铁锂电池在电力通信电源系统中的应用.pdf

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1、科技论坛·29·铁锂电池在电力通信电源系统中的应用李树青（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东惠州516000）摘要：在电力通信电源系统中，蓄电池组是必不可少的组成部分，是保证电力通信系统安全、可靠运行的关键。鉴于当前大量使用的铅酸电池存在的问题，已成为进一步提高电力通信电源系统可靠性的瓶颈。近年来，随着铁锂电池的逐步投入商用，为解决这一问题提供了新的思路。文中对铁锂电池和铅酸电池的特性进行了对比分析；并以铁锂电池为基础，对在电力通信电源系统中的应用应注意的问题进行了综合的分析。关键词：铁锂电池；铅酸电池；通信电源系统在电力通信网络的建设中，蓄电池组作为通信电源系统

2、最关键的组成部分之一，具有不可取代的作用，使用规模巨大。近年来，以磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池（铁锂电池）已经有了长足的发展，在电信运营商中出现由试点向批量应用的发展趋势。本文以铁锂电池的优良特性，与在电力通信电源系统中大量使用的铅酸电池进行对比，明确了铅酸电池与铁锂电池在工程设计中的差异，有助于铁锂电池在电力通信电源系统的合理运用。1铁锂电池与铅酸电源性能对比性能指标是评价电池优劣的重要依据，特别是在电力通信电源系统的工程设计中，选择蓄电池时需要对其性能有清楚的认识，主要关注指标有能量密度、温度特性、循环寿命、放电倍率等方面。1.1能量密度对比图1铁锂电池与铅

3、酸电池能量密度对比图电池的能量密度包括重量能量比与体积能量比两个方面。1.1.1重量能量比：代表每千克质量的电池组能够提供的能量，用Wh/kg表示，它标志着蓄电池工程安装所需的承重能力。1.1.2体积能量比：代表每升容积的电池组能够提供的能量，用Wh/L表示，它标志着蓄电池占据空间的大小。由不同正极材料构成的蓄电池组，其能量密度具有很大差异。由电池厂家提供的测试数据统计表明，铁锂电池与铅酸电池比较值（理论值）如图1所示。从图1可以看出，相同容量的铁锂电池体积约为铅酸电池的1/3，而重量减少1/2以上。蓄电池组重量和体积的小型化，在工程应用中具有非常重要的现实意义：a

4、.体积减少使电池的安装更方便，尤其是在无专用蓄电池房通图2铁锂电池高温下放电特性信站点的电源系统，可以装入机柜，从而大大节省放置空间；b.由于电池重量减轻，对楼板承重的要求将大大降低，不需要再做承重加固，从而大大减少机房建设的费用。1.2温度特性对比环境温度是影响电池工作状况的重要因素，将会直接影响电池使用容量和寿命，蓄电池组的容量随温度上升而增加、随温度下降而降低。传统铅酸电池可正常工作环境温度为15℃至45℃；而铁锂电池可正常工作环境温度为-10℃至55℃，其温度特性如图2所示。从图2看出，铁锂电池具有较好的高温特性，在环境温度55℃时能够正常工作。而铅酸电池对

5、温度非常敏感，随着温度的提高，所图3铁锂电池55℃高温下循环寿命有化学反应都以指数形式加剧，在环境温度较高的情况下，有可能出现电池失效问题。1.3循环寿命对比循环寿命代表电池组在特定性能失效之前所能进行充放电循环次数。目前，许多电池厂家提供的铁锂电池在常温（25℃）条件下循环次数大于2000次（1.0C10放电电流），而相同条件下的铅酸电池循环次数约为800次。在高温情况下，铁锂电池具有更加明显优势。电池厂家提供的测试数据如图3所示。图4铅酸电池循环寿命与温度的关系图从图3中可以看出，55℃环境下循环寿命在1000次以后还剩余额定容量的80％。相比之下，铅酸电池寿命

6、受温度影响较大，如下使用寿命相差两倍多，而高温下差异更大，所以综合比较铁锂电图4所示。池具有较高的性价比。从图4可以看出，电池温度每升高10℃，电池浮充寿命减半。1.4放电倍率对比目前，虽然铁锂电池的价格相对高一些，但结合循环寿命比较，常温电池作为储能装置，其放电倍率直接影响可用容量的大小。传·30·科技论坛1.0C10以内电流放电容量差异较大，在后备时间短、大电流需求的场景，铁锂电池具有明显优势。对于电池温度系数（α），从铁锂电池的温度特性曲线可以看出，其高温特性较好。铁锂电池和铅酸电池的温度系数应该有所不同，有待于日后试验数据确认。2.3与开关电源系统相匹配传统

7、铅酸蓄电池组的工作方式是在线浮充，以铁锂电池替代铅酸电池后，应根据铁锂电池特性，综合考虑与现有开关电源系统的兼容性。2.3.1调整电池浮充电压。在电力通信电源系统中，电池组的均充、浮充电压由开关电源控制，现有的规范和标准都是基于铅酸蓄电池组参数设置的。而铁锂电池组16个单体电压为3.2V的铁锂电池组成，其对充电电压限值较为敏感。因此，原开关电源系统对电池的均、浮充电压必须重新调整。铁锂电池组与铅酸电池组充放电参数详见表3。图5铁锂电池在不同放电倍率下的放电曲线由于铁锂电池对充放电截止电压要求严格，充电电压合理范围表1铅酸电池放电容量系数为：3.55-3.7V之间