阀控式密封铅酸蓄电池和磷酸铁锂蓄电池对比分析

杨少勇

摘要：作为城市轨道交通通信系统重要组成部分，通信电源是通信系统的心脏，稳定可靠的通信电源供电系统，是保证通信系统安全、可靠运行的关键，其中蓄电池保障通信系统可靠运行的关键设备之一，在市电中断情况下，保证通信系统能够正常运行的主要设备，起到市电中断情况下的应急作用。

关键词：城市轨道交通，通信电源

1地铁电池应用现状

目前国内地铁电池大部分采用铅酸蓄电池（AGM、Gel），而锂电池（磷酸铁锂）只有上海地铁在应用，目前上海地铁3、4、6、8、9、10号线等已使用磷酸铁锂蓄电池，均采用上海航天电源技术有限责任公司产品。

2 阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）

阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。

（1）VRLA电池的两大类技术。应用同样的氧复合原理，但由于采用不同的固定电解液技术和不同的氧复合通道技术，因此可分为两大类型的VRLA电池，即AGM（超细玻璃棉隔板）技术和GEL技术（胶体），故又稱为AGM电池和胶体电池。

①AGM技术。采用AGM技术的VRLA电池，AGM隔板采用U形包覆法（也可采用S形包覆法）。采用AGM技术的VRLA电池的特点：内阻小，以超细玻璃棉隔板吸取电解液，使电池内没有电解液，AGM隔板具有93%以上的孔隙率，而其中10%左右的孔隙作为由正极析出的O2到负极再复合的通道，以实现氧的循环，达到电池密封的目的。

AGM蓄电池优点：

> 电池的自放电小，25℃下可储存三个月

> 有良好的充电效率，适合大电流放点

> 有较好的低温放电性能

②Gel技术（胶体技术）

以德国阳光公司采用Gel技术生产的OPZV胶体电池为典型代表。胶体电池的特点：内阻较大，采用触变性SiO2胶体吸收电解液，使电解液不流动。

胶体蓄电池优点：

> 由于胶体本身有固定作用，使得胶体电池内部几乎消除了电解液的分层纤细。

> 采用富液设计，因此保证了较好的深放电恢复特性，有效防止了电解液干涸现象的发生

> 在较高的环境温度下，胶体电池有比AGM电池更长的使用寿命（一般能达到10-15年）。

（2）阀控式密封铅酸蓄电池优点。①可以大电流放电。②安全密封 在正常操作中，电解液不会从电池的端子或外壳中泄露出。③没有自由酸 特殊的吸液隔板将酸保持在内，电池内部没有自由酸液，因此电池可放置在任意位置。④泄气系统 电池内压超出正常水平后，VRLA（阀控式密封铅酸蓄电池） 电池会放出多余气体并自动重新密封，保证电池内没有多余气体。⑤ 维护简单 由于独一无二的气体复合系统使产生的气体转化成水，电池的过程中不需要加水。⑥使用寿命长、质量稳定，可靠性高。

（3）阀控式密封铅酸蓄电池缺点。①铅酸蓄电池中存在着大量的铅，在废弃后若处理不当，将对环境产生污染在生产过程中存在污染。②能量密度低，也就是说过于笨重。③实际使用寿命较比设计寿命短，提前失效。④做成小尺寸比较难。⑤放电态长期保持会导致电极的不可逆硫酸盐。⑥有的电池由于氢气的析出有爆炸危险。⑦相比磷酸铁锂电池成本低。

（4）应用领域

①备用电源

电信，太阳能系统，电子开关系统

通讯设备：基站，PBX，CATV，WLL，ONU，STB，无绳电话等

后备电源：UPS，ECR，电脑后备系统

紧急设备：应急灯，手电筒，火警盗警，防火闸

②主电源

通讯设备：收发器

电力控制机车：采集车，自动运输车，电动轮椅，清洁机器人，电动车等

机械工具启动器：剪草机，hedge trimmers，无绳电钻，电动起子，电动雪橇，等等

工业设备/仪器

摄像：闪光灯，VTR/VCR，电影灯等

3锂电池（磷酸铁锂电池）

磷酸铁锂电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂等。

（1）磷酸铁锂电池的优点。① 磷酸铁锂电池的寿命长，循环寿命在2000次以上。在同样的条件下，磷酸铁锂电池可使用7到8年的时间，也有设计寿命10-15年。② 使用安全，即使电池内部或外部受到伤害，电池不燃烧、不爆炸、安全性最好；磷酸铁锂电池经过严格的安全测试，即使在交通事故中也不会发生爆炸。③ 充电快速。使用专用充电器，1.5C充电40分钟即可以使电池充满。④ 磷酸铁锂电池耐高温，磷酸铁锂电池热风值可以达到350到500摄氏度。⑤磷酸铁锂电池的容量大。⑥磷酸铁锂电池没有记忆效应，可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。过放电到零伏也无损坏。⑦磷酸铁锂电池绿色环保，无毒，无污染，原材料来源广泛，价格便宜。⑧高温时性能良好：外部温度65℃时内部温度则高达95℃，电池放电结束时温度可达160℃，电池的结构安全、完好。⑨体积小、重量轻，同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的1/3，重量是铅酸电池的1/3。

（2）磷酸铁锂电池的缺点。①导电性能差，锂离子扩散速度慢，高倍充放电时，实际的比容量低。②磷酸铁锂电池的低温性能差。③磷酸铁锂电池单个电池的寿命长，在2000次左右，但是磷酸铁锂电池组的寿命短，一般在500次左右。④相比铅酸蓄电池，同样的后备时间锂电池成本约为铅酸蓄电池的三倍左右。

（3）应用领域。

大型电动车辆：公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等；

轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；

电动工具：电钻、电锯、割草机等；

遥控汽车、船、飞机等玩具；

太阳能及风力发电的储能设备；

UPS及应急灯、警示灯及矿灯；

替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池；

小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

4 结论与建议

锂电池（磷酸铁锂）蓄电池有诸多优点，磷酸铁锂蓄电池目前在新能源领域应用较多，主要适用于频繁充放电一些项目中，目前铁塔公司也开始使用，但是整个地铁行业中

（作者单位：无锡地铁集团有限公司建设分公司）