浅谈磷酸铁锂电池在航标能源系统中的应用

杨清玲+常鹏+吴林胜

摘 要：航标，在船舶航行过程中具有十分重要的作用。良好的航标助航效能对于确保船舶航行安全、保护海洋环境具有积极的促进作用。本文首先对磷酸铁锂电池的性能特点进行了概述，随后提出了航标能源系统发展现状。在此基础上，通过费效分析，得出了磷酸铁锂电池在航标能源系统中应用的可行性。旨在为航标工作人员提供一些拓宽新能源应用的思路，进一步拓宽航标能源新材料的应用。

关键词：新能源 磷酸铁锂电池 航标能源系统 电池寿命

1.引言

2015年10月以来，我国相继在南海5个岛礁上建设了5座大型灯塔。社会各界对于我国航标事业的发展，特别是航标能源系统的关注程度越来越高。同陆地上的公路相同，大海中的航道为船舶的安全航行提供了可靠的线路。而船舶安全航行的前提就是航标系统的可靠运行。长久以来，铅酸电池是航标能源系统里首選的储能设备。然而近年来，随着纯电动汽车使用的动力电池等新能源在不同行业中的应用，如何将新能源锂电池应用到航标能源系统中，成为相关领域工作人员关注的重点之一。笔者在近年的航标工作中，尝试过三元材料锂电池、磷酸铁锂电池等的试用，本文着重讨论磷酸铁锂电池在航标能源系统中的使用。

2.磷酸铁锂电池的特点

2.1磷酸铁锂电池的工作原理

相对于其他电池而言磷酸铁锂电池具有更加环保和安全的性能，同时因其材料来源安全可靠，所以具有更加良好的循环使用寿命。磷酸铁锂电池的化学结构相对稳定，即便发生过充电的情况也不会产生游离氧，在所有种类的锂离子电池当中，具有最佳的安全性能。在科学技术的发展推动下，磷酸铁锂电池的性能也在不断改善，成为了动力电池和储能电池的首选材料。作为锂离子电池中的一种，磷酸铁锂电池的材料正极为LiPePO4，负极材料为石墨。正极和负极之间的分隔通过聚合物隔膜实现，并且磷酸铁锂电池的充放电过程是可逆的。

2.2磷酸铁锂电池的应用优势

现阶段，市面上可以应用于航标系统的电池主要为铅酸电池、锰酸锂电池、镍镉电池、镍氢电池以及三元材料锂电池和磷酸铁锂电池等。通过对以上几种类型的电池循环性能与安全性能进行比较可以得出，磷酸铁锂电池不论是在安全性还是在循环性等方面都具有明显的应用优势。相对于其他几种不同类型的电池而言，磷酸铁锂电池具有更加安全的性能，并且使用寿命也较长。经过试用证实，磷酸铁锂电池的循环次数至少可以达到2500次，按照每天进行一次充放电计算，磷酸铁锂电池的理论使用时间可以达到8年。

2.3航标能源系统的发展现状

2.3.1航标能源系统铅酸电池寿命较短

传统的航标系统当中，电池主要为铅酸电池。铅酸电池虽然也具有较好的应用效果，但是相对于磷酸铁锂电池而言，前者的使用寿命仍然无法达到航标能源系统的应用需求。据调查显示，铅酸电池的平均使用寿命为2年到3年，因此，用铅酸电池作为航标储电器材的话，需要经常更换电池。这对于航标工作人员来说，极大地增加了工作负担。

2.3.2航标能源系统中电能年限无法准确判断

除了电池需要定期更换之外，航标能源系统当中的太阳能电池（硅板）在经过了长时间的使用之后也需要更新。但工作人员无法凭借经验对电池和硅板的使用状况进行判断，因此无法了解电池与硅板是否可以维持正常的工作需求。据笔者了解，目前我国还没有专门用于检测电池与硅板使用情况的设备。常规做法是通过肉眼观察和经验，判断寿命达到极限后即做丢弃处理。此种行为不仅会对资源和环境造成浪费与破坏，而且不利于航标供电系统的可持续化发展，造成了人力、物力和财力的浪费。

3.磷酸铁锂电池在航标系统中的应用策略

3.1建立完善的新能源锂电池应用制度

为了使航标发挥更好的助航效能，需要进一步增强科技含量以及新科技的应用水平。在现有科技发展的基础上，进一步提高航行安全的服务保障能力，促进新能源在航标上的应用，增强航标能源系统备品的安全性与稳定性。例如，在锂电池的应用制度的制定方面，可以通过加强新能源产品的检测机制，积极开展新能源电池的使用标准研究制订。以IALA（国际航标协会）的《关于助航设备的质量保障规范与试验程序使用说明》为例，国际上针对航标领域制定出了相对完备的发展规划，为我国在航标领域的新能源磷酸铁锂电池使用提供了强有力的支撑。在此基础上，我们还可以对航标产品的质量检测标准进行细化，为航标能源系统的检测工作提供制度依据。结合我国现行的航标管理制度，加强对航标系统新能源磷酸铁锂电池的使用管理，提高故障检测和预防的能力，为航运事业平稳发展作出贡献。

3.2加强航标能源系统的检测与管理

在新能源磷酸铁锂电池的应用过程中，需要时刻关注系统对新能源的适应程度，以及磷酸铁锂电池应用时的稳定性，加强对航标能源系统的检测与管理，全面提高航标供电系统的可靠性。针对这一问题，某海区的航标管理部门建立起了专门的系统监测平台，用于对航标能源系统的运行情况进行实时的监测和管理。该航标处通过设置了值班室，配合航标运行信息化系统，提高对航标电池运行状况的监管能力。该航标处在进行新能源磷酸铁锂电池设计以及浮标应用研究时，通过将具有双向收发功能的遥测数据终端安装在浮标之上，实现了控制中心对航标的实时监控。试验当中所应用的航标能源系统可以在电池运行的过程中，将电压和电流数据发送给数据中心，并通过运营商等第三方搭建的机房控制数据库当中显示和存储，确保控制中心的管理人员对航标系统进行实时监测。

3.3做好费效分析，进而推动新能源锂电池在航标上的应用

相比铅酸电池而言，新能源磷酸铁锂电池虽然有诸多优势，但高昂的造价令相当一部分有志于做新材料、新技术研究的航标工作人员望而却步。目前市场上的航标用铅酸电池为每块700-1200元，而同样规格的磷酸铁锂电池每块就需要3000-5000元。如此巨大的悬殊，在我们现行的采购制度约束下，的确没有办法大面积推广应用。但可以从以下方面做一些费效分析（Cost-Benefit Analysis），从而证明锂电池应该有推广前景。

① 减轻一线航标工作人员劳动强度

传统的12V100AH铅酸电池重量大约为35kg左右，而同规格的磷酸铁锂电池重量仅为其1/6。这对于一线工作人员无疑是巨大的福音，对于减轻劳动强度，减少因电池更坏带来的安全隐患有着重要意义。

② 助力打造环境友好型社会

新时代，我国对构建环境友好型社会越来越重视。而传统铅酸电池内含大量的重金属以及废酸、废碱等电解质溶液，这些会造成江河湖海等水体污染，危及到水生物的生存和水资源的利用，同时也威胁到人类的健康。而磷酸铁锂电池使用寿命约是铅酸电池的4倍，对环境相对友好。

4.总结

综上所述，航标主要依靠太阳能等相对稳定的能源供给实现导航助航功能，但是长时间使用铅酸电池对环境有一定污染，无法准确检测电池状态，而且让一线工作的航标职工存在安全隐患。在科学技术不断发展的背景下，技术人员通过将新能源磷酸铁锂电池应用到航标供电系统中，极大地增强了航标能源系统的工作可靠性、减轻一线航标职工的劳动强度，为船舶安全航行提供了可靠的保障。

参考文献：

[1]杨见青，关杰，李亚光.我国废弃磷酸铁锂电池的资源化研究[J].环境工程，2017，35（02）：127-132.

[2]吕航，刘承志，贾俊波.磷酸铁锂电池组的均衡控制策略优化研究[J].电源学报，2015，13（03）：107-112.

[3]宋文广，黎明，宁建飞.一种新型一体化航标监测系统的设计[J].航海技术，2013， （01）：39-41.

[4]常鹏.三元材料锂电池作为航标能源的应用[J].航测技术，2014， （04）：11-13endprint