鐵鋰電池在機(jī)房備電系統(tǒng)中的應(yīng)用

喬 健，李志華

（深圳市比亞迪鋰電池有限公司，廣東 深圳518119）

0 引 言

IDC機(jī)房中的直流系統(tǒng)是由蓄電池組、充電設(shè)備、直流屏等設(shè)備組成，其中的蓄電池是一種與通信系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)獨(dú)立的電源系統(tǒng)，在機(jī)房交流電完全中斷的情況下或其它事故狀態(tài)下，仍能可靠工作，甚至成為設(shè)備工作的唯一能源供給者。目前機(jī)房直流系統(tǒng)中的蓄電池大多采用閥控式鉛酸蓄電池，電池本身的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、工藝缺陷及使用不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，常常導(dǎo)致一些蓄電池早期失效。

1 閥控式鉛酸蓄電池存在的問(wèn)題

1.1 使用壽命達(dá)不到正常周期

受環(huán)境溫度、充電電壓和過(guò)度放電等因素影響，閥控式鉛酸蓄電池的使用壽命經(jīng)常達(dá)不到額定年限。

（1）環(huán)境溫度的影響

（2）充電電壓

蓄電池在長(zhǎng)期的過(guò)充電狀態(tài)下，正極因析氧反應(yīng)，水被消耗，H＋增加，從而導(dǎo)致正極附近酸度增加，板柵也因腐蝕加速而變薄，使電池容量降低同時(shí)因水損耗加劇，導(dǎo)致蓄電池有干涸的危險(xiǎn)，從而影響蓄電池壽命。

（3）過(guò)度放電

蓄電池過(guò)度放電主要發(fā)生在交流電源停電后，蓄電池長(zhǎng)時(shí)間為負(fù)載供。當(dāng)蓄電池因過(guò)度放電到時(shí)電壓過(guò)低時(shí)，電池內(nèi)部將會(huì)有大量的硫酸鉛被吸附到電池陰極表面造成“硫酸鹽化”現(xiàn)象。硫酸鉛是一種絕緣體，在陰極上形成的硫酸鹽越多，蓄電池的內(nèi)阻越大，電池的充放電性能就越差，蓄電池的使用壽命就縮短。

（4）長(zhǎng)期浮充電

蓄電池在長(zhǎng)期浮充電狀態(tài)下，只充電不放電勢(shì)必會(huì)造成蓄電池的陽(yáng)極極板鈍化，導(dǎo)致蓄電池內(nèi)阻增大，容量大幅下降，蓄電池使用壽命縮短。

1.2 存在短時(shí)間電池崩潰的隱患

容量已嚴(yán)重不足的閥控式鉛酸蓄電池，在浮充狀態(tài)下，端電壓顯示正常、溫度正常、無(wú)漏液，但在站用交流失電或意外低電壓的情況下，會(huì)短時(shí)間崩潰。此外，在過(guò)充電狀態(tài)下VRLA電池存在燃燒、爆炸隱患；并且，對(duì)環(huán)境仍存在一定程度的污染。

但是，對(duì)于意識(shí)形態(tài)是什么、有什么特征等基本理論問(wèn)題，馬克思主義理論界一直存在爭(zhēng)論。尤其是，在基本特征層面，思想來(lái)源的實(shí)踐性，利益主體的特殊性和基本內(nèi)容的虛假性，作為一種具有廣泛影響的理解范式，其在理論邏輯和實(shí)踐效果層面的不足之處正在顯現(xiàn)。為了更加準(zhǔn)確地把握意識(shí)形態(tài)概念的基本特征，我們十分有必要回到馬克思意識(shí)形態(tài)思想的形成史之中，特別是很有必要探討意識(shí)形態(tài)問(wèn)題展開(kāi)的境域和方式。

2 磷酸鐵鋰電池的優(yōu)越性

鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)是能量比大，循環(huán)壽命長(zhǎng)，自放電率小，無(wú)記憶效應(yīng)和環(huán)境污染。鋰離子電池的正極材料是鈷酸鋰、錳酸鋰和磷酸鐵鋰等，負(fù)極是碳素材料。根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子電池可以分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池兩大類。

2.1 磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)

（1）超長(zhǎng)壽命：常溫1C充放電，單體經(jīng)2 000次循環(huán)后容量仍大于80%。

（2）使用安全：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。

（3）能量密度高：標(biāo)稱電壓為3.2 V，能量密度是鉛酸電池的4倍左右，體積小、重量輕。

（4）高功率輸出：可大電流充放電，磷酸鐵鋰電池可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，最大放電電流可達(dá)3C。

（5）高溫性能好：外部溫度55℃時(shí)電池正常工作。

（6）綠色環(huán)保：該電池不含任何重金屬，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程清潔無(wú)毒，所有原料都無(wú)毒。

2.2 使用磷酸鐵鋰電池可以解決的問(wèn)題

（1）磷酸鐵鋰電池在長(zhǎng)期浮充狀態(tài)下，本身容量變化較小。利用此特性，在保證直流電源安全性前提下，實(shí)施在線不完全容量充放電檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)房直流蓄電池組免維護(hù)安全運(yùn)行。

（2）解決機(jī)房蓄電池安全問(wèn)題，取消專用蓄電池室。

（3）解決機(jī)房蓄電池廢棄處理問(wèn)題。

3 磷酸鐵鋰電池在高壓直流系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 高壓直流系統(tǒng)

在通訊行業(yè)中的專用設(shè)備，一直采用直流48 V開(kāi)關(guān)電源，作為其主要供電方式的UPS電源也在其中大量應(yīng)用，但傳統(tǒng)交流UPS固有的特點(diǎn)，決定了其具有可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低、輸入電流諧波大等一系列缺點(diǎn)，大型交流UPS系統(tǒng)故障造成的通信阻斷頻繁發(fā)生，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。直流開(kāi)關(guān)電源供電的可靠性遠(yuǎn)高于交流UPS。而對(duì)IDC數(shù)據(jù)設(shè)備而言，采用220 V以上合適的高壓直流來(lái)代替原有交流220 V來(lái)供電，技術(shù)上是完全可行的。圖1所示為比亞迪高壓直流系統(tǒng)。

3.1.1 高壓直流供電有以下優(yōu)點(diǎn)

（1）供電可靠性大大提高。停電時(shí)，蓄電池可以直接提供給負(fù)載，確保供電的不間斷；直流電壓的參數(shù)只有電壓幅值一個(gè)，各整流模塊間不存在相位同步的問(wèn)題，系統(tǒng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性大大提高，整流模塊間的并聯(lián)相對(duì)交流UPS而言要簡(jiǎn)單，整流模塊即使脫離了控制模塊，只要輸出電壓穩(wěn)定，也能并聯(lián)輸出電能。

（2）工作效率高。高壓直流系統(tǒng)減少逆變環(huán)節(jié)功率的損耗，減低了線損。高壓直流系統(tǒng)整流模塊的并機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)單，可以采用大量模塊并聯(lián)，使單模塊的容量使用率比交流UPS提高了很多。交流UPS由于涉及到復(fù)雜的同步并機(jī)技術(shù)，整機(jī)維護(hù)和擴(kuò)容只能依賴于廠家，而采用高壓直流后，就如普通的48 V直流系統(tǒng)一樣，雖然電壓增高了，但只要做好安全防護(hù)措施，更換維護(hù)和擴(kuò)容都是便捷的。又由于高壓直流的輸出為“浮地”，沒(méi)有零線，因此也就沒(méi)有了“零地”電壓對(duì)設(shè)備造成的不明原因的干擾和故障。

圖1 比亞迪高壓直流系統(tǒng)原理圖

3.1.2 高壓直流供電系統(tǒng)待解決的問(wèn)題

對(duì)直流輸出配電的要求增高：直流電由于沒(méi)有“過(guò)零點(diǎn)”，滅弧相對(duì)困難，所以對(duì)配電所需的直流空氣開(kāi)關(guān)的性能要求增高，相應(yīng)的成本也會(huì)略有增加，同時(shí)電纜的消耗會(huì)略有增加，主要原因是由原有的三相四線制供電變化成一相兩線制后，對(duì)于300 V以下的直流電壓，電纜的耗銅會(huì)略有增加。

3.2 磷酸鐵鋰電池在高壓直流系統(tǒng)中的應(yīng)用

針對(duì)上述高壓直流磷酸鐵鋰電池的特性，所以在進(jìn)行電源設(shè)備選型或設(shè)置時(shí)，只須把浮充電壓或均充電壓調(diào)整到鐵鋰電池的充電電壓。相對(duì)于閥控鉛酸電池而言，磷酸鐵鋰電池的充電過(guò)程并不是浮充加均充的充電模式，只要滿足磷酸鐵鋰電池充電時(shí)所需要的充電電壓。因?yàn)榱姿徼F鋰電池即便是長(zhǎng)期處于均充電狀態(tài)下，由于自身BMS的保護(hù)功能，電池性能是不會(huì)發(fā)生改變的。磷酸鐵鋰電池在這方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯。另外高壓直流電源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、穩(wěn)壓限流、模塊休眠、均浮充自動(dòng)轉(zhuǎn)換、電池溫度補(bǔ)償、智能化管理等功能的設(shè)置，可以直接參照鉛酸電池的設(shè)置就可以了。只要把充電電壓提高到磷酸鐵鋰電池所需的充電電壓。每組電池的總電壓后，調(diào)整開(kāi)關(guān)電源直流供電電壓與之對(duì)應(yīng)，將鐵鋰電池接入系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充電。此時(shí)開(kāi)關(guān)電源充電壓設(shè)置為278 V，充電電流限制為每組10 A。電池組初始充電電流10.1 A，隨著電池組電壓升高，充電電流會(huì)相應(yīng)減小，當(dāng)電池組電壓和開(kāi)關(guān)電源的充電電壓非常接近時(shí)，電池組的充電電流逐漸減小為0A，此時(shí)電池組的BMS系統(tǒng)進(jìn)行了保護(hù)，充電系統(tǒng)通過(guò)BMS與電池?cái)嚅_(kāi)，電池充電完成。

3.3 比亞迪磷酸鐵鋰電池的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

（1）按單體磷酸鐵鋰電池電壓重新配置系統(tǒng)。

（2）能夠開(kāi)發(fā)適應(yīng)磷酸鐵鋰電池的充電模塊，以適應(yīng)磷酸鐵鋰電池管理。

（3）設(shè)計(jì)磷酸鐵鋰電池并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)組件。

（4）對(duì)磷酸鐵鋰電池管理系統(tǒng)進(jìn)行了最優(yōu)設(shè)計(jì)，圖2為比亞迪磷酸鐵鋰電池管理（BMS）系統(tǒng)。其管理內(nèi)容包括：

圖2 比亞迪磷酸鐵鋰電池管理（BMS）系統(tǒng)

a.常態(tài)管理內(nèi)容：控制模塊開(kāi)始處于“常態(tài)電壓”，并根據(jù)“均充電流限流點(diǎn)”和負(fù)載電流控制模塊總輸出電流。

b.均充管理內(nèi)容：控制模塊輸出“均充電壓”，并根據(jù)“均充電流限流點(diǎn)”和負(fù)載電流控制模塊總輸出電流。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代通訊行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，通訊機(jī)房里面的設(shè)備對(duì)直流電源系統(tǒng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)鉛酸電池由于其自身不耐高溫，過(guò)度放電，早期失效，以及需要大量的維護(hù)工作等缺陷，阻礙著通訊行業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程。以磷酸鐵鋰為正極材料的新型充電電池，其安全性能和循環(huán)壽命超過(guò)其他材料，此外還具有無(wú)毒、無(wú)污染、原材料來(lái)源廣泛的特點(diǎn)。將磷酸鐵鋰電池運(yùn)用通訊基站中直流電源系統(tǒng)中是可行的，而且將可以大大提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。