淺談磷酸鐵鋰電池在航標(biāo)能源系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊清玲+常鵬+吳林勝

摘 要：航標(biāo)，在船舶航行過程中具有十分重要的作用。良好的航標(biāo)助航效能對于確保船舶航行安全、保護海洋環(huán)境具有積極的促進作用。本文首先對磷酸鐵鋰電池的性能特點進行了概述，隨后提出了航標(biāo)能源系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，通過費效分析，得出了磷酸鐵鋰電池在航標(biāo)能源系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。旨在為航標(biāo)工作人員提供一些拓寬新能源應(yīng)用的思路，進一步拓寬航標(biāo)能源新材料的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：新能源 磷酸鐵鋰電池 航標(biāo)能源系統(tǒng) 電池壽命

1.引言

2015年10月以來，我國相繼在南海5個島礁上建設(shè)了5座大型燈塔。社會各界對于我國航標(biāo)事業(yè)的發(fā)展，特別是航標(biāo)能源系統(tǒng)的關(guān)注程度越來越高。同陸地上的公路相同，大海中的航道為船舶的安全航行提供了可靠的線路。而船舶安全航行的前提就是航標(biāo)系統(tǒng)的可靠運行。長久以來，鉛酸電池是航標(biāo)能源系統(tǒng)里首選的儲能設(shè)備。然而近年來，隨著純電動汽車使用的動力電池等新能源在不同行業(yè)中的應(yīng)用，如何將新能源鋰電池應(yīng)用到航標(biāo)能源系統(tǒng)中，成為相關(guān)領(lǐng)域工作人員關(guān)注的重點之一。筆者在近年的航標(biāo)工作中，嘗試過三元材料鋰電池、磷酸鐵鋰電池等的試用，本文著重討論磷酸鐵鋰電池在航標(biāo)能源系統(tǒng)中的使用。

2.磷酸鐵鋰電池的特點

2.1磷酸鐵鋰電池的工作原理

相對于其他電池而言磷酸鐵鋰電池具有更加環(huán)保和安全的性能，同時因其材料來源安全可靠，所以具有更加良好的循環(huán)使用壽命。磷酸鐵鋰電池的化學(xué)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，即便發(fā)生過充電的情況也不會產(chǎn)生游離氧，在所有種類的鋰離子電池當(dāng)中，具有最佳的安全性能。在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動下，磷酸鐵鋰電池的性能也在不斷改善，成為了動力電池和儲能電池的首選材料。作為鋰離子電池中的一種，磷酸鐵鋰電池的材料正極為LiPePO4，負極材料為石墨。正極和負極之間的分隔通過聚合物隔膜實現(xiàn)，并且磷酸鐵鋰電池的充放電過程是可逆的。

2.2磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用優(yōu)勢

現(xiàn)階段，市面上可以應(yīng)用于航標(biāo)系統(tǒng)的電池主要為鉛酸電池、錳酸鋰電池、鎳鎘電池、鎳氫電池以及三元材料鋰電池和磷酸鐵鋰電池等。通過對以上幾種類型的電池循環(huán)性能與安全性能進行比較可以得出，磷酸鐵鋰電池不論是在安全性還是在循環(huán)性等方面都具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。相對于其他幾種不同類型的電池而言，磷酸鐵鋰電池具有更加安全的性能，并且使用壽命也較長。經(jīng)過試用證實，磷酸鐵鋰電池的循環(huán)次數(shù)至少可以達到2500次，按照每天進行一次充放電計算，磷酸鐵鋰電池的理論使用時間可以達到8年。

2.3航標(biāo)能源系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.3.1航標(biāo)能源系統(tǒng)鉛酸電池壽命較短

傳統(tǒng)的航標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)中，電池主要為鉛酸電池。鉛酸電池雖然也具有較好的應(yīng)用效果，但是相對于磷酸鐵鋰電池而言，前者的使用壽命仍然無法達到航標(biāo)能源系統(tǒng)的應(yīng)用需求。據(jù)調(diào)查顯示，鉛酸電池的平均使用壽命為2年到3年，因此，用鉛酸電池作為航標(biāo)儲電器材的話，需要經(jīng)常更換電池。這對于航標(biāo)工作人員來說，極大地增加了工作負擔(dān)。

2.3.2航標(biāo)能源系統(tǒng)中電能年限無法準(zhǔn)確判斷

除了電池需要定期更換之外，航標(biāo)能源系統(tǒng)當(dāng)中的太陽能電池（硅板）在經(jīng)過了長時間的使用之后也需要更新。但工作人員無法憑借經(jīng)驗對電池和硅板的使用狀況進行判斷，因此無法了解電池與硅板是否可以維持正常的工作需求。據(jù)筆者了解，目前我國還沒有專門用于檢測電池與硅板使用情況的設(shè)備。常規(guī)做法是通過肉眼觀察和經(jīng)驗，判斷壽命達到極限后即做丟棄處理。此種行為不僅會對資源和環(huán)境造成浪費與破壞，而且不利于航標(biāo)供電系統(tǒng)的可持續(xù)化發(fā)展，造成了人力、物力和財力的浪費。

3.磷酸鐵鋰電池在航標(biāo)系統(tǒng)中的應(yīng)用策略

3.1建立完善的新能源鋰電池應(yīng)用制度

為了使航標(biāo)發(fā)揮更好的助航效能，需要進一步增強科技含量以及新科技的應(yīng)用水平。在現(xiàn)有科技發(fā)展的基礎(chǔ)上，進一步提高航行安全的服務(wù)保障能力，促進新能源在航標(biāo)上的應(yīng)用，增強航標(biāo)能源系統(tǒng)備品的安全性與穩(wěn)定性。例如，在鋰電池的應(yīng)用制度的制定方面，可以通過加強新能源產(chǎn)品的檢測機制，積極開展新能源電池的使用標(biāo)準(zhǔn)研究制訂。以IALA（國際航標(biāo)協(xié)會）的《關(guān)于助航設(shè)備的質(zhì)量保障規(guī)范與試驗程序使用說明》為例，國際上針對航標(biāo)領(lǐng)域制定出了相對完備的發(fā)展規(guī)劃，為我國在航標(biāo)領(lǐng)域的新能源磷酸鐵鋰電池使用提供了強有力的支撐。在此基礎(chǔ)上，我們還可以對航標(biāo)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)進行細化，為航標(biāo)能源系統(tǒng)的檢測工作提供制度依據(jù)。結(jié)合我國現(xiàn)行的航標(biāo)管理制度，加強對航標(biāo)系統(tǒng)新能源磷酸鐵鋰電池的使用管理，提高故障檢測和預(yù)防的能力，為航運事業(yè)平穩(wěn)發(fā)展作出貢獻。

3.2加強航標(biāo)能源系統(tǒng)的檢測與管理

在新能源磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用過程中，需要時刻關(guān)注系統(tǒng)對新能源的適應(yīng)程度，以及磷酸鐵鋰電池應(yīng)用時的穩(wěn)定性，加強對航標(biāo)能源系統(tǒng)的檢測與管理，全面提高航標(biāo)供電系統(tǒng)的可靠性。針對這一問題，某海區(qū)的航標(biāo)管理部門建立起了專門的系統(tǒng)監(jiān)測平臺，用于對航標(biāo)能源系統(tǒng)的運行情況進行實時的監(jiān)測和管理。該航標(biāo)處通過設(shè)置了值班室，配合航標(biāo)運行信息化系統(tǒng)，提高對航標(biāo)電池運行狀況的監(jiān)管能力。該航標(biāo)處在進行新能源磷酸鐵鋰電池設(shè)計以及浮標(biāo)應(yīng)用研究時，通過將具有雙向收發(fā)功能的遙測數(shù)據(jù)終端安裝在浮標(biāo)之上，實現(xiàn)了控制中心對航標(biāo)的實時監(jiān)控。試驗當(dāng)中所應(yīng)用的航標(biāo)能源系統(tǒng)可以在電池運行的過程中，將電壓和電流數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心，并通過運營商等第三方搭建的機房控制數(shù)據(jù)庫當(dāng)中顯示和存儲，確?？刂浦行牡墓芾砣藛T對航標(biāo)系統(tǒng)進行實時監(jiān)測。

3.3做好費效分析，進而推動新能源鋰電池在航標(biāo)上的應(yīng)用

相比鉛酸電池而言，新能源磷酸鐵鋰電池雖然有諸多優(yōu)勢，但高昂的造價令相當(dāng)一部分有志于做新材料、新技術(shù)研究的航標(biāo)工作人員望而卻步。目前市場上的航標(biāo)用鉛酸電池為每塊700-1200元，而同樣規(guī)格的磷酸鐵鋰電池每塊就需要3000-5000元。如此巨大的懸殊，在我們現(xiàn)行的采購制度約束下，的確沒有辦法大面積推廣應(yīng)用。但可以從以下方面做一些費效分析（Cost-Benefit Analysis），從而證明鋰電池應(yīng)該有推廣前景。

① 減輕一線航標(biāo)工作人員勞動強度

傳統(tǒng)的12V100AH鉛酸電池重量大約為35kg左右，而同規(guī)格的磷酸鐵鋰電池重量僅為其1/6。這對于一線工作人員無疑是巨大的福音，對于減輕勞動強度，減少因電池更壞帶來的安全隱患有著重要意義。

② 助力打造環(huán)境友好型社會

新時代，我國對構(gòu)建環(huán)境友好型社會越來越重視。而傳統(tǒng)鉛酸電池內(nèi)含大量的重金屬以及廢酸、廢堿等電解質(zhì)溶液，這些會造成江河湖海等水體污染，危及到水生物的生存和水資源的利用，同時也威脅到人類的健康。而磷酸鐵鋰電池使用壽命約是鉛酸電池的4倍，對環(huán)境相對友好。

4.總結(jié)

綜上所述，航標(biāo)主要依靠太陽能等相對穩(wěn)定的能源供給實現(xiàn)導(dǎo)航助航功能，但是長時間使用鉛酸電池對環(huán)境有一定污染，無法準(zhǔn)確檢測電池狀態(tài)，而且讓一線工作的航標(biāo)職工存在安全隱患。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，技術(shù)人員通過將新能源磷酸鐵鋰電池應(yīng)用到航標(biāo)供電系統(tǒng)中，極大地增強了航標(biāo)能源系統(tǒng)的工作可靠性、減輕一線航標(biāo)職工的勞動強度，為船舶安全航行提供了可靠的保障。

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