磷酸鐵鋰電池（簡(jiǎn)稱：鐵鋰電池、鐵電池，本文稱“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(zhǎng)、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、國(guó)家電網(wǎng)等行業(yè)都在對(duì)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)專家的初步論證下建立了多種鐵電池的試驗(yàn)站點(diǎn)，探究鐵電池的節(jié)能減排效益。

磷酸鐵鋰鐵電池簡(jiǎn)介

1990年，索尼公司率先在實(shí)驗(yàn)室推出了以LiCoO2為正極材料的鋰離子電池，并于1991年開始產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。與傳統(tǒng)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優(yōu)勢(shì)。所以，在過(guò)去的二十年間鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于便攜電子設(shè)備、電動(dòng)工具等領(lǐng)域。而近幾年，隨著全球?qū)?jié)能減排的關(guān)注，鋰離子電池也逐漸被應(yīng)用于通信、國(guó)家電網(wǎng)以及電動(dòng)汽車等多種行業(yè)。對(duì)于通信電源行業(yè)節(jié)能減排來(lái)說(shuō)，要求蓄電池體積更小、重量更輕、壽命更長(zhǎng)、更耐高溫、維護(hù)更容易、性能更穩(wěn)定、更環(huán)保等，因此為了順應(yīng)這些需求，鋰離子電池也正逐漸向大容量電池方向轉(zhuǎn)變，通信用磷酸鐵鋰電池應(yīng)運(yùn)而生。

通信用磷酸鐵鋰電池與傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：能量密度高：標(biāo)稱電壓為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(qiáng)：磷酸鐵鋰正極材料具有良好的電化學(xué)性能，充放電平臺(tái)十分平穩(wěn)，充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(biāo)準(zhǔn)放電為0.2C、可3C充放；長(zhǎng)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(yīng)用相比傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池更能體現(xiàn) “節(jié)能”、“節(jié)材”、“節(jié)地”等節(jié)能減排工作的需求。

現(xiàn)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(jí)有2V 和12V，與直流開關(guān)電源系統(tǒng)配套使用的蓄電池組電壓等級(jí)為24V、48V，與UPS交流電源系統(tǒng)配套使用的蓄電池組電壓等級(jí)為24V、36V、48V、96V、240V、384V等。常用的蓄電池組容量等級(jí)從25Ah、65Ah、100Ah、150Ah、200Ah、500Ah、1000Ah不等。為滿足通信行業(yè)需求，磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品形式主要有12V、48V模塊兩種類型，容量等級(jí)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(jí)、多種容量的電池組，滿足開關(guān)電源和UPS備電的各種需求。

通信用磷酸鐵鋰電池節(jié)能減排方向

現(xiàn)階段的磷酸鐵鋰電池產(chǎn)品類型相對(duì)比較豐富了，如何讓其合理的應(yīng)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(shì)，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(duì)比分析。

通信電源行業(yè)對(duì)蓄電池的三類典型需求通信用直流開關(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(chǎng)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(wú)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(wú)市電或三四類市電地區(qū)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(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(chǎng)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(diǎn)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(jí)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(shì)對(duì)于通信行業(yè)，主要關(guān)注磷酸鐵鋰電池的三大優(yōu)勢(shì)，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(duì)于民用住宅內(nèi)的站點(diǎn)，可節(jié)省承重加固的費(fèi)用，進(jìn)一步加速站點(diǎn)的建設(shè)， “節(jié)材”優(yōu)勢(shì)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(fèi)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(shí)啟動(dòng)，能有效降低基站平均電耗，“節(jié)能”優(yōu)勢(shì)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(shì)能有效降低目前UPS備用電池的總?cè)萘俊⑷萘拷档偷臅r(shí)對(duì)機(jī)房空間及承重要求過(guò)大等問(wèn)題也伴隨得到解決， “節(jié)地”優(yōu)勢(shì)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(shì)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，行成了獨(dú)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(yáng)直射，內(nèi)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(dá)到5-10年。

磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于通信行業(yè)的三大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是什么？此方案中電池的體積小，重量輕，耐高溫、長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)勢(shì)在“節(jié)能”“節(jié)材”“節(jié)地”三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，同時(shí)有效降低維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本。村通等無(wú)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(méi)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(zhǎng)，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(shí)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(guò)重，當(dāng)話務(wù)量增多而引起擴(kuò)容需求時(shí)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(shí)鐵電池耐高溫性能優(yōu)異，可以將站內(nèi)空調(diào)啟動(dòng)溫度提高到35度左右，能夠降低空調(diào)的能耗，通過(guò)節(jié)省電費(fèi)有效降低運(yùn)營(yíng)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(diǎn)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(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問(wèn)題。

通信用高壓直流電源系統(tǒng)（HVDC）供電方案針對(duì)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(duì)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(jī)架式磷酸鐵鋰電池組則有以下優(yōu)勢(shì)：

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(dú)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(tái)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(dòng)而引起異常。

嵌入式UPS交流電源系統(tǒng)供電方案對(duì)于中小型數(shù)據(jù)中心，歐美的發(fā)達(dá)國(guó)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(shì)：
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(zhǎng)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。

離子電池保護(hù)電路包括過(guò)度充電保護(hù)、過(guò)電流/短路保護(hù)和過(guò)放電保護(hù)，要求過(guò)充電保護(hù)高精度、保護(hù)IC功耗低、高耐壓以及零伏可充電等特性。本文詳細(xì)介紹了這三種保護(hù)電路的原理、新功能和特性要求。

近年來(lái)，PDA、數(shù)字相機(jī)、手機(jī)、便攜式音頻設(shè)備和藍(lán)牙設(shè)備等越來(lái)越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為主要電源。鋰電池具有體積小、能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命高、高電壓電池和自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，與鎳鎘、鎳氫電池不太一樣，鋰電池必須考慮充電、放電時(shí)的安全性，以防止特性劣化。針對(duì)鋰電池的過(guò)充、過(guò)度放電、過(guò)電流及短路保護(hù)很重要，所以通常都會(huì)在電池包內(nèi)設(shè)計(jì)保護(hù)線路用以保護(hù)鋰電池。

磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于通信行業(yè)的三大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是什么？由于鋰離子電池能量密度高，因此難以確保電池的安全性。在過(guò)度充電狀態(tài)下，電池溫度上升后能量將過(guò)剩，于是電解液分解而產(chǎn)生氣體，因內(nèi)壓上升而發(fā)生自燃或破裂的危險(xiǎn)；反之，在過(guò)度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性及耐久性劣化，從而降低可充電次數(shù)。鋰離子電池的保護(hù)電路就是要確保這樣的過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)的安全性，并防止特性劣化。鋰離子電池的保護(hù)電路是由保護(hù)IC及兩顆功率 MOSFET所構(gòu)成，其中保護(hù)IC監(jiān)視電池電壓，當(dāng)有過(guò)度充電及放電狀態(tài)時(shí)切換到以外掛的功率MOSFET來(lái)保護(hù)電池，保護(hù)IC的功能有過(guò)度充電保護(hù)、過(guò)度放電保護(hù)和過(guò)電流/短路保護(hù)。

過(guò)度充電保護(hù)

過(guò)度充電保護(hù)IC的原理為：當(dāng)外部充電器對(duì)鋰電池充電時(shí)，為防止因溫度上升所導(dǎo)致的內(nèi)壓上升，需終止充電狀態(tài)。此時(shí)，保護(hù)IC需檢測(cè)電池電壓，當(dāng)?shù)竭_(dá)4.25V時(shí)（假設(shè)電池過(guò)充點(diǎn)為4.25V）即激活過(guò)度充電保護(hù)，將功率MOS由開轉(zhuǎn)為關(guān)斷，進(jìn)而截止充電。另外， 還必須注意因噪聲所產(chǎn)生的過(guò)度充電檢出誤動(dòng)作，以免判定為過(guò)充保護(hù)。因此，需要設(shè)定延遲時(shí)間，并且延遲時(shí)間不能短于噪聲的持續(xù)時(shí)間。

過(guò)度放電保護(hù)

在過(guò)度放電的情況下，電解液因分解而導(dǎo)致電池特性劣化，并造成充電次數(shù)的降低。采用鋰電池保護(hù)IC可以避免過(guò)度放電現(xiàn)象發(fā)生，實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)功能。

過(guò)度放電保護(hù)IC原理：為了防止鋰電池的過(guò)度放電狀態(tài)，假設(shè)鋰電池接上負(fù)載，當(dāng)鋰電池電壓低于其過(guò)度放電電壓檢測(cè)點(diǎn)（假定為2.3V）時(shí)將激活過(guò)度放電保護(hù)，使功率MOSFET由開轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷而截止放電，以避免電池過(guò)度放電現(xiàn)象發(fā)生，并將電池保持在低靜態(tài)電流的待機(jī)模式，此時(shí)的電流僅 0.1uA。

當(dāng)鋰電池接上充電器，且此時(shí)鋰電池電壓高于過(guò)度放電電壓時(shí)，過(guò)度放電保護(hù)功能方可解除。另外，考慮到脈沖放電的情況，過(guò)放電檢測(cè)電路設(shè)有延遲時(shí)間以避免發(fā)生誤動(dòng)作。

過(guò)電流及短路電流

因?yàn)椴幻髟颍ǚ烹姇r(shí)或正負(fù)極遭金屬物誤觸）造成過(guò)電流或短路，為確保安全，必須使其立即停止放電。

過(guò)電流保護(hù)IC原理為，當(dāng)放電電流過(guò)大或短路情況發(fā)生時(shí)，保護(hù)IC將激活過(guò)（短路）電流保護(hù)，此時(shí)過(guò)電流的檢測(cè)是將功率MOSFET的 Rds（on）當(dāng)成感應(yīng)阻抗用以監(jiān)測(cè)其電壓的下降情形，如果比所定的過(guò)電流檢測(cè)電壓還高則停止放電，計(jì)算公式為： V-=I×Rds（on）×2（V-為過(guò)電流檢測(cè)電壓，I為放電電流）。假設(shè)V-=0.2V,Rds（on）=25mΩ，則保護(hù)電流的大小為I=4A。

同樣地，過(guò)電流檢測(cè)也必須設(shè)有延遲時(shí)間以防有突發(fā)電流流入時(shí)發(fā)生誤動(dòng)作。通常在過(guò)電流發(fā)生后，若能去除過(guò)電流因素（例如馬上與負(fù)載脫離），將會(huì)恢復(fù)其正常狀態(tài)，可以再進(jìn)行正常的充放電動(dòng)作。