鐵鋰電池在本地區(qū)的現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用場景、安裝施工、參數(shù)設(shè)置等方面的問題該如何解決？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-05 16:53
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經(jīng)過幾年的發(fā)展，磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)的應(yīng)用已從試點(diǎn)階段進(jìn)入小規(guī)模應(yīng)用階段。相比鉛酸電池，磷酸鐵鋰電池在循環(huán)壽命、工作溫度、重量比能量、體積比能量等方面的性能優(yōu)勢(shì)已眾所周知，相關(guān)參數(shù)對(duì)比的文章也很多，在此不再贅述。本文分析探討了鐵鋰電池在本地區(qū)的現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用場景、安裝施工、參數(shù)設(shè)置等方面的問題。
一、磷酸鐵鋰電池的分類
根據(jù)單芯電池的數(shù)量不同有15串和16串組成的電池組，由于低溫特性相對(duì)較好，目前中國移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司杭州分公司都采用16串電池。本文基于16串鐵鋰電池進(jìn)行論述。
從應(yīng)用上分類磷酸鐵鋰電池分為集成式和分立式電池組；根據(jù)電池組與電池管理系統(tǒng)的不同組合，中國移動(dòng)通信用基站磷酸鐵鋰電池企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QB-H-005-2012)中主要分為三種模式。
(1)IBS模式：由16只小容量磷酸鐵鋰電池串聯(lián)和電池管理系統(tǒng)置于同一裝置內(nèi)的一體化電池組。
(2)LBMS模式：由16只較大容量磷酸鐵鋰電池串聯(lián)和電池管理系統(tǒng)組成，電池管理系統(tǒng)可以獨(dú)立安裝，也可以安裝于開關(guān)電源系統(tǒng)內(nèi)的分立式電池組。
(3)LBAM模式：由16只較大容量磷酸鐵鋰電池串聯(lián)和電池采集模塊組成，電池的保護(hù)與告警功能由開關(guān)電源系統(tǒng)完成的分立式電池組。
目前IBS模式已在浙江省批量應(yīng)用，后兩種模式僅在零星試點(diǎn)階段。筆者以為后兩種模式尚未推廣，主要基于價(jià)格偏高及通信用分立式磷酸鐵鋰電池組的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)兩個(gè)因素。
二、室外通信站的應(yīng)用
目前IBS模式的磷酸鐵鋰電池技術(shù)比較成熟，常規(guī)使用的單組電池容量有10 Ah、20Ah、30Ah、50Ah，作為鉛酸電池的替代和補(bǔ)充。根據(jù)鐵鋰電池耐高溫、可高倍率放電等特性，主要應(yīng)用在室內(nèi)分布、WLAN、室外機(jī)柜站等環(huán)境惡劣的場景。其中室外機(jī)柜站點(diǎn)由于一年四季環(huán)境溫差變化大，特別是夏季高溫，被盜頻繁等原因，該類型站點(diǎn)現(xiàn)網(wǎng)后備電源保障情況嚴(yán)峻，成本高。
本地區(qū)室外機(jī)柜都采用通風(fēng)或熱交換方式，夏季高溫電池柜內(nèi)溫度可高達(dá)55℃ ，少數(shù)機(jī)柜甚至更高，鉛酸電池一般兩年就要更新替換。2012年底錢塘旅游公司室外基站，用150Ah的集成式磷酸鐵鋰電池替換原有的200 Ah鉛酸電池作為試點(diǎn)，通過測(cè)試兩年來鐵鋰電池各項(xiàng)性能依舊良好。按今年本省集采價(jià)格計(jì)算，150Ah鐵鋰電池價(jià)格為11400元，原品牌200Ah鉛酸電池5040元／組。而鐵鋰電池保修期為6年，6年內(nèi)鉛酸電池需更換3組共計(jì)費(fèi)用15120元，其中還不考慮更換及物流費(fèi)用。另外室外站鉛酸電池的被盜率很高，由于鐵鋰電池是新興產(chǎn)品外界辨識(shí)率低，且暫無銷贓渠道，被盜率很低。
從中長期看室外站推廣使用集成式磷酸鐵鋰電池能起到降本增效的效果。通過交流了解，省內(nèi)其他地區(qū)也存在類似情況，可見室外站用磷酸鐵鋰電池替代鉛酸電池的需求尤為迫切。
鋰電池生產(chǎn)的一致性是業(yè)界公認(rèn)的南圖，盡管通過如電壓、內(nèi)阻，使用極差系數(shù)法、標(biāo)準(zhǔn)差洗漱法和閾值法來篩選相對(duì)一致的電池，但是電池成組后，電池組內(nèi)電池一致性就很難維持，其影響因素諸多，如溫度場、電池極化、自放電等。
因而，電池組內(nèi)電池一致性的控制就顯得格外重要，目前，行業(yè)普遍采用電池管理系統(tǒng)來控制電池組內(nèi)電池的一致性和安全，從而保護(hù)電池組，延長產(chǎn)品使用壽命。采用電池管理系統(tǒng)（BMS）可以實(shí)現(xiàn)電池相對(duì)一致性的控制，從而避免由于電池不一致在使用過程中可能造成的過充過放，相對(duì)延長電池組的使用壽命。帶有均衡功能的電池管理系統(tǒng)在一定程度上環(huán)節(jié)了電池組的不一致問題，使電池組容量和能量利用率得以最大化。
一、磷酸鐵鋰電池的分類
根據(jù)單芯電池的數(shù)量不同有15串和16串組成的電池組，由于低溫特性相對(duì)較好，目前中國移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司杭州分公司都采用16串電池。本文基于16串鐵鋰電池進(jìn)行論述。
從應(yīng)用上分類磷酸鐵鋰電池分為集成式和分立式電池組；根據(jù)電池組與電池管理系統(tǒng)的不同組合，中國移動(dòng)通信用基站磷酸鐵鋰電池企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QB-H-005-2012)中主要分為三種模式。
(1)IBS模式：由16只小容量磷酸鐵鋰電池串聯(lián)和電池管理系統(tǒng)置于同一裝置內(nèi)的一體化電池組。
(2)LBMS模式：由16只較大容量磷酸鐵鋰電池串聯(lián)和電池管理系統(tǒng)組成，電池管理系統(tǒng)可以獨(dú)立安裝，也可以安裝于開關(guān)電源系統(tǒng)內(nèi)的分立式電池組。
(3)LBAM模式：由16只較大容量磷酸鐵鋰電池串聯(lián)和電池采集模塊組成，電池的保護(hù)與告警功能由開關(guān)電源系統(tǒng)完成的分立式電池組。
目前IBS模式已在浙江省批量應(yīng)用，后兩種模式僅在零星試點(diǎn)階段。筆者以為后兩種模式尚未推廣，主要基于價(jià)格偏高及通信用分立式磷酸鐵鋰電池組的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)兩個(gè)因素。
二、室外通信站的應(yīng)用
目前IBS模式的磷酸鐵鋰電池技術(shù)比較成熟，常規(guī)使用的單組電池容量有10 Ah、20Ah、30Ah、50Ah，作為鉛酸電池的替代和補(bǔ)充。根據(jù)鐵鋰電池耐高溫、可高倍率放電等特性，主要應(yīng)用在室內(nèi)分布、WLAN、室外機(jī)柜站等環(huán)境惡劣的場景。其中室外機(jī)柜站點(diǎn)由于一年四季環(huán)境溫差變化大，特別是夏季高溫，被盜頻繁等原因，該類型站點(diǎn)現(xiàn)網(wǎng)后備電源保障情況嚴(yán)峻，成本高。
本地區(qū)室外機(jī)柜都采用通風(fēng)或熱交換方式，夏季高溫電池柜內(nèi)溫度可高達(dá)55℃ ，少數(shù)機(jī)柜甚至更高，鉛酸電池一般兩年就要更新替換。2012年底錢塘旅游公司室外基站，用150Ah的集成式磷酸鐵鋰電池替換原有的200 Ah鉛酸電池作為試點(diǎn)，通過測(cè)試兩年來鐵鋰電池各項(xiàng)性能依舊良好。按今年本省集采價(jià)格計(jì)算，150Ah鐵鋰電池價(jià)格為11400元，原品牌200Ah鉛酸電池5040元／組。而鐵鋰電池保修期為6年，6年內(nèi)鉛酸電池需更換3組共計(jì)費(fèi)用15120元，其中還不考慮更換及物流費(fèi)用。另外室外站鉛酸電池的被盜率很高，由于鐵鋰電池是新興產(chǎn)品外界辨識(shí)率低，且暫無銷贓渠道，被盜率很低。
從中長期看室外站推廣使用集成式磷酸鐵鋰電池能起到降本增效的效果。通過交流了解，省內(nèi)其他地區(qū)也存在類似情況，可見室外站用磷酸鐵鋰電池替代鉛酸電池的需求尤為迫切。
鋰電池生產(chǎn)的一致性是業(yè)界公認(rèn)的南圖，盡管通過如電壓、內(nèi)阻，使用極差系數(shù)法、標(biāo)準(zhǔn)差洗漱法和閾值法來篩選相對(duì)一致的電池，但是電池成組后，電池組內(nèi)電池一致性就很難維持，其影響因素諸多，如溫度場、電池極化、自放電等。
因而，電池組內(nèi)電池一致性的控制就顯得格外重要，目前，行業(yè)普遍采用電池管理系統(tǒng)來控制電池組內(nèi)電池的一致性和安全，從而保護(hù)電池組，延長產(chǎn)品使用壽命。采用電池管理系統(tǒng)（BMS）可以實(shí)現(xiàn)電池相對(duì)一致性的控制，從而避免由于電池不一致在使用過程中可能造成的過充過放，相對(duì)延長電池組的使用壽命。帶有均衡功能的電池管理系統(tǒng)在一定程度上環(huán)節(jié)了電池組的不一致問題，使電池組容量和能量利用率得以最大化。
從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中分析可以看出：帶有MBS的電池組采用充放電設(shè)備或充電器進(jìn)行充電，最高電壓的出現(xiàn)點(diǎn)往往在恒壓充電初期。電池組內(nèi)的電池初始的微小電壓不一致是客觀存在的，盡管初始的電壓不一致較小，且在恒壓充電過程中能夠得到一定的均衡，電池的電壓不一致得到一定的調(diào)節(jié)。但是在長期的使用中，電池組內(nèi)的電池在溫度場等方面的催化下，不一致現(xiàn)象必然逐漸加劇，進(jìn)而可能導(dǎo)致電池在充放電過程中產(chǎn)生過充或過放現(xiàn)象，當(dāng)然電池組管理系統(tǒng)也必然會(huì)在保證安全的前提下犧牲比分電池的充放電容量來保證電池間的一致性。
當(dāng)進(jìn)行50%不均衡設(shè)置的電池組采用充放電設(shè)備或充電器充電，在充電進(jìn)入恒壓或類似恒壓階段時(shí)，電池組內(nèi)電池均達(dá)到自身的最高電壓，此時(shí)，電池間的電壓也得到一定的調(diào)節(jié)，但是充電設(shè)備會(huì)對(duì)電池造成過充且電壓也得到一定的調(diào)節(jié)，但是充電設(shè)備會(huì)對(duì)電池造成過充且電壓不一致性的調(diào)節(jié)能力較小，而充電器不僅能夠防止單個(gè)電池的過充，對(duì)不一致的均衡作用相對(duì)要明顯。
總體流程：混合制漿>涂敷干燥>涂敷干燥>輥壓 >切條> 制極片> 卷繞> 絕緣檢測(cè)> 封裝>絕緣檢測(cè)>真空干燥> 注液> 封口> 充電化成> 抽氣> 封邊 > 折邊> 化成分容檢測(cè)> 老化檢測(cè)
18650型鋰離子電池中的數(shù)字代表外表尺寸: 18 指電池直徑18.0 mm， 650 指電池高度65.0 mm。18650 型鋰離子電池壽命理論為循環(huán)充電1000 次，主要用于筆記本。此外，因在工作中的穩(wěn)定性能非常好，也廣泛應(yīng)用于電子領(lǐng)域，常用于高檔強(qiáng)光手電、隨身電源、無線數(shù)據(jù)傳輸器、電熱保暖衣、便攜式儀器儀表和照明設(shè)備、便攜式打印機(jī)、工業(yè)儀器、醫(yī)療儀器等。
鋰離子電池的安全問題一直是制約其進(jìn)一步發(fā)展的重大難題，而電池的安全性問題歸根結(jié)底反映在溫度上。隨著鋰離子電池使用場合的復(fù)雜化，鋰離子電池暴露在高溫環(huán)境下的幾率越來越大，在外部溫度不斷升高的條件下，電池內(nèi)部溫度也不斷升高。由于強(qiáng)放熱反應(yīng)而使電池溫度突然升高導(dǎo)致熱失控，便可能引起起火、爆炸等現(xiàn)象。
國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э剡M(jìn)行了研究，包括電池材料的熱穩(wěn)定性研究，探索熱失控機(jī)理和尋求安全性更強(qiáng)的電池材料。Hatchard 等通過建立鋰離子電池的一維熱烤箱模型，預(yù)測(cè)了鋰離子電池在烤箱濫用過程中的熱行為。Spotnitz 等通過建立鋰離子一維分層濫用模型，模擬了鋰離子電池烤箱試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)負(fù)極黏結(jié)劑在電池?zé)崾Э剡^程中所起作用很小。Kim 等通過建立鋰離子電池的三維熱濫用模型模擬了155 ℃烤箱試驗(yàn)中不同尺寸圓柱形電池內(nèi)部溫度場的演化，并研究了電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的擴(kuò)散過程。賴彭飛等建立了圓柱形鋰離子電池三維烤箱數(shù)值模，研究了溫度和充電狀態(tài)對(duì)電池?zé)崾Э氐挠绊?，提出了判別電池?zé)岚踩缘呐R界曲線分析法。這些理論和相關(guān)試驗(yàn)為認(rèn)識(shí)高溫環(huán)境下鋰離子電池?zé)崾Э靥峁┝艘罁?jù)，但這些研究均基于烤箱試驗(yàn)，對(duì)于恒定加熱功率條件下鋰離子電池?zé)崾Э剡^程規(guī)律、反應(yīng)失控放熱量等方面涉及較少。
18650型鋰離子電池中的數(shù)字代表外表尺寸: 18 指電池直徑18.0 mm， 650 指電池高度65.0 mm。18650 型鋰離子電池壽命理論為循環(huán)充電1000 次，主要用于筆記本。此外，因在工作中的穩(wěn)定性能非常好，也廣泛應(yīng)用于電子領(lǐng)域，常用于高檔強(qiáng)光手電、隨身電源、無線數(shù)據(jù)傳輸器、電熱保暖衣、便攜式儀器儀表和照明設(shè)備、便攜式打印機(jī)、工業(yè)儀器、醫(yī)療儀器等。
鋰離子電池的安全問題一直是制約其進(jìn)一步發(fā)展的重大難題，而電池的安全性問題歸根結(jié)底反映在溫度上。隨著鋰離子電池使用場合的復(fù)雜化，鋰離子電池暴露在高溫環(huán)境下的幾率越來越大，在外部溫度不斷升高的條件下，電池內(nèi)部溫度也不斷升高。由于強(qiáng)放熱反應(yīng)而使電池溫度突然升高導(dǎo)致熱失控，便可能引起起火、爆炸等現(xiàn)象。
國內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э剡M(jìn)行了研究，包括電池材料的熱穩(wěn)定性研究，探索熱失控機(jī)理和尋求安全性更強(qiáng)的電池材料。Hatchard 等通過建立鋰離子電池的一維熱烤箱模型，預(yù)測(cè)了鋰離子電池在烤箱濫用過程中的熱行為。Spotnitz 等通過建立鋰離子一維分層濫用模型，模擬了鋰離子電池烤箱試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)負(fù)極黏結(jié)劑在電池?zé)崾Э剡^程中所起作用很小。Kim 等通過建立鋰離子電池的三維熱濫用模型模擬了155 ℃烤箱試驗(yàn)中不同尺寸圓柱形電池內(nèi)部溫度場的演化，并研究了電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的擴(kuò)散過程。賴彭飛等建立了圓柱形鋰離子電池三維烤箱數(shù)值模，研究了溫度和充電狀態(tài)對(duì)電池?zé)崾Э氐挠绊?，提出了判別電池?zé)岚踩缘呐R界曲線分析法。這些理論和相關(guān)試驗(yàn)為認(rèn)識(shí)高溫環(huán)境下鋰離子電池?zé)崾Э靥峁┝艘罁?jù)，但這些研究均基于烤箱試驗(yàn)，對(duì)于恒定加熱功率條件下鋰離子電池?zé)崾Э剡^程規(guī)律、反應(yīng)失控放熱量等方面涉及較少。
綜上所述，電池組內(nèi)電池出現(xiàn)最高電壓往往是在恒壓充電初期，電池組內(nèi)電池間的不一致性是先天客觀存在的，更多的來源于長期使用過程中，每一次充放電循環(huán)并不會(huì)引起電池間產(chǎn)生較大電壓差和荷墊狀態(tài)差異，即不會(huì)導(dǎo)致較大不一致；電池組內(nèi)管理系統(tǒng)在充放電過程中也會(huì)對(duì)不一致進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)，也能夠防止極端不平衡情況下對(duì)電池造成過充。
