摘要：磷酸铁锂电池逐渐取代了传统的铅酸电池，因为它的循环寿命长、安全性高等优点满足了后备电源在铁路行业的应用条件。

　　关键词：磷酸铁锂电池；铅酸电池；铁路行业

　　经过十几年的发展，铅酸蓄电池因其具备成熟的工艺，稳定的质量等优点被广泛用于铁路行业作为不间断电源(UPS)的后备电源。后备蓄电池组是在整个UPS供电系统中电源维护工作的重点与难点，更是最后一道供电保障防线。铅酸蓄电池经过长期使用后，出现老化问题，比如比能量低、高温性能差、体积大、重量重等。随着人们绿色环保的意识增强，对供电系统也提出了更高要求，因此，人们迫切解决铅酸蓄电池存在的一些问题。如果蓄电池的能量密度提高，使用寿命延长，便可降低人工维护工作量，更能提质增效，节约成本。现如今，国内蓄电池行业蓬勃发展，人们的可选择性也越来越多，铁路行业需要寻找能量密度大、使用寿命长、体积小等各方面更加优秀的蓄电池。

　　近年来，国家一直倡导使用清洁绿色低碳能源，因此不断涌现出了各类新型的储能电池。

　　各类锂电池性能对比见表1。三元锂电池比容量较高，为130-220 mAh.g-1，但是安全性较差，成本比较高。锰酸锂电池循环寿命较短，长时间使用后电池温度迅速升高，耐高温性能较差，但成本较低。虽然钴酸锂拥有较高的比容量，为150-200 mAh.g-1，但安全性能最差。而磷酸铁锂电池即使电池受到损伤，也不会燃爆，安全性能更强。此外，其循环寿命更高，循环次数大于3000次，输出效率更高，能达到10C的持续高电流放电。

　　对于铁路行业，磷酸铁锂电池因其较高的安全性，循环寿命长，成本低等优点满足其在后备电源方面的较高要求。

　　1磷酸铁锂电池简介

　　1.1磷酸铁锂电池的工作原理

　　在充电时，磷酸铁锂电池正极中的Li+通过电解质、隔膜向负极迁移。放电时，负极中Li+经过电解质、隔膜向正极迁移。

　　充电过程：LiFePO4 xLi+xe-(1 x)LiFePO4 xFePO4  (1)

　　放电过程：FePO4 xLi+xe-xLiFePO4(1 x)FePO4     (2)

　　1.2磷酸铁锂电池的性能

　　表2是阀域式铅酸蓄电池与磷酸铁锂电池的性能比较，从表中我们可以看到：

　　(1)磷酸铁锂电池的充电温度要求为0℃~45℃，放电-5℃~60℃，阀域式铅酸电池的充放电温度为-10℃~35℃，由此可得，磷酸铁锂电池的工作温度较宽，对环境温度的要求更低。

　　(2)磷酸铁锂电池约为阀控式铅酸电池能量密度的3倍。因此，同样容量的磷酸铁锂电池空间占用面积会小很多，仅为铅酸蓄电池的1/3，可采用标准机架式的安装，不额外占用机房面积，安装密度高，空间利用率好。

　　(3)磷酸铁锂电池有超过阀控式铅酸电池5倍的循环寿命，充放电转化效率较高，可达95%，可以30C进行大电流放电。铅酸电池在充放电时可能发生爆燃事故，而磷酸铁锂的安全性系数较高，与铅酸电池相比，出现事故的概率小一些。

　　(4)磷酸铁锂电池配有的电池管理系统，可对电池健康状态进行监测，与需现场进行检查测量的铅酸电池相比，减少了人工维护工作。

　　(5)磷酸铁锂电池材料均无毒，不污染环境，绿色环保。而铅酸蓄电池含有大量铅、锑等重金属，内部硫酸电解液易发生泄漏，导致腐蚀设备和人身伤害。还有，废旧电池若处理不好会污染环境。现在国家倡导绿色能源，从国家政策导向来讲，铅酸蓄电池已在一些领域被限制使用，而磷酸铁锂电池应用在多个领域。

　　(6)磷酸铁锂电池若在温度较低的环境可能导致磷酸铁锂电池无法正常工作，其作为设备的后备电源将会导致设备无法正常运行。

　　1.3磷酸铁锂电池的成本

　　以某项目订单为例：

　　从综合成本来看，磷酸铁锂电池虽然单价较高，但由于系统集成度较高，总成本相当，而且如果考虑电池组的使用年限，铅酸电池仅为五年左右，而磷酸铁锂电池使用年限大于十年，成本只有铅酸电池的一半，相对来说还是比较有优势的。

　　2在铁路行业的应用

　　根据与铅酸电池的比较，磷酸铁锂电池更能满足后备电源在铁路行业所需的条件，因此可以作为铅酸电池的替代产品。

　　图1为天津电务段整改前后布置场景，(a)为整改前铅酸蓄电池布置场景，(b)为改造后的DC384V-200Ah磷酸铁锂电池系统布置场景，通过图(a)与图(b)的对比可看出，铅酸蓄电池的占地面积大，相比下来磷酸铁锂电池的集成度与间利用率更高。

　　在郑州4号线车辆段工程、天津电务段等实现了UPS电源由铅酸电池改为磷酸铁锂电池，提高了空间利用率，降低了人工巡检频率，减少运维成本。

　　3结论

　　蓄电池作为后备电源对整个供电系统具有重大作用，可决定供电质量和供电的连续性，所以对蓄电池的可靠性要求较高。本文通过磷酸铁锂电池与传统铅酸蓄电池的各个方面的对比分析，可得出磷酸铁锂电池的多方面优点更适合铁路行业作为后备电源，成为供电系统的强有力的保障。随着磷酸铁锂电池的不断改进，在铁路行业，磷酸铁锂电池将逐步代替铅酸电池作为后备电源使用。