动力锂电池在矿用电机车中的应用与分析

动力锂电池在矿用电机车中的应用与分析

矿用电机车作为重要的煤矿机电运输装备，一直在我国煤矿发展中起到重要地位，一般煤矿电机车分为架线电机车和蓄电池电机车两大类。我国《煤矿安全规程》规定，在高瓦斯矿井进风的主要运输巷道和瓦斯矿井的主要回风巷及采区进、回风巷内，应使用矿用防爆特殊型蓄电池电机车，再加上蓄电池电机车具有机动、灵活、供电成本低、无火花易防爆等优点，因此，作为机车电源的蓄电池得到了广泛的应用。

目前主要用于矿用电机车动力电池的蓄电池分为两种，一种是铅酸电池，一种是锂离子电池，而锂离子蓄电池中又数磷酸铁锂电池最为适合。

铅酸电池在现今的矿用电机车中应用比较广泛。铅酸电池发明于1895年，在中国有60年的应用，技术成熟，价格便宜，安全性能可接受。但其电池能量密度低，寿命短，深度循环寿命只有300次左右，以至于需要经常维护。废旧铅酸蓄电池回收困难，全寿命成本高于磷酸铁锂电池，并且严重污染土壤和水源，对空气、生态平衡也会造成破坏，影响人的身体健康。作为矿用电机车的动力电池，铅酸电池在充电时，电解硫酸铅会析出氢离子，造成潜在的安全隐患。根据GB3836.2-2010《爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备》中明确禁止存在析氢危险的蓄电池在隔爆外壳内使用。所以即使现如今市场还会用铅酸蓄电池作为动力源，但对于安全、环保的方面来看，铅酸电池终将被更安全、更环保的磷酸铁锂电池取代。

磷酸铁锂电池是一种正极材料为磷酸亚铁锂（LiFePO4）的新型蓄电池，单体容量大，可以做到500AH甚至更高。作为国家大力发展的新能源主要项目，磷酸铁锂电池被移动通信、电动汽车、国家电网储能等多个行业领域广泛使用。

蓄电池被使用在偏远矿场的矿用电机车上，规模小、配置小，环境昏暗潮湿，粉尘污染大，覆盖在电池上影响散热，铅酸电池在恶劣环境下工作的寿命短、更换频繁、到偏远矿场的维护成本相对较高。而磷酸铁锂电池耐高低温性能好、可深度充放电、循环寿命长、体积小、重量轻、安装轻便，不仅可以达到节能减排的目的，同时还能改善供电质量。再加上矿用电机车频繁地处于爬坡工况，而传统铅酸电池自身重量大、占用空间多，因而严重地影响了矿车性能。所以采用重量轻、体积小的磷酸铁锂电池作为电机车电源，这将成为今后矿用电机车蓄电池的必然趋势。

磷酸铁锂电池与传统铅酸蓄电池相比，其特性和优点都很突出：

寿命长。相对于深度循环寿命在300左右，最高也就在500次以内的铅酸蓄电池来说，磷酸铁锂动力电池在室温下1C充放电深度循环可达2000次，容量保持率80%以上，是铅

酸电池的5倍，镍氢电池的4倍，是钴酸锂电池4倍，是锰酸锂电池4-5倍左右。

安全性高。磷酸根化学键的结合力比传统的过渡金属氧化物结构化学键强，所以结构更加稳定，并且不易释放氧气。磷酸铁锂电池在高温下的稳定性可达40℃以上，保证了电池内在的高安全性，不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。

环保性优越。磷酸铁锂电池不仅环保，而且制作上不需要加入稀有金属。磷酸铁锂不含任何（锂之外）重金属或者稀有金属，无毒（SGS认证通过），无污染，符合欧洲RoHS 规定，为环保电池。

充、放电优势强。磷酸铁锂电池充电速度快，自放电少，无记忆效应。磷酸铁锂电池可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，2C充电30分钟内即可使电池充满95%，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。

体积小、重量轻。商品设计可轻量化，体积是相同容量铅酸电池的2/3，也较镍氢电池体积小，重量是相同容量铅酸电池的1/3，镍氢电池的2/3左右。这样的的优势，使得磷酸铁锂电池能够在小体积、大Ah的工作需要中起到重大贡献。

单体电池电压高，放电平台平稳。电池单体标称电压为3.2V，串联少，电池组可靠性高，可作大电流高功率充放电。高倍率放电特性：10C充放电效率达到 96%以上，容量保持率90%以上。

磷酸铁锂电池以其卓越的性能，优良的品质，被国家列为国家扶持产业。目前的磷酸铁锂电池还处在较为年轻的状态，5年的发展历史，使得其生产工艺方面比较复杂，生产制造方面要求较高，以至于制造价格上略微偏高。但从长远的发展眼光看，其前景十分广阔。

随着国家对矿用设备安全要求的力度加大，再加之国家新能源战略的部署，铅酸蓄电池在矿用电机车动力电源的比重将大大减小，磷酸铁锂电池的地位也将逐步提升，不久的将来磷酸铁锂电池一定会取代铅酸蓄电池，成为矿用电机车动力电源上的新桂。