磷酸鐵鋰電池的節能減排使用

磷酸鐵鋰電池(簡稱：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壽命長、耐高溫、體積小、重量輕、無污染等優勢，移動通信、電動車、國家電網等行業都在對其進行研究和使用。其中通信行業在各研究院所技術專家的初步論證下建立了多種鐵電池的實驗站點，探究鐵電池的節能減排效益。

本文將結合現有使用案例，擬對通信用磷酸鐵鋰電池的節能減排使用方向、困難以及前景進行探討分解，以起到拋磚引玉的用途，吸引更多的行業專家對此類新型蓄電池予以關注和研究。

磷酸鐵鋰鐵電池簡介

1990年，索尼公司率先在試驗室推出了以LiCoO2為正極材料的鋰電池，并于1991年開始產業化加工。與傳統的鉛酸電池相比，鋰電池在工作電壓、能量密度、循環壽命等方面都具有顯著優點。所以，在過去的二十年間鋰電池被廣泛使用于便攜電子設備、電動工具等范疇。而近幾年，隨著全球對節能減排的關注，鋰電池也逐漸被使用于通信、國家電網以及電動車等多種行業。關于通信電源行業節能減排來說，要求蓄電池體積更小、重量更輕、壽命更長、更耐高溫、維護更容易、性能更穩定、更環保等，因此為了順應這些需求，鋰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電池相比，具有以下優勢：

(1)能量密度高：標稱電壓為3.2V，能量密度是鉛酸蓄電池的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性能，充放電平臺十分平穩，充放電過程中結構穩定，電池不燃燒、不爆炸、安全性好;

高溫性能好：外部溫度55℃時電池正常工作;

高功率輸出：標準放電為0.2C、可3C充放;

長循環壽命：常溫1C充放電，單體經2000次循環后容量仍大于80%;

環保：整個加工過程清潔無毒，所有原料都無毒。

通信用磷酸鐵鋰電池使用相比傳統的鉛酸電池更能體現“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品形式

通信行業用蓄電池常用的電壓等級有2V和12V，與直流開關電源系統配套使用的蓄電池包電壓等級為24V、48V，與UpS交流電源系統配套使用的蓄電池包電壓等級為24V、36V、48V、96V、240V、384V等。常用的蓄電池包容量等級從25Ah、65Ah、100Ah、150Ah、200Ah、500Ah、1000Ah不等。

為滿足通信行業需求，磷酸鐵鋰電池產品形式緊要有12V、48V模塊兩種類型，容量等級為10Ah、20Ah、50Ah、150Ah、200Ah等，電池模組通過串并聯，可以行成多種電壓等級、多種容量的電池包，滿足開關電源和UpS備電的各種需求

目前磷酸鐵鋰電池產品的緊要以下三種規格：

通過將12V或48V電池模塊進行串聯組合，可以形成240V、336V、384V電池包，滿足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品類型相比較較豐富了，要怎么樣讓其合理的使用于移動通信電源行業呢?

思路是：首先是理清行業需求，其次是分解產品優點，再次是制定差異化的節能減排的使用辦法，最后再進行詳盡的數據比較分解。

通信電源行業對蓄電池的三類典型需求

通信用直流開關電源系統

鑒于通信的高可靠性要求，完善的通信電源處理辦法要求開關電源系統配置蓄電池。通信主設備、附屬設備種類眾多，開關電源使用場景也很多，總結緊要有以下幾種：

(a)戶外型基站;

(b)村通等無空調的基站;

(c)空間緊張的室內宏基站;

(d)直流供電的室內傾覆/分布式信源站;

(e)無市電或三四類市電地區的太陽能光伏基站;

(f)直流供電辦法的WLAN站點等。

通信用UpS交流電源系統

UpS交流電源系統緊要使用于供配電系統的交流主回路部分，通信行業使用UpS交流電源系統的場景緊要如下：

(a)交流供電的室內傾覆/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)交流供電辦法的WLAN站點等。

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)是目前通信機房使用的新型供電系統，其配套電池包電壓等級有240V和336V兩種，蓄電池容量通常為50Ah～200Ah。

磷酸鐵鋰電池使用于通信行業的三大使用優點

關于通信行業，緊要關注磷酸鐵鋰電池的三大優點，從“節能”、“節地”、“節材”的角度體現節能減排。

體積小、重量輕

關于民用住宅內的站點，可節省承重加固的費用，進一步加速站點的建設，“節材”優點更加分明。

高溫性能優異

優異的耐高溫性能可成倍新增戶外站電池的壽命，降低維護及更換電池費用，供應系統可靠性;此外在有空調的基站中，可以嘗試將空調設置為35度時啟動，能有效降低基站均勻電耗，“節能”優點更加分明。

高功率放電

鐵電池在3C以上放電仍舊能放出全部容量的90%以上，高功率、深度放電的優點能有效降低目前UpS備用電池的總容量、容量降低的時對機房空間及承緊要求過大等問題也伴隨得到處理，“節地”優點更加分明。

通信用磷酸鐵鋰電池節能減排使用方向

比亞迪將通信行業三大典型需求與鐵電池的三大產品優點有機的結合起來，行成了神奇的通信用鐵電池電源系統處理辦法，提出了通信電源行業節能減排的幾種使用辦法。

室外一體化鐵電池電源處理辦法

室外通信基站太陽直射，內置的鉛酸電池壽命通常不超過2年，本辦法采用磷酸鐵鋰電池，耐高溫性能優異，壽命達到5-10年。

此辦法中電池的體積小，重量輕，耐高溫、長使用壽命等優點在“節能”“節材”“節地”三個方面實現節能減排的目的，同時有效降低維護運營成本。

村通等無空調的基站電源處理辦法

村通工程的基站都設在偏遠的農村，規模小、配置小，基本上都沒有空調，而且停電頻繁，鉛酸蓄電池在惡劣環境下工作的壽命短、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，循環壽命長，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，同時還能改善網絡供電質量。

空間緊張的室內宏基站電源處理辦法

室內宏基站數量多，傾覆廣，要求供電可靠，所以一般都有兩組電池備電。站內鉛酸蓄電池占地面積大、重量過重，當話務量增多而引起擴容需求時站內空間制約了新增設備的可能。

倘若采用一體化開關電源配合鐵電池，則可降低機房中電源及電池的占地面積，滿足設備擴容的需求。同時鐵電池耐高溫性能優異，可以將站內空調啟動溫度提高到35度左右，能夠降低空調的能耗，通過節省電費有效降低運營成本，在“節能”“節地”“節材”三方面達到節能減排的目的。

室內傾覆/分布式站電源處理辦法

原有2G網絡的室內傾覆，加之3G及WLAN熱點的不斷新建，室內傾覆站的數量將進一步增多。由于室內傾覆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進行備電則可有效處理該類問題。

通信用高壓直流電源系統(HVDC)供電辦法

針對數據中心的供電辦法，行業專家提出了通信用240V/336V高壓直流電源系統。該系統對蓄電池的要求的特點是高電壓(240V/336V)、短時間、大電流放電。如采用機架式磷酸鐵鋰電池包則有以下優點：

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戒備設備因輸入電壓的大范圍波動而引起異常。

嵌入式UpS交流電源系統供電辦法

關于中小型數據中心，歐美的發達國家還有一種嵌入式UpS分布式供電辦法，即用小功率UpS與網絡柜配合以機柜為單位為服務器供電。選擇鐵電池UpS有以下優點：

重量輕，節省機房加固成本;

體積小，3KVA鐵電池機UpS僅占網絡柜2U空間，提高服務器裝機率;

電池長壽命，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，滿足IDC機房高安全性的要求通信用磷酸鐵鋰電池使用的節能減排案例及效益分解

自2009年起，比亞迪公司與國內運營商開始試點合作，以下是與廣東移動首批試點案例分解。

深圳移動試點案例

與深圳移動自2010年四月開始試點，試點緊要類型是宏基站和UpS直放站，其中比亞學校站的電池放置于站外朝南側，處于太陽直射狀態，模擬極高溫度下探測容量衰減;九州賓館站采用72V150AH鐵電池與3KVA在線式UpS配合，相關試點分別于2010年五月九月及2011年一月三月進行四次全容量探測。

惠州移動村通站試點案例

與惠州移動的試點合作緊要以村通基站為主，其中下涇站位于惠州博羅縣境內一座小山上，站內無空調，夏季站內溫度最高達45度左右。原有鉛酸蓄電池幾乎3-6個月更換一次。該站配置48V200AH鐵電池，試點于2010年一月建成，分別于2010年一月、五月、九月及2011年一月進行了4次全容量探測。

通信用鐵電池電源系統試點總結

(1)室內宏基站鐵電池的試點效果與鉛酸蓄電池相比一年期衰減優點不分明;

(2)無空調的站點中鐵電池的衰減與有空調的站點相比衰減相同，宏站中恒溫措施對電池衰減的延緩用途不大;

(3)鐵電池試點前半年的衰減較快，后半年的衰減趨勢變緩;

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

(5)鐵電池與開關電源配合試點效果好于與UpS配合的微蜂窩站，分解原由是開關電源的電池管理相關參數可以調整，而UpS的電池管理默認按鉛酸蓄電池設定，沒有人機界面調整。

綜上所述，鐵電池優異的高溫性能通過試點體現出來，關于宏基站調高站內空調啟動溫度以節省空調能耗的方法基本可行，可進一步探索升溫后帶來的電費節省的定量效果;關于室外站和無空調的村通站則可以大力推廣磷酸鐵鋰電池。

下一步鐵電池宏基站試點的探索辦法

宏基站中一般配置1-2臺空調以調節站內溫度，倘若采用磷酸鐵鋰電池，則關于容量不大的站點，完全可取消空調的配置，節省初始成本投資及后續運營過程中的每月電費。關于容量較大，很緊要的站點，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溫度，以達到初始投資成本及運營成本的降低。

通信用磷酸鐵鋰電池推廣難點及展望

磷酸鐵鋰電池在移動通信行業屬于新生事物，在進行試點驗證新產品優點的同時也發現了部分問題，倘若不得到有效處理勢必會影響該新型蓄電池在通信行業的使用。

(1)磷酸鐵鋰電池廠家要進一步優化產品結構設計，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點全面體現出來;

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

(3)隨著移動通信行電源的發展，磷酸鐵鋰電池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要標準化，在開關電源上使用目前可以無縫替換，但在UpS上則需UpS廠家新增人機界面把電池管理參數設置為可調、充電方式進行調整、硬件上預留與電池通信的相關接口;

(5)關于搭配BMS使用的磷酸鐵鋰電池，因BMS對電池的過充保護斷開電路是瞬時性的，要求開關電源廠家設計的均衡模塊能夠耐受大電流波動的沖擊

總之，現階段磷酸鐵鋰電池在通信行業的使用得到了廣泛的重視，通信用磷酸鐵鋰電池通信行業標準的編寫工作，目前已經在報批稿階段，在各行業中走在最前列。本文僅結合現有使用案例，分解討論了通信用磷酸鐵鋰電池的節能減排使用的初步成果及問題，以起到拋磚引玉的用途，吸引更多的電源廠家及行業專家對此類新型蓄電池予以關注和研究。

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