通信用磷酸铁锂电池及系统的原理与应用

《通信用磷酸铁锂电池及系统的原理与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、通信用磷酸铁锂电池及系统的原理与应用传统的阀控式密封铅酸电池以其成本低廉、技术成熟、维护方便得到广泛应用，然而，随着无线通信技术的不断发展和移动基站应用场景的复杂化，传统的蓄电池逐步显现出体积大、对环境温度要求苛刻等劣势。磷酸铁锂电池系统由于具有体积小、重量轻，高温性能突出，循环性能优异，可高倍率充、放电，绿色环保等众多优点，更适用于环境温度高、机房面积及承重小等恶劣的基站环境。同时，在末端供电磷酸铁锂电池也可作为铅酸蓄电池的有效补充。一、目前通信后备电源面临的问题1、传统铅酸蓄电池对环境温度要求比较高目前市内宏

2、基站的站址选择越来越难，室外一体化基站开始大规模建设。传统的铅酸蓄电池对环境温度要求比较高的特点造成传统的铅酸蓄电池很难适应室外高温等恶劣天气。另外，除了铅酸蓄电池外，室内宏基站的其他设备对环境温度的适应范围都比较宽。机房空调就是为了给铅酸蓄电池提供适当的环境温度。为了节能减排，目前已开发出蓄电池保温箱等蓄电池专用的小型空调设备。如果能找到一种对环境温度要求不高的电池作为后备电源，不仅能解决室外一体化基站后备电源的问题，而且还能省掉机房专用空调，这样既节省了工程初期购买空调的投资，也节省了基站运行时的大量电费开销

3、。2、传统铅酸蓄电池对机房面积和承重要求高室内宏基站设备中，电源设备占比最大，而电源设备中提及和占地面积最大的就是蓄电池。室内宏基站的机房大多采用民房，根据结构专业的统计计算，民房的承重设计一般为150~200kg/m，而铅酸蓄电池对机房的承重要求不低于400kg/m，所以在现有的民房内摆放铅酸蓄电池都需要经过加固处理。这样一方面加大了工程量，另一方面也加大了选址难度。另外，目前通信设备逐步向小型化、分散化的方向发展，末端设备的功耗越来越小，要求后备电池的体积更小，重量更轻。3、传统铅酸蓄电池的高倍率放电性能较差

4、目前电网质量越来越完善，很少出现市电大面积长时间停电的状况，而基站的停电往往是由于市政项目的频繁建设所造成的短时间频繁停电，这需要蓄电池短时间大电流高倍率放电，而传统铅酸蓄电池的高倍率放电性能较差。1二、磷酸铁锂电池的基本原理1、磷酸铁锂电池的结构磷酸铁锂电池是由正、负极板(正极为磷酸铁锂材料，负极为石墨材料)、隔膜、电解液、极耳和铝塑膜组成。正负极板是电化学反应的区域；隔膜、电解液提供Li+的传输通道，通过化成等工艺处理后电池极板表面会形成一层致密的SEI膜(也叫固体电解质界面膜)；极耳是在电池导电时使用。橄榄

5、石晶体结构的磷酸铁锂材料作为电池的正极，通过粘结剂附着在铝箔上，为电池的充放电提供Li+；正负极之间是聚乙烯隔膜(或者是聚丙烯和聚乙烯复合隔膜)，它把正极与负极隔开，充放电过程中Li+可以通过其孔隙，而电子e一和其它离子不能通过；石墨材料作为电池的负极，通过粘结剂附着在铜箔上，为电池的充电提供孔隙接收嵌入的Li+。电池电解液的电解质是六氟磷酸锂。2、磷酸铁锂蓄电池的工作原理电池充电时，Li+从磷酸铁锂材料中迁移到晶体表面，从正极板材料中脱出，在电场力的作用下，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液迁移到负极石墨晶体的表

6、面，然后嵌入负极石墨材料中。与此同时，电子流通过正极的铝箔，经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铜箔电极，再经导电体流到石墨负极，使负极的电荷达至平衡。电池放电时，Li+从石墨晶体中脱嵌出来，进入电解液，穿过隔膜，再经电解液迁移到磷酸铁锂晶体的表面，然后重新嵌入到磷酸铁锂的材料中。与此同时，电子经导电体流向负极的铜箔电极，经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极，然后再经导电体流到磷酸铁锂正极，使正极的电荷达到平衡。所以磷酸铁锂电池的基本原理，就是在充、放电过程中，对应的锂

7、离子在正负极之间来回的嵌脱，完成对负载的供电。图1磷酸铁锂电池工作原理图2图2化学反应方程式工作原理：充电时，锂离子从正极脱出，经过电解质嵌入到负极，负极处于富锂状态，正极处于贫锂状态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，以确保电荷的平衡。放电时则相反，锂离子从负极脱出，经过电解液嵌入到正极材料中，正极处于富锂状态。在正常充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起材料的层面间距变化，不破坏其晶体结构，在充放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。因此，从充放电反应的可逆性

8、看，锂离子电池反应室一种理想的可逆反应。三、磷酸铁锂电池管理系统原理（BMS）虽然磷酸铁锂电池在短路、过充、挤压、针刺等条件下仍然是安全的，但是会对电池的循环寿命造成极大的影响。磷酸铁锂电池生产工艺比较复杂，单体电池的一致性差异会比阀控式密封铅酸电池大，这就造成电池组在充电后期个别单体电池的电压迅速上升，加之通信基站长期处于无人值守状态，不容易及时发现，从而造成磷酸铁锂电