認(rèn)識到電池技術(shù)的局限將最終導(dǎo)致新產(chǎn)品開發(fā)的瓶頸，美國國防部最近確認(rèn)了對新一代高能量、長壽命電池的迫切需求。通過對理想電源管理解決方案的研究，Tadiran公司的科學(xué)家開發(fā)出了TLM系列電池，這是一系列高能量的鋰金屬氧化物電池，目前使用在各種各樣的軍事和航空航天應(yīng)用之中。這種新一代的高能量鋰電池因其性能屬性而引起了軍事/航空航天設(shè)計工程師們的極大興趣，比如超長的貯存期、高速率電能、瞬間激活以及在極限環(huán)境條件下較高的生存性。

下面將簡要描述在軍事/航空航天應(yīng)用中常用的電池化學(xué)機(jī)制。

貯備電池和熱電池

貯備電池包含了范圍很廣的化學(xué)物質(zhì)，包括鉛酸、銀-鋅和鋰亞硫酰氯。在所有貯備電池中，電解質(zhì)與其他有效成分分開存儲并保持著其惰性，直到有煙火裝置被用于啟動化學(xué)反應(yīng)。熱電池是最受歡迎的貯備電池類型，它使用金屬鹽電解質(zhì)，而后者在固態(tài)和環(huán)境溫度下呈惰性，且不導(dǎo)電。這種電池由爆竹激活，后者會帶來煙火充電，導(dǎo)致電解質(zhì)在400～700℃的溫度范圍內(nèi)繼續(xù)融化，從而使電池達(dá)到最佳的導(dǎo)電性。一旦激活，熱電池就會在相對較短的時間內(nèi)釋放出高速率的電能，提供從幾瓦到幾千瓦的連續(xù)電流，電流的大小取決于電池的大小和化學(xué)機(jī)制。

熱電池提供了某些優(yōu)勢，包括耐久性、安全性、可靠性和較長的貯存期。不過，這種類型的電池也具有固有的局限性，因為貯備/熱電池不能在電池未完全耗盡的情況下進(jìn)行測試，而且電池的激活要推遲到化學(xué)反應(yīng)開始的時刻。另一項主要缺點是，熱電池一定是體積相對較大的，需要采用保溫層來保持熱量以便激活的電解質(zhì)能夠保持融解，并保護(hù)周圍零件不受熱損傷。熱電池是專門為一次性應(yīng)用而設(shè)計的。

銀鋅電池

銀鋅電池的設(shè)計更復(fù)雜，制造成本更高，需要燃?xì)獍l(fā)生器、管狀電解質(zhì)貯存器、歧管、電池塊、排氣口和加熱系統(tǒng)。因此，銀鋅電池需要更長的生產(chǎn)交付周期，而且因為它的能量密度低（260Wh/L），所以會帶來性能限制。

旋轉(zhuǎn)激活電池

旋轉(zhuǎn)激活電池通常用于引信和某些船舶應(yīng)用，它將電解質(zhì)存儲在小瓶或囊狀物中，當(dāng)自動推進(jìn)武器啟動后，小瓶或囊狀物被割開，旋轉(zhuǎn)外殼的離心力會將電解質(zhì)分散到整個電池組中。旋轉(zhuǎn)激活電池是專門為一次性應(yīng)用而設(shè)計的。使用鋰亞硫酰氯化學(xué)物質(zhì)生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)激活電池現(xiàn)在被用于給子雷和通信干擾機(jī)供電，后者采用配備有降落傘的炮彈來推進(jìn)以確保軟著陸。

旋轉(zhuǎn)激活電池也被部署在多功能火炮引信（Multi-Option Fuses for Artillery，MOFA）應(yīng)用中，包括105和155mm的爆炸式火炮射彈。為尋求一種標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，美國國防部最近決定使用鋰氧化物/鹵化物電池代替鉛酸或熱電池，為最新一代的MOFA供電。如果這些MOFA裝置采用大功率鋰金屬氧化物電池供電，而不是鋰氧化物/鹵化物化學(xué)機(jī)制，就可以實現(xiàn)顯著的性能優(yōu)勢，包括容量增大7倍（200mAh和30mAh），電流增大超過10倍（達(dá)到3.5A，之前為325mA），電壓將更穩(wěn)定，而激活速度將更快（可以瞬時激活，而之前為100ms的延遲量）。

鋰二氧化硫

鋰二氧化硫（LiSO2）電池幾乎僅用于軍事/航空航天應(yīng)用，主要涉及到移動通信設(shè)備和背負(fù)式電臺。這些電池的使用壽命有限，而能量密度則不到鋰亞硫酰氯電池的一半。在那些需要連續(xù)數(shù)小時的高速率電能的應(yīng)用中，LiSO2電池將提供最佳的性能。

可充電軍事電池

由于移動的需要，軍事應(yīng)用主要依賴于一次電池，但可充電電池也被部署在各式各樣的戰(zhàn)場應(yīng)用之中，比如背負(fù)式電臺和探測器。使用可充電電池的缺點包括需要獲取電能，并且需要合適的充電時間。

近些年，可充電電池技術(shù)取得了顯著的進(jìn)展。最早的密封式鉛酸可充電電池使用壽命相對較短、容量較低且重量過于沉重，而新一代的NiCd、NiMH和鋰離子電池則提供了更大的容量、更輕的重量以及更長的工作壽命?？沙潆婋姵丶夹g(shù)繼續(xù)發(fā)展，引入了適用于低溫應(yīng)用的可充電電池，而LiNiCoAl、LiFePO和LiNiMnCo等化學(xué)物質(zhì)則提供了更高的能量密度和更好的安全性。

高能量鋰金屬氧化物電池

最近，Tadiran推行了TLM軍工級高能量鋰金屬氧化物電池，它使用COTS技術(shù)來提供大電流脈沖和高速率電能，而且具有長達(dá)20年的保存期限，因為在室溫下它每年的自放電速率小于1%。這些電池目前有3種標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形規(guī)格（AA尺寸，CR-2尺寸和20mm長度），另外AAA尺寸（10mm）的電池也即將問世。這種高能量電池也可以很容易地配置成電池組，以滿足客戶的特定需求；因為它們使用COTS部件，所以產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)周期都可以實現(xiàn)快速調(diào)整，從而節(jié)省大量成本。

鋰金屬氧化物電池能提供多達(dá)2Wh的電能，具有4V的額定電壓，135～500mAh的放電容量，能夠處理5A的連續(xù)脈沖和最高15A的大電流脈沖。這些電池采用基于碳的陽極結(jié)構(gòu)，多金屬氧化物陰極，有機(jī)電解質(zhì)和關(guān)閉隔離板，以提高安全性。這些電池還具有極低的自放電，很寬的工作溫度范圍（40～85℃），其震動、沖擊、溫度沖擊、鹽霧、高度、加速度（50000gn）和旋轉(zhuǎn)（30000rpm）性能遵從美軍標(biāo)810G。這些電池的擠壓、碰撞、針刺、加熱、過充電和短路性能也遵從UN 1642和IEC 60086標(biāo)準(zhǔn)，可以作為安全貨物來運輸。

高能量鋰金屬氧化物電池不會像熱電池那樣在內(nèi)部產(chǎn)生很高的溫度，因此不需要隔熱層，從而顯著縮減了尺寸、重量和成本，特別是與銀鋅電池相比，后者需要爆竹，燃?xì)獍l(fā)生器和外部加熱元件。

與熱/貯備電池和旋轉(zhuǎn)激活電池不同，高能量鋰金屬氧化物電池支持瞬間激活，不需要爆竹或燃?xì)獍l(fā)生器。這些電池也可以進(jìn)行定期測試，以確保系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，從而減少了導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)中“啞彈”的數(shù)量。這些電池的電量可以間歇性地獲取，所以它們不限于一次性應(yīng)用。

磷酸鐵鋰電池在行業(yè)廣泛應(yīng)用，現(xiàn)階段，磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品類型相對豐富，如何讓其合理的應(yīng)用于移動通信電源行業(yè)呢？

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(jié)能減排的應(yīng)用方案，最后再進(jìn)行具體的數(shù)據(jù)對比分析。

通信用直流開關(guān)電源系統(tǒng)

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關(guān)電源系統(tǒng)配置蓄電池。通信主設(shè)備、附屬設(shè)備種類眾多，開關(guān)電源應(yīng)用場景也很多，總結(jié)主要有以下幾種：
（a）戶外型基站；（b）村通等無空調(diào)的基站；（c）空間緊張的室內(nèi)宏基站；（d）直流供電的室內(nèi)覆蓋/分布式信源站；（e）無市電或三四類市電地區(qū)的太陽能光伏基站；（f）直流供電方案的WLAN站點等。

通信用UPS交流電源系統(tǒng)

UPS交流電源系統(tǒng)主要應(yīng)用于供配電系統(tǒng)的交流主回路部分，通信行業(yè)應(yīng)用UPS交流電源系統(tǒng)的場景主要如下：
（a） 交流供電的室內(nèi)覆蓋/分布站；（b）交流供電的微蜂窩站；（c）嵌入式UPS供電的數(shù)據(jù)機(jī)房；（d）交流供電方案的WLAN站點等。

通信用240V/336V高壓直流電源系統(tǒng)（HVDC）通信用高壓電源直流系統(tǒng)（HVDC）是目前通信機(jī)房應(yīng)用的新型供電系統(tǒng)，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。
磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于通信行業(yè)的三大應(yīng)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(jié)能”、“節(jié)地”、“節(jié)材”的角度體現(xiàn)節(jié)能減排。

體積小、重量輕

對于民用住宅內(nèi)的站點，可節(jié)省承重加固的費用，進(jìn)一步加速站點的建設(shè)， “節(jié)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外站電池的壽命，降低維護(hù)及更換電池費用，提供系統(tǒng)可靠性；此外在有空調(diào)的基站中，可以嘗試將空調(diào)設(shè)置為35度時啟動，能有效降低基站平均電耗，“節(jié)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?cè)萘俊⑷萘拷档偷臅r對機(jī)房空間及承重要求過大等問題也伴隨得到解決， “節(jié)地”優(yōu)勢更加明顯。

通信用磷酸鐵鋰電池節(jié)能減排應(yīng)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(jī)的結(jié)合起來，行成了獨特的通信用鐵電池電源系統(tǒng)解決方案，提出了通信電源行業(yè)節(jié)能減排的幾種應(yīng)用方案。

室外一體化鐵電池電源解決方案

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

此方案中電池的體積小，重量輕，耐高溫、長使用壽命等優(yōu)勢在“節(jié)能”“節(jié)材”“節(jié)地”三個方面實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，同時有效降低維護(hù)運營成本。

村通等無空調(diào)的基站電源解決方案

村通工程的基站都設(shè)在偏遠(yuǎn)的農(nóng)村，規(guī)模小、配置小，基本上都沒有空調(diào)，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(yuǎn)農(nóng)村的維護(hù)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，體積小、重量輕，安裝輕便，可以在“節(jié)能”“節(jié)地”“節(jié)材”三方面達(dá)到節(jié)能減排的目的，同時還能改善網(wǎng)絡(luò)供電質(zhì)量。

空間緊張的室內(nèi)宏基站電源解決方案

室內(nèi)宏基站數(shù)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(nèi)鉛酸電池占地面積大、重量過重，當(dāng)話務(wù)量增多而引起擴(kuò)容需求時站內(nèi)空間制約了新增設(shè)備的可能。

如果采用一體化開關(guān)電源配合鐵電池，則可降低機(jī)房中電源及電池的占地面積，滿足設(shè)備擴(kuò)容的需求。同時鐵電池耐高溫性能優(yōu)異，可以將站內(nèi)空調(diào)啟動溫度提高到35度左右，能夠降低空調(diào)的能耗，通過節(jié)省電費有效降低運營成本，在“節(jié)能”“節(jié)地”“節(jié)材”三方面達(dá)到節(jié)能減排的目的。

室內(nèi)覆蓋/分布式站電源解決方案

原有2G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)覆蓋，加之3G及WLAN熱點的不斷新建，室內(nèi)覆蓋站的數(shù)量將進(jìn)一步增多。由于室內(nèi)覆蓋站點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問題。

通信用高壓直流電源系統(tǒng)（HVDC）供電方案

針對數(shù)據(jù)中心的供電方案，行業(yè)專家提出了通信用240V/336V高壓直流電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)對蓄電池的要求的特點是高電壓（240V/336V）、短時間、大電流放電。如采用機(jī)架式磷酸鐵鋰電池組則有以下優(yōu)勢：重量輕，節(jié)省機(jī)房加固成本；體積小，可以與HVDC系統(tǒng)以列頭柜形式并列安放，不用單獨建立電池房，也可節(jié)省供電系統(tǒng)的占地面積，提高通信設(shè)備機(jī)架裝機(jī)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(wěn)定，在電池供電模式下穩(wěn)定的輸入電壓避免設(shè)備因輸入電壓的大范圍波動而引起異常。

嵌入式UPS交流電源系統(tǒng)供電方案

對于中小型數(shù)據(jù)中心，歐美的發(fā)達(dá)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(jī)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(jié)省機(jī)房加固成本；體積小，3KVA鐵電池機(jī)UPS僅占網(wǎng)絡(luò)柜2U空間，提高服務(wù)器裝機(jī)率；電池長壽命，主機(jī)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，滿足IDC機(jī)房高安全性的要求通信用磷酸鐵鋰電池應(yīng)用的節(jié)能減排案例及效益分析。