鋰離子擴(kuò)散速度慢，高倍充放電時(shí)，實(shí)際的比容量低。②磷酸鐵鋰電池的低溫性能差。③磷酸鐵鋰電池單個(gè)電池的壽命長，在2000次左右，但是磷酸鐵鋰電池組的壽命短，一般在500次左右。④相比鉛酸蓄電池，同樣的后備時(shí)間鋰電池成本約為鉛酸蓄電池的三倍左右。

（3）應(yīng)用領(lǐng)域。

大型電動(dòng)車輛：公交車、電動(dòng)汽車、景點(diǎn)游覽車及混合動(dòng)力車等；

輕型電動(dòng)車：電動(dòng)自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動(dòng)輪椅等；

電動(dòng)工具：電鉆、電鋸、割草機(jī)等；

遙控汽車、船、飛機(jī)等玩具；

太陽能及風(fēng)力發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備；

UPS及應(yīng)急燈、警示燈及礦燈；

替代照相機(jī)中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池；

小型醫(yī)療儀器設(shè)備及便攜式儀器等。

4 結(jié)論與建議

鋰電池（磷酸鐵鋰）蓄電池有諸多優(yōu)點(diǎn)，磷酸鐵鋰蓄電池目前在新能源領(lǐng)域應(yīng)用較多，主要適用于頻繁充放電一些項(xiàng)目中，目前鐵塔公司也開始使用，但是整個(gè)地鐵行業(yè)中

（作者單位：無錫地鐵集團(tuán)有限公司建設(shè)分公司）