磷酸铁锂电池组在城市轨道交通中的应用

新中国建立之后，铁路的发展才进入黄金时期，当铁路全面进入电气化的时候，电池的应用日益重要。特别是近15年，中国铁路已经全面进入高铁的时代，磷酸铁锂电池也在轨道交通行业中发挥了它的优势。

城市轨道交通行业概况

伴随全球经济发展和工业复苏，轨道交通行业景气周期正处于新一轮上升阶段。在能源危机与环保压力日益加大的今天，绿色轨道交通将成为世界首选的交通方式，轨道交通行业将在全球开启新周期快速发展篇章。

全球铁路行业市场空间广阔，随着全球经济的不断发展和全球经济体之间互连互通程度的加深，铁路作为经济环保的交通运输模式会得到持续发展。

现有电池与磷酸铁锂电池比较

轨道交通领域目前应用的有铅酸电池、镍镉电池和磷酸铁锂电池，其中应用最多的为铅酸电池。从电池的常规性能、温度特性、寿命特性、倍率充放电性能等多个角度进行比较可以看出磷酸铁锂电池具有明显的优势，是未来储能应用电池的发展方向。

铅酸电池的标称电压为2.0V，镍镉电池的标称电压为1.2V，磷酸铁锂电池的标称电压为3.2V，相同容量的单节电池，磷酸铁锂电池的重量比和体积比均为前两者的1.5~2.5倍。部分可充电电池经常处于充满不放光的情况下，电池的容量会迅速下降低于额定容量，这种现象叫做电池的记忆效应。镍镉电池存在记忆效应，而磷酸铁锂电池无记忆效应，电池可随充随用，无需放光电后再冲。

铅酸电池和镍镉电池在-20℃的低温放电容量是额定容量的60%左右，而磷酸铁锂电池在-20℃的放电容量可达到额定容量的80%以上。与其他电池不同的是，在高温情况下磷酸铁锂电池的放电容量略高于其额定容量。因此，磷酸铁锂电池的工作范围较广，完全能够满足轨道交通在高温或低温环境下的正常使用。

铅酸电池的循环寿命一般在400次左右镍镉电池的循环寿命一般在500次左右，磷酸铁锂电池的循环寿命一般在2000次左右。铅酸电池和镍镉电池在使用过程中一般需要多次维护，而磷酸铁锂电池通过其自身的电池管理系统的均衡作用可实现免维护。更进一步电池运行温度对电池寿命的影响，磷酸铁锂电池相较于其他电池影响较小。

相对于铅酸电池和镍镉电池，磷酸铁锂电池可进行大电流快速充放电。在专用快速充电器下磷酸铁锂电池可以2C进行快速充电在短时间内将电池充满电。磷酸铁锂电池以5C倍率放电，其放电容量达到95%额定容量以上，其放电电压平台平稳。铅酸电池以2C倍率放电，其放电容量为80%额定容量左右，放电电压平台下降较大。一般镍镉电池不允许进行大电流放电，否则会缩短电池寿命甚至损坏电池。铅酸电池的浮充特性受环境温度影响较大，当环境温度达到50℃时，其浮充时间不能超过半年。镍镉电池的充电方式一般采用脉冲式充电浮充期间也需要补液维护。磷酸铁锂电池在50℃环境下以36V浮充电压浮充1年，其容量保持率仍能够达到80%以上。

磷酸铁锂电池在中国城市轨道交通领域的发展历程

第一次锂电池应用尝试

磷酸铁锂电池正式在铁路上的应用要从2007年说起，由上海铁科院率先实现锂电池轨道交通的装车，当时仅仅是学术性的研究，用大量的笔记本电池电芯组成了一个简陋的系统，装载在普通客车上，并没有获得广泛的关注，这可以说是中国铁路最早的一次锂电池应用尝试。

首次大铁的实验

2008年，中国最早的动力锂电厂家苏州星恒电源有限公司组队成立铁道专用电池应用技术团队，并成功的在郑州铁路车辆段，青岛到新乡的一列车上，采用最新的磷酸铁锂电池实现了装车试验，获得了成功，走出了动力锂电池进入轨道交通的第一步。

首列高速检测车

此次试验之后获得了铁道部的关注，由唐山轨道交通股份有限公司通过科技部立项，对一列CRH400公里的高速检测车，进行全车动力锂电池装车实验，获得了成功，重要的是整车减重18吨。

自由模块锂电池时代的来临

2016年一种双脱桥机械保护开关出现，原本用于电力，电网系统的一款无源开关，阴差阳错的为动力锂电池自由模块化设计，提供了基础。

用磷酸铁锂电池储能系统驱动城市轨道交通，不仅远比电网线路的修建划算，并且能在制动时将能量最大化回收，可将能源效率提高30%，减轻电网的负担。锂电池优势众多，且当今环境下还有着政策的扶持，磷酸铁锂电池在轨道交通方面的发展将会越来越好。