1、浅谈磷酸铁锂电池在航标能源系统中的应用 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
2、。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 ?x 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。
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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。 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。 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
10、。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： 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. 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. 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. 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）：11-13
