论磷酸铁锂电池在通信领域中的应用

摘要：本文在总结磷酸铁锂电池的特性与使用现状的基础上，介绍了对比阀控式密封铅酸蓄电池应用特点，从而针对磷酸铁锂电池应用于通信行业中应注意的问题进行探讨与研究，旨在为了提高磷酸铁锂电池的使用效率及促进通信行业的不断发展。

关键词：磷酸铁锂电池；通信；应用

1概述

随着国家对环保工作的重视以及运营企业自身环保理念的提高，人们越来越希望在生产、运输、存储、使用、报废等各个环节减少对环境的污染以及对能源的消耗，特别是去年国家出台一系列针对铅酸蓄电池生产环节的法规，使得阀控式密封铅酸蓄电池产量受到了较大影响，进一步促进了磷酸铁锂锂离子电池（以下简称磷酸铁锂电池）的生产与应用。为此，有必要讨论分析其在通信领域应用的可行性、存在不足以及其他相关问题，增加通信行业蓄电池组使用选择范围，推动运营企业健康发展。

2 磷酸铁锂电池技术特点

磷酸铁锂电池是一个能量密度比与功率密度比都较大、低温性能好、循环寿命长、自放电小 无记忆效应、安全性能较高且具有环保性能的新型电池。实验表明在-20℃时，40Ah电池以0.2C的放电率放电约能放出86%的额定容量；常温时以1C放电率仍能放出96%以上的额定容量；常温1C循环100%DOD放电测试目前已达3000余次。磷酸铁锂电池的正极为橄榄石晶体结构的磷酸铁锂材料通过粘结剂附着在铝箔上，负极是石墨材料通过粘结剂附着在铜箔上，电解质是六氟磷酸锂，正负极间的隔膜采用聚乙烯或者是聚丙烯和聚乙烯复合隔膜或者是陶瓷隔膜，这些材料对人体无害，属于环保型电池。

3磷酸铁锂电池应用现状

由于通信行业用蓄电池大多均采用200Ah以上的容量，目前磷酸铁锂电池单芯容量大多小于50Ah，相对通信行业应用而言容量较小。因此，磷酸铁锂电池目前较多应用在动力行业，如电动汽车、电动工具、电动自行车等。在动力行业的较为广泛应用，使得磷酸铁锂电池生产企业研发的蓄电池管理与保护系统（BMS）更适应于大电流充放制循环使用，而通信行业应用蓄电池的特点普遍是长期浮充制；并且为了适用动力行业蓄电池恶劣的使用环境，采取了许多保护电池的措施，比如温度过高限制过充电、过放电特性，温度过低限制充电特性等。所有这些安全保护与蓄电池管理系统，很好地适应了动力行业的电池应用，但能不能原封不动照搬应用到通信行业则需要认真的分析研究。

4磷酸铁锂电池在通信行业应用分析

近年来，人们才越来越多的关注新型节能环保型电池的技术进步与应用现状。磷酸铁锂电池是现阶段安全性能好、能量体积比较高且应用较广的锂离子电池，在动力行业的应用已经凸显出许多优势，能否通过生产企业的技术改进逐渐应用到通信行业里来呢，答案是肯定的。

首先可以应用到功率较小基站等的电源系统中。因为这类机房所需蓄电池组容量较小，机房内设备运行环境比较恶劣，交流市电不稳定且停电次数多、时间长，维护人员维护设备或者停电后发电很不方便，这些特点决定了应选用温度适应范围宽、具有快速充电性能且使用寿命长的电池。磷酸铁锂电池正好具有这些优点。

由于通信行业蓄电池组的应用是长期浮充制，完全不同于动力行业的充放电制，因此，如果将现有动力用磷酸铁锂电池直接用于通信行业还应解决以下主要问题：

（1）关于组成-48V供电系统的磷酸铁锂电池多少只串联更合适问题

磷酸铁锂电池静态开路电压约为3.2V若应用在通信的—48V直流供电系统中（48V3.2V=15只）似乎15只串联即可，但考虑到磷酸铁锂电池放电终止时电压约为2.5V15只的放电终止电压为37.5V，已经不能满足通信负载的使用需求了。因此用16只串联组成-48V供电系统的后备电池比较合适。

（2）通信用磷酸铁锂电池放电终止电压的保护值问题

由于磷酸铁锂电池放电到2.5V电压时容量基本为零，并且其开路电压（OCV）曲线相对锰酸锂电池初始阶段更加陡峭（见图1）。为了保护电池建议磷酸铁锂电池的BMS系统设置的放电终止保护电压为2.7V，这样16只串联的放电终止电压为43.2V，既符合通信行业现有使用习惯，更有利于磷酸铁锂电池的容量恢复。

（3）通信用磷酸铁锂电池均充电压的设置

由于通信行业开关电源系统的输出电压调整范围一般在-43.2～-57.6V，传统的铅酸电池均充电压一般设置为57V，而磷酸铁锂电池均充电压一般要求为57.6V。所以，当磷酸铁锂电池用于开关电源系统的时候，需要工程及维护人员对开关电源设备进行调整及适应。

（4）如何满足通信用较大容量蓄电池组问题

目前单芯容量小于等于40Ah的磷酸铁锂电池技术成熟、动力行业应用广泛，如果在通信行业中使用假如用于-48V直流供电系统，要想达到400Ah容量，需要将10只单芯容量为40Ah的并联然后再将16只已经并联成400Ah的电池单元串联在一起，或者先将16只串联组成40Ah、48A一组后，再将这样的10组电池进行并联使用。这里首先应确定一个问题，就是先把单只电池并联成所需容量然后再串联成48V（简称先并后串型单元），还是先将单只电池串成48V再把48V电池单元并联成所需容量（简称先串后并型单元）来使用呢？目前的答案显然是选择后一种，即“先串后并型单元”来使用较为合理。主要原因是磷酸铁锂电池目前都配备有电池管理系统（BMS），当生产企业将16只电池串联成一个单元时，这个单元的BMS就管理与保护着16只单体电池，当发现故障时，可以自动切断这个单元与供电系统的联系而脱离出来，供电系统中的其他电池组依然能够继续正常工作。如果选用“先并后串型单元”，就会发生某个电池单元出现问题，这个单元的BMS不可能切断本单元与供电系统的联系的情况。因为每个电池单元都是串联在一起为供电系统服务的，任何一个单元脱离系统都会中断整组蓄电池与供电系统的联系。

（5）通信行业如何使用磷酸铁锂电池问题

应用于通信行业的磷酸铁锂电池，首先应满足通信行业现有高频开关电源系统（-48A或240V）或UPS供电系统对蓄电池组管理的相关要求，即在不改变高频开关电源或UPS供电系统现有功能的前提下使用。因此就需要锂电池生产企业依据通信行业的特点制造出适用通信行业的产品。首先应将成熟的单芯容量为40Ah的电池16只串联成一组，成为一个“基本销售单元”（40Ah51.2A），然后针对这个单元开发出特有的电池管理系统（BMS），这个BMS应包括对每只电池的充放电管理以及对本单元的各种保护功能，但不可完全照搬动力行业用的保护功能，特别是中断放电的保护功能要慎之又慎。通信行业用蓄电池长期处于浮充状态，电池温度很少在0℃以下，基本不存在无法充电问题；通信行业的整流系统都有蓄电池组过充电电流限制功能（一般O.25C10），而磷酸铁锂电池过充电电流值远大于阀控式密封铅酸蓄电池，因此无需单独再限制锂电池过流值。但当基本销售单元（40AH51.2V）中有一只电池的电压达到3.8V时，应立即终止本单元的充电；为了保护磷酸铁锂电池过放电BMS必须检测基本销售单元（40Ah51.2V）中每一只电池的电压，当任一只电压为2.7V时，应立即终止本单元的放电，因为锂电池放电电压由2.7V到达2.5V时间很短，设定为2.7V可能更好。

5总结

虽然磷酸铁锂电池现阶段单芯容量较小，但通过并联以及BMS的科学管理，首先应用在FTTB和FTTH以及小功率基站上是可行的。本文以磷酸铁锂电池在-48V直流供电系统中应用为例，分析了通信行业与动力行业的不同应用特点以及不同的关注侧重点，提出磷酸铁锂电池销售给通信行业，应以“基本销售单元”为基本单位，基本销售单元的BMS功能设计应结合高频开关电源系统现有功能，希望为磷酸铁锂电池生产和使用者提供帮助。