铁锂电池在本地区的现网应用场景、安装施工、参数设置等方面的问题该如何解决？
来源：宝鄂实业
2019-05-05 16:53
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经过几年的发展，磷酸铁锂电池在通信行业的应用已从试点阶段进入小规模应用阶段。相比铅酸电池，磷酸铁锂电池在循环寿命、工作温度、重量比能量、体积比能量等方面的性能优势已众所周知，相关参数对比的文章也很多，在此不再赘述。本文分析探讨了铁锂电池在本地区的现网应用场景、安装施工、参数设置等方面的问题。
一、磷酸铁锂电池的分类
根据单芯电池的数量不同有15串和16串组成的电池组，由于低温特性相对较好，目前中国移动通信集团浙江有限公司杭州分公司都采用16串电池。本文基于16串铁锂电池进行论述。
从应用上分类磷酸铁锂电池分为集成式和分立式电池组；根据电池组与电池管理系统的不同组合，中国移动通信用基站磷酸铁锂电池企业标准(QB-H-005-2012)中主要分为三种模式。
(1)IBS模式：由16只小容量磷酸铁锂电池串联和电池管理系统置于同一装置内的一体化电池组。
(2)LBMS模式：由16只较大容量磷酸铁锂电池串联和电池管理系统组成，电池管理系统可以独立安装，也可以安装于开关电源系统内的分立式电池组。
(3)LBAM模式：由16只较大容量磷酸铁锂电池串联和电池采集模块组成，电池的保护与告警功能由开关电源系统完成的分立式电池组。
目前IBS模式已在浙江省批量应用，后两种模式仅在零星试点阶段。笔者以为后两种模式尚未推广，主要基于价格偏高及通信用分立式磷酸铁锂电池组的行业标准尚未出台两个因素。
二、室外通信站的应用
目前IBS模式的磷酸铁锂电池技术比较成熟，常规使用的单组电池容量有10 Ah、20Ah、30Ah、50Ah，作为铅酸电池的替代和补充。根据铁锂电池耐高温、可高倍率放电等特性，主要应用在室内分布、WLAN、室外机柜站等环境恶劣的场景。其中室外机柜站点由于一年四季环境温差变化大，特别是夏季高温，被盗频繁等原因，该类型站点现网后备电源保障情况严峻，成本高。
本地区室外机柜都采用通风或热交换方式，夏季高温电池柜内温度可高达55℃ ，少数机柜甚至更高，铅酸电池一般两年就要更新替换。2012年底钱塘旅游公司室外基站，用150Ah的集成式磷酸铁锂电池替换原有的200 Ah铅酸电池作为试点，通过测试两年来铁锂电池各项性能依旧良好。按今年本省集采价格计算，150Ah铁锂电池价格为11400元，原品牌200Ah铅酸电池5040元／组。而铁锂电池保修期为6年，6年内铅酸电池需更换3组共计费用15120元，其中还不考虑更换及物流费用。另外室外站铅酸电池的被盗率很高，由于铁锂电池是新兴产品外界辨识率低，且暂无销赃渠道，被盗率很低。
从中长期看室外站推广使用集成式磷酸铁锂电池能起到降本增效的效果。通过交流了解，省内其他地区也存在类似情况，可见室外站用磷酸铁锂电池替代铅酸电池的需求尤为迫切。
锂电池生产的一致性是业界公认的南图，尽管通过如电压、内阻，使用极差系数法、标准差洗漱法和阈值法来筛选相对一致的电池，但是电池成组后，电池组内电池一致性就很难维持，其影响因素诸多，如温度场、电池极化、自放电等。
因而，电池组内电池一致性的控制就显得格外重要，目前，行业普遍采用电池管理系统来控制电池组内电池的一致性和安全，从而保护电池组，延长产品使用寿命。采用电池管理系统（BMS）可以实现电池相对一致性的控制，从而避免由于电池不一致在使用过程中可能造成的过充过放，相对延长电池组的使用寿命。带有均衡功能的电池管理系统在一定程度上环节了电池组的不一致问题，使电池组容量和能量利用率得以最大化。
一、磷酸铁锂电池的分类
根据单芯电池的数量不同有15串和16串组成的电池组，由于低温特性相对较好，目前中国移动通信集团浙江有限公司杭州分公司都采用16串电池。本文基于16串铁锂电池进行论述。
从应用上分类磷酸铁锂电池分为集成式和分立式电池组；根据电池组与电池管理系统的不同组合，中国移动通信用基站磷酸铁锂电池企业标准(QB-H-005-2012)中主要分为三种模式。
(1)IBS模式：由16只小容量磷酸铁锂电池串联和电池管理系统置于同一装置内的一体化电池组。
(2)LBMS模式：由16只较大容量磷酸铁锂电池串联和电池管理系统组成，电池管理系统可以独立安装，也可以安装于开关电源系统内的分立式电池组。
(3)LBAM模式：由16只较大容量磷酸铁锂电池串联和电池采集模块组成，电池的保护与告警功能由开关电源系统完成的分立式电池组。
目前IBS模式已在浙江省批量应用，后两种模式仅在零星试点阶段。笔者以为后两种模式尚未推广，主要基于价格偏高及通信用分立式磷酸铁锂电池组的行业标准尚未出台两个因素。
二、室外通信站的应用
目前IBS模式的磷酸铁锂电池技术比较成熟，常规使用的单组电池容量有10 Ah、20Ah、30Ah、50Ah，作为铅酸电池的替代和补充。根据铁锂电池耐高温、可高倍率放电等特性，主要应用在室内分布、WLAN、室外机柜站等环境恶劣的场景。其中室外机柜站点由于一年四季环境温差变化大，特别是夏季高温，被盗频繁等原因，该类型站点现网后备电源保障情况严峻，成本高。
本地区室外机柜都采用通风或热交换方式，夏季高温电池柜内温度可高达55℃ ，少数机柜甚至更高，铅酸电池一般两年就要更新替换。2012年底钱塘旅游公司室外基站，用150Ah的集成式磷酸铁锂电池替换原有的200 Ah铅酸电池作为试点，通过测试两年来铁锂电池各项性能依旧良好。按今年本省集采价格计算，150Ah铁锂电池价格为11400元，原品牌200Ah铅酸电池5040元／组。而铁锂电池保修期为6年，6年内铅酸电池需更换3组共计费用15120元，其中还不考虑更换及物流费用。另外室外站铅酸电池的被盗率很高，由于铁锂电池是新兴产品外界辨识率低，且暂无销赃渠道，被盗率很低。
从中长期看室外站推广使用集成式磷酸铁锂电池能起到降本增效的效果。通过交流了解，省内其他地区也存在类似情况，可见室外站用磷酸铁锂电池替代铅酸电池的需求尤为迫切。
锂电池生产的一致性是业界公认的南图，尽管通过如电压、内阻，使用极差系数法、标准差洗漱法和阈值法来筛选相对一致的电池，但是电池成组后，电池组内电池一致性就很难维持，其影响因素诸多，如温度场、电池极化、自放电等。
因而，电池组内电池一致性的控制就显得格外重要，目前，行业普遍采用电池管理系统来控制电池组内电池的一致性和安全，从而保护电池组，延长产品使用寿命。采用电池管理系统（BMS）可以实现电池相对一致性的控制，从而避免由于电池不一致在使用过程中可能造成的过充过放，相对延长电池组的使用寿命。带有均衡功能的电池管理系统在一定程度上环节了电池组的不一致问题，使电池组容量和能量利用率得以最大化。
从实验数据中分析可以看出：带有MBS的电池组采用充放电设备或充电器进行充电，最高电压的出现点往往在恒压充电初期。电池组内的电池初始的微小电压不一致是客观存在的，尽管初始的电压不一致较小，且在恒压充电过程中能够得到一定的均衡，电池的电压不一致得到一定的调节。但是在长期的使用中，电池组内的电池在温度场等方面的催化下，不一致现象必然逐渐加剧，进而可能导致电池在充放电过程中产生过充或过放现象，当然电池组管理系统也必然会在保证安全的前提下牺牲比分电池的充放电容量来保证电池间的一致性。
当进行50%不均衡设置的电池组采用充放电设备或充电器充电，在充电进入恒压或类似恒压阶段时，电池组内电池均达到自身的最高电压，此时，电池间的电压也得到一定的调节，但是充电设备会对电池造成过充且电压也得到一定的调节，但是充电设备会对电池造成过充且电压不一致性的调节能力较小，而充电器不仅能够防止单个电池的过充，对不一致的均衡作用相对要明显。
总体流程：混合制浆>涂敷干燥>涂敷干燥>辊压 >切条> 制极片> 卷绕> 绝缘检测> 封装>绝缘检测>真空干燥> 注液> 封口> 充电化成> 抽气> 封边 > 折边> 化成分容检测> 老化检测
18650型锂离子电池中的数字代表外表尺寸: 18 指电池直径18.0 mm， 650 指电池高度65.0 mm。18650 型锂离子电池寿命理论为循环充电1000 次，主要用于笔记本。此外，因在工作中的稳定性能非常好，也广泛应用于电子领域，常用于高档强光手电、随身电源、无线数据传输器、电热保暖衣、便携式仪器仪表和照明设备、便携式打印机、工业仪器、医疗仪器等。
锂离子电池的安全问题一直是制约其进一步发展的重大难题，而电池的安全性问题归根结底反映在温度上。随着锂离子电池使用场合的复杂化，锂离子电池暴露在高温环境下的几率越来越大，在外部温度不断升高的条件下，电池内部温度也不断升高。由于强放热反应而使电池温度突然升高导致热失控，便可能引起起火、爆炸等现象。
国内外学者对锂离子电池热失控进行了研究，包括电池材料的热稳定性研究，探索热失控机理和寻求安全性更强的电池材料。Hatchard 等通过建立锂离子电池的一维热烤箱模型，预测了锂离子电池在烤箱滥用过程中的热行为。Spotnitz 等通过建立锂离子一维分层滥用模型，模拟了锂离子电池烤箱试验，发现负极黏结剂在电池热失控过程中所起作用很小。Kim 等通过建立锂离子电池的三维热滥用模型模拟了155 ℃烤箱试验中不同尺寸圆柱形电池内部温度场的演化，并研究了电池内部化学反应的扩散过程。赖彭飞等建立了圆柱形锂离子电池三维烤箱数值模，研究了温度和充电状态对电池热失控的影响，提出了判别电池热安全性的临界曲线分析法。这些理论和相关试验为认识高温环境下锂离子电池热失控提供了依据，但这些研究均基于烤箱试验，对于恒定加热功率条件下锂离子电池热失控过程规律、反应失控放热量等方面涉及较少。
18650型锂离子电池中的数字代表外表尺寸: 18 指电池直径18.0 mm， 650 指电池高度65.0 mm。18650 型锂离子电池寿命理论为循环充电1000 次，主要用于笔记本。此外，因在工作中的稳定性能非常好，也广泛应用于电子领域，常用于高档强光手电、随身电源、无线数据传输器、电热保暖衣、便携式仪器仪表和照明设备、便携式打印机、工业仪器、医疗仪器等。
锂离子电池的安全问题一直是制约其进一步发展的重大难题，而电池的安全性问题归根结底反映在温度上。随着锂离子电池使用场合的复杂化，锂离子电池暴露在高温环境下的几率越来越大，在外部温度不断升高的条件下，电池内部温度也不断升高。由于强放热反应而使电池温度突然升高导致热失控，便可能引起起火、爆炸等现象。
国内外学者对锂离子电池热失控进行了研究，包括电池材料的热稳定性研究，探索热失控机理和寻求安全性更强的电池材料。Hatchard 等通过建立锂离子电池的一维热烤箱模型，预测了锂离子电池在烤箱滥用过程中的热行为。Spotnitz 等通过建立锂离子一维分层滥用模型，模拟了锂离子电池烤箱试验，发现负极黏结剂在电池热失控过程中所起作用很小。Kim 等通过建立锂离子电池的三维热滥用模型模拟了155 ℃烤箱试验中不同尺寸圆柱形电池内部温度场的演化，并研究了电池内部化学反应的扩散过程。赖彭飞等建立了圆柱形锂离子电池三维烤箱数值模，研究了温度和充电状态对电池热失控的影响，提出了判别电池热安全性的临界曲线分析法。这些理论和相关试验为认识高温环境下锂离子电池热失控提供了依据，但这些研究均基于烤箱试验，对于恒定加热功率条件下锂离子电池热失控过程规律、反应失控放热量等方面涉及较少。
综上所述，电池组内电池出现最高电压往往是在恒压充电初期，电池组内电池间的不一致性是先天客观存在的，更多的来源于长期使用过程中，每一次充放电循环并不会引起电池间产生较大电压差和荷垫状态差异，即不会导致较大不一致；电池组内管理系统在充放电过程中也会对不一致进行一定的调节，也能够防止极端不平衡情况下对电池造成过充。
