磷酸鐵鋰電池(簡(jiǎn)稱(chēng)：鐵鋰電池、鐵電池，本文稱(chēng)“鐵電池”)，是一種正極材料為磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)的新型蓄電池，由于鐵電池具有循環(huán)壽命長(cháng)、耐高溫、體積小、重量輕、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，移動(dòng)通信、電動(dòng)汽車(chē)、國家電網(wǎng)等行業(yè)都在對其進(jìn)行研究和使用。其中通信行業(yè)在各研究院所技術(shù)專(zhuān)家的初步論證下建立了多種鐵電池的試驗站點(diǎn)，探究鐵電池的節能減排效益。

本文將結合現有應用案例，擬對通信用磷酸鐵鋰電池的節能減排應用方向、困難以及前景進(jìn)行探討分析，以起到拋磚引玉的作用，吸引更多的行業(yè)專(zhuān)家對此類(lèi)新型蓄電池予以關(guān)注和研究。

磷酸鐵鋰鐵電池簡(jiǎn)介

1990年，索尼公司率先在實(shí)驗室推出了以L(fǎng)iCoO2為正極材料的鋰離子電池，并于1991年開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。與傳統的鉛酸蓄電池相比，鋰離子電池在工作電壓、能量密度、循環(huán)壽命等方面都具有顯著(zhù)優(yōu)勢。所以，在過(guò)去的二十年間鋰離子電池被廣泛應用于便攜電子設備、電動(dòng)工具等領(lǐng)域。而近幾年，隨著(zhù)全球對節能減排的關(guān)注，鋰離子電池也逐漸被應用于通信、國家電網(wǎng)以及電動(dòng)汽車(chē)等多種行業(yè)。對于通信電源行業(yè)節能減排來(lái)說(shuō)，要求蓄電池體積更小、重量更輕、壽命更長(cháng)、更耐高溫、維護更容易、性能更穩定、更環(huán)保等，因此為了順應這些需求，鋰離子電池也正逐漸向大容量電池方向轉變，通信用磷酸鐵鋰電池應運而生。

通信用磷酸鐵鋰電池與傳統的鉛酸蓄電池相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 能量密度高：標稱(chēng)電壓為3.2V，能量密度是鉛酸電池的4倍左右，體積小、重量輕;

安全性強：磷酸鐵鋰正極材料具有良好的電化學(xué)性能，充放電平臺十分平穩，充放電過(guò)程中結構穩定，電池不燃燒、不爆炸、安全性好;

高溫性能好：外部溫度55℃時(shí)電池正常工作;

高功率輸出：標準放電為0.2C、可3C充放;

長(cháng)循環(huán)壽命：常溫1C充放電，單體經(jīng)2000次循環(huán)后容量仍大于80%;

環(huán)保：整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程清潔無(wú)毒，所有原料都無(wú)毒。

通信用磷酸鐵鋰電池應用相比傳統的鉛酸蓄電池更能體現 “節能”、“節材”、“節地”等節能減排工作的需求。

現階段通信用磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品形式

通信行業(yè)用蓄電池常用的電壓等級有2V 和12V，與直流開(kāi)關(guān)電源系統配套使用的蓄電池組電壓等級為24V、48V，與UPS交流電源系統配套使用的蓄電池組電壓等級為24V、36V、48V、96V、240V、384V等。常用的蓄電池組容量等級從25Ah、65Ah、100Ah、150Ah、200Ah、500Ah、1000Ah不等。

為滿(mǎn)足通信行業(yè)需求，磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品形式主要有12V、48V模塊兩種類(lèi)型，容量等級為10Ah、20Ah、50Ah、150Ah、200Ah等，電池模組通過(guò)串并聯(lián)，可以行成多種電壓等級、多種容量的電池組，滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)電源和UPS備電的各種需求

目前磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品的主要以下三種規格：



通過(guò)將12V或48V電池模塊進(jìn)行串聯(lián)組合，可以形成240V、336V、384V電池組，滿(mǎn)足UPS交流電源系統、240V/336V高壓直流電源系統(HVDC)的備電需求。



通信用磷酸鐵鋰電池節能減排方向

現階段的磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品類(lèi)型相對比較豐富了，如何讓其合理的應用于移動(dòng)通信電源行業(yè)呢?

思路是：首先是理清行業(yè)需求，其次是分析產(chǎn)品優(yōu)勢，再次是制定差異化的節能減排的應用方案，最后再進(jìn)行具體的數據對比分析。

通信電源行業(yè)對蓄電池的三類(lèi)典型需求#e#3.1通信電源行業(yè)對蓄電池的三類(lèi)典型需求

通信用直流開(kāi)關(guān)電源系統

鑒于通信的高可靠性要求，完善的通信電源解決方案要求開(kāi)關(guān)電源系統配置蓄電池。通信主設備、附屬設備種類(lèi)眾多，開(kāi)關(guān)電源應用場(chǎng)景也很多，總結主要有以下幾種：

(a)戶(hù)外型基站;

(b)村通等無(wú)空調的基站;

(c)空間緊張的室內宏基站;

(d)直流供電的室內覆蓋/分布式信源站;

(e)無(wú)市電或三四類(lèi)市電地區的太陽(yáng)能光伏基站;

(f)直流供電方案的WLAN站點(diǎn)等。

通信用UPS交流電源系統

UPS交流電源系統主要應用于供配電系統的交流主回路部分，通信行業(yè)應用UPS交流電源系統的場(chǎng)景主要如下：

(a) 交流供電的室內覆蓋/分布站;

(b)交流供電的微蜂窩站;

(c)嵌入式UPS供電的數據機房;

(d)交流供電方案的WLAN站點(diǎn)等。

通信用240V/336V高壓直流電源系統(HVDC)

通信用高壓電源直流系統(HVDC)是目前通信機房應用的新型供電系統，其配套電池組電壓等級有240V和336V兩種，蓄電池容量通常為50Ah～200Ah。

3.2 磷酸鐵鋰電池應用于通信行業(yè)的三大應用優(yōu)勢

對于通信行業(yè)，主要關(guān)注磷酸鐵鋰電池的三大優(yōu)勢，從“節能”、“節地”、“節材”的角度體現節能減排。

體積小、重量輕

對于民用住宅內的站點(diǎn)，可節省承重加固的費用，進(jìn)一步加速站點(diǎn)的建設， “節材”優(yōu)勢更加明顯。

高溫性能優(yōu)異

優(yōu)異的耐高溫性能可成倍增加戶(hù)外站電池的壽命，降低維護及更換電池費用，提供系統可靠性;此外在有空調的基站中，可以嘗試將空調設置為35度時(shí)啟動(dòng)，能有效降低基站平均電耗，“節能”優(yōu)勢更加明顯。

高功率放電

鐵電池在3C以上放電依然能放出全部容量的90%以上，高功率、深度放電的優(yōu)勢能有效降低目前UPS備用電池的總容量、容量降低的時(shí)對機房空間及承重要求過(guò)大等問(wèn)題也伴隨得到解決， “節地”優(yōu)勢更加明顯。

3.3通信用磷酸鐵鋰電池節能減排應用方向

比亞迪將通信行業(yè)三大典型需求與鐵電池的三大產(chǎn)品優(yōu)勢有機的結合起來(lái)，行成了獨特的通信用鐵電池電源系統解決方案，提出了通信電源行業(yè)節能減排的幾種應用方案。

室外一體化鐵電池電源解決方案

室外通信基站太陽(yáng)直射，內置的鉛酸蓄電池壽命通常不超過(guò)2年，本方案采用磷酸鐵鋰電池，耐高溫性能優(yōu)異，壽命達到5-10年。

此方案中電池的體積小，重量輕，耐高溫、長(cháng)使用壽命等優(yōu)勢在“節能”“節材”“節地”三個(gè)方面實(shí)現節能減排的目的，同時(shí)有效降低維護運營(yíng)成本。

村通等無(wú)空調的基站電源解決方案

村通工程的基站都設在偏遠的農村，規模小、配置小，基本上都沒(méi)有空調，而且停電頻繁，鉛酸電池在惡劣環(huán)境下工作的壽命短、更換頻繁、偏遠農村的維護成本高。改用鐵電池，則高溫性能好、可深度充放電，循環(huán)壽命長(cháng)，體積小、重量輕，安裝輕便，可以在“節能”“節地”“節材”三方面達到節能減排的目的，同時(shí)還能改善網(wǎng)絡(luò )供電質(zhì)量。

空間緊張的室內宏基站電源解決方案

室內宏基站數量多，覆蓋廣，要求供電可靠，所以一般都有兩組電池備電。站內鉛酸電池占地面積大、重量過(guò)重，當話(huà)務(wù)量增多而引起擴容需求時(shí)站內空間制約了新增設備的可能。

如果采用一體化開(kāi)關(guān)電源配合鐵電池，則可降低機房中電源及電池的占地面積，滿(mǎn)足設備擴容的需求。同時(shí)鐵電池耐高溫性能優(yōu)異，可以將站內空調啟動(dòng)溫度提高到35度左右，能夠降低空調的能耗，通過(guò)節省電費有效降低運營(yíng)成本，在“節能”“節地”“節材”三方面達到節能減排的目的。

室內覆蓋/分布式站電源解決方案

原有2G網(wǎng)絡(luò )的室內覆蓋，加之3G及WLAN熱點(diǎn)的不斷新建，室內覆蓋站的數量將進(jìn)一步增多。由于室內覆蓋站點(diǎn)取電一般就近選擇市電，選擇48V通信電池模塊或鐵電池UPS進(jìn)行備電則可有效解決該類(lèi)問(wèn)題。

通信用高壓直流電源系統(HVDC)供電方案

針對數據中心的供電方案，行業(yè)專(zhuān)家提出了通信用240V/336V高壓直流電源系統。該系統對蓄電池的要求的特點(diǎn)是高電壓(240V/336V)、短時(shí)間、大電流放電。如采用機架式磷酸鐵鋰電池組則有以下優(yōu)勢：

重量輕，節省機房加固成本;

體積小，可以與HVDC系統以列頭柜形式并列安放，不用單獨建立電池房，也可節省供電系統的占地面積，提高通信設備機架裝機率;

鐵電池可高倍率放電，降低蓄電池配置的容量;

鐵電池放電平臺穩定,在電池供電模式下穩定的輸入電壓避免設備因輸入電壓的大范圍波動(dòng)而引起異常。

嵌入式UPS交流電源系統供電方案

對于中小型數據中心，歐美的發(fā)達國家還有一種嵌入式UPS分布式供電方案，即用小功率UPS與網(wǎng)絡(luò )柜配合以機柜為單位為服務(wù)器供電。選擇鐵電池UPS有以下優(yōu)勢：

重量輕，節省機房加固成本;

體積小，3KVA鐵電池機UPS僅占網(wǎng)絡(luò )柜2U空間，提高服務(wù)器裝機率;

電池長(cháng)壽命，主機與電池壽命幾乎相同，降低電池更換成本;

安全性好，鐵電池不起火、不爆炸，滿(mǎn)足IDC機房高安全性的要求通信用磷酸鐵鋰電池應用的節能減排案例及效益分析

自2009年起，比亞迪公司與國內運營(yíng)商開(kāi)始試點(diǎn)合作，以下是與廣東移動(dòng)首批試點(diǎn)案例分析。

4.1 深圳移動(dòng)試點(diǎn)案例

與深圳移動(dòng)自2010年4月開(kāi)始試點(diǎn)，試點(diǎn)主要類(lèi)型是宏基站和UPS直放站，其中比亞學(xué)校站的電池放置于站外朝南側，處于太陽(yáng)直射狀態(tài)，模擬極高溫度下測試容量衰減;九州賓館站采用72V150AH鐵電池與3KVA 在線(xiàn)式UPS配合，相關(guān)試點(diǎn)分別于2010年5月 9月 及2011年1月 3月進(jìn)行四次全容量測試。

4.2 惠州移動(dòng)村通站試點(diǎn)案例

與惠州移動(dòng)的試點(diǎn)合作主要以村通基站為主，其中下涇站位于惠州博羅縣境內一座小山上，站內無(wú)空調，夏季站內溫度最高達45度左右。原有鉛酸電池幾乎3-6個(gè)月更換一次。該站配置48V200AH鐵電池，試點(diǎn)于2010年1月建成，分別于2010年1月、5月、9月及2011年1月進(jìn)行了4次全容量測試。

4.3通信用鐵電池電源系統試點(diǎn)總結

(1)室內宏基站鐵電池的試點(diǎn)效果與鉛酸電池相比一年期衰減優(yōu)勢不明顯;

(2)無(wú)空調的站點(diǎn)中鐵電池的衰減與有空調的站點(diǎn)相比衰減相同，宏站中恒溫措施對電池衰減的延緩作用不大;

(3)鐵電池試點(diǎn)前半年的衰減較快，后半年的衰減趨勢變緩;

(4)盡管站內配置有空調，根據監控系統溫度監測數據分析，宏基站內的溫度基本為28～30度，鉛酸電池衰減較快;

(5)鐵電池與開(kāi)關(guān)電源配合試點(diǎn)效果好于與UPS配合的微蜂窩站，分析原因是開(kāi)關(guān)電源的電池管理相關(guān)參數可以調整，而UPS的電池管理默認按鉛酸電池設定，沒(méi)有人機界面調整。

綜上所述，鐵電池優(yōu)異的高溫性能通過(guò)試點(diǎn)體現出來(lái)，對于宏基站調高站內空調啟動(dòng)溫度以節省空調能耗的辦法基本可行，可進(jìn)一步探索升溫后帶來(lái)的電費節省的定量效果;對于室外站和無(wú)空調的村通站則可以大力推廣磷酸鐵鋰電池。

4.4 下一步鐵電池宏基站試點(diǎn)的探索方案

宏基站中一般配置1-2臺空調以調節站內溫度，如果采用磷酸鐵鋰電池，則對于容量不大的站點(diǎn)，完全可取消空調的配置，節省初始成本投資及后續運營(yíng)過(guò)程中的每月電費。對于容量較大，很重要的站點(diǎn)，可以減少空調數量或降低空調的功率，配合調高空調的啟動(dòng)溫度，以達到初始投資成本及運營(yíng)成本的降低。

通信用磷酸鐵鋰電池推廣難點(diǎn)及展望

磷酸鐵鋰電池在移動(dòng)通信行業(yè)屬于新生事物，在進(jìn)行試點(diǎn)驗證新產(chǎn)品優(yōu)勢的同時(shí)也發(fā)現了部分問(wèn)題，如果不得到有效解決勢必會(huì )影響該新型蓄電池在通信行業(yè)的應用。

(1)磷酸鐵鋰電池廠(chǎng)家需要進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品結構設計，以閥控式前端子電池尺寸為參考方向，將磷酸鐵鋰電池體積小的優(yōu)勢全面體現出來(lái);

(2)磷酸鐵鋰電池單體容量有限，廠(chǎng)家推出的產(chǎn)品多為12V模塊，內置4個(gè)(或以上)單體電池，某單體損壞則需更換整個(gè)12V模塊，維護成本過(guò)高;

(3)隨著(zhù)移動(dòng)通信行電源的發(fā)展，磷酸鐵鋰電池需要預留單體電池運行數據采樣的統一接口，以便于后續全面智能的電池管理方式的推廣;

(4)磷酸鐵鋰電池的管理參數需要標準化，在開(kāi)關(guān)電源上應用目前可以無(wú)縫替換，但在UPS上則需UPS廠(chǎng)家增加人機界面把電池管理參數設置為可調、充電方式進(jìn)行調整、硬件上預留與電池通信的相關(guān)接口;

(5)對于搭配BMS使用的磷酸鐵鋰電池，因BMS對電池的過(guò)充保護斷開(kāi)電路是瞬時(shí)性的，要求開(kāi)關(guān)電源廠(chǎng)家設計的均衡模塊能夠耐受大電流波動(dòng)的沖擊

總之，現階段磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)的應用得到了廣泛的重視，通信用磷酸鐵鋰電池通信行業(yè)標準的編寫(xiě)工作，目前已經(jīng)在報批稿階段，在各行業(yè)中走在最前列。本文僅結合現有應用案例，分析討論了通信用磷酸鐵鋰電池的節能減排應用的初步成果及問(wèn)題，以起到拋磚引玉的作用，吸引更多的電源廠(chǎng)家及行業(yè)專(zhuān)家對此類(lèi)新型蓄電池予以關(guān)注和研究。