铁锂电池在机房备电系统中的应用

乔 健，李志华

（深圳市比亚迪锂电池有限公司，广东 深圳518119）

0 引 言

IDC机房中的直流系统是由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成，其中的蓄电池是一种与通信系统运行相对独立的电源系统，在机房交流电完全中断的情况下或其它事故状态下，仍能可靠工作，甚至成为设备工作的唯一能源供给者。目前机房直流系统中的蓄电池大多采用阀控式铅酸蓄电池，电池本身的质量、结构、工艺缺陷及使用不当等问题，常常导致一些蓄电池早期失效。

1 阀控式铅酸蓄电池存在的问题

1.1 使用寿命达不到正常周期

受环境温度、充电电压和过度放电等因素影响，阀控式铅酸蓄电池的使用寿命经常达不到额定年限。

（1）环境温度的影响

（2）充电电压

蓄电池在长期的过充电状态下，正极因析氧反应，水被消耗，H＋增加，从而导致正极附近酸度增加，板栅也因腐蚀加速而变薄，使电池容量降低同时因水损耗加剧，导致蓄电池有干涸的危险，从而影响蓄电池寿命。

（3）过度放电

蓄电池过度放电主要发生在交流电源停电后，蓄电池长时间为负载供。当蓄电池因过度放电到时电压过低时，电池内部将会有大量的硫酸铅被吸附到电池阴极表面造成“硫酸盐化”现象。硫酸铅是一种绝缘体，在阴极上形成的硫酸盐越多，蓄电池的内阻越大，电池的充放电性能就越差，蓄电池的使用寿命就缩短。

（4）长期浮充电

蓄电池在长期浮充电状态下，只充电不放电势必会造成蓄电池的阳极极板钝化，导致蓄电池内阻增大，容量大幅下降，蓄电池使用寿命缩短。

1.2 存在短时间电池崩溃的隐患

容量已严重不足的阀控式铅酸蓄电池，在浮充状态下，端电压显示正常、温度正常、无漏液，但在站用交流失电或意外低电压的情况下，会短时间崩溃。此外，在过充电状态下VRLA电池存在燃烧、爆炸隐患；并且，对环境仍存在一定程度的污染。

但是，对于意识形态是什么、有什么特征等基本理论问题，马克思主义理论界一直存在争论。尤其是，在基本特征层面，思想来源的实践性，利益主体的特殊性和基本内容的虚假性，作为一种具有广泛影响的理解范式，其在理论逻辑和实践效果层面的不足之处正在显现。为了更加准确地把握意识形态概念的基本特征，我们十分有必要回到马克思意识形态思想的形成史之中，特别是很有必要探讨意识形态问题展开的境域和方式。

2 磷酸铁锂电池的优越性

锂离子电池的优点是能量比大，循环寿命长，自放电率小，无记忆效应和环境污染。锂离子电池的正极材料是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等，负极是碳素材料。根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池两大类。

2.1 磷酸铁锂电池的优点

（1）超长寿命：常温1C充放电，单体经2 000次循环后容量仍大于80%。

（2）使用安全：磷酸铁锂正极材料具有良好的电化学性能，充放电平台十分平稳，充放电过程中结构稳定，电池不燃烧、不爆炸、安全性好。

（3）能量密度高：标称电压为3.2 V，能量密度是铅酸电池的4倍左右，体积小、重量轻。

（4）高功率输出：可大电流充放电，磷酸铁锂电池可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，最大放电电流可达3C。

（5）高温性能好：外部温度55℃时电池正常工作。

（6）绿色环保：该电池不含任何重金属，整个生产过程清洁无毒，所有原料都无毒。

2.2 使用磷酸铁锂电池可以解决的问题

（1）磷酸铁锂电池在长期浮充状态下，本身容量变化较小。利用此特性，在保证直流电源安全性前提下，实施在线不完全容量充放电检验，实现机房直流蓄电池组免维护安全运行。

（2）解决机房蓄电池安全问题，取消专用蓄电池室。

（3）解决机房蓄电池废弃处理问题。

3 磷酸铁锂电池在高压直流系统的应用

3.1 高压直流系统

在通讯行业中的专用设备，一直采用直流48 V开关电源，作为其主要供电方式的UPS电源也在其中大量应用，但传统交流UPS固有的特点，决定了其具有可靠性差、转换效率低、输入电流谐波大等一系列缺点，大型交流UPS系统故障造成的通信阻断频繁发生，造成重大的经济损失和社会影响。直流开关电源供电的可靠性远高于交流UPS。而对IDC数据设备而言，采用220 V以上合适的高压直流来代替原有交流220 V来供电，技术上是完全可行的。图1所示为比亚迪高压直流系统。

3.1.1 高压直流供电有以下优点

（1）供电可靠性大大提高。停电时，蓄电池可以直接提供给负载，确保供电的不间断；直流电压的参数只有电压幅值一个，各整流模块间不存在相位同步的问题，系统电路拓扑结构简单，可靠性大大提高，整流模块间的并联相对交流UPS而言要简单，整流模块即使脱离了控制模块，只要输出电压稳定，也能并联输出电能。

（2）工作效率高。高压直流系统减少逆变环节功率的损耗，减低了线损。高压直流系统整流模块的并机技术简单，可以采用大量模块并联，使单模块的容量使用率比交流UPS提高了很多。交流UPS由于涉及到复杂的同步并机技术，整机维护和扩容只能依赖于厂家，而采用高压直流后，就如普通的48 V直流系统一样，虽然电压增高了，但只要做好安全防护措施，更换维护和扩容都是便捷的。又由于高压直流的输出为“浮地”，没有零线，因此也就没有了“零地”电压对设备造成的不明原因的干扰和故障。

图1 比亚迪高压直流系统原理图

3.1.2 高压直流供电系统待解决的问题

对直流输出配电的要求增高：直流电由于没有“过零点”，灭弧相对困难，所以对配电所需的直流空气开关的性能要求增高，相应的成本也会略有增加，同时电缆的消耗会略有增加，主要原因是由原有的三相四线制供电变化成一相两线制后，对于300 V以下的直流电压，电缆的耗铜会略有增加。

3.2 磷酸铁锂电池在高压直流系统中的应用

针对上述高压直流磷酸铁锂电池的特性，所以在进行电源设备选型或设置时，只须把浮充电压或均充电压调整到铁锂电池的充电电压。相对于阀控铅酸电池而言，磷酸铁锂电池的充电过程并不是浮充加均充的充电模式，只要满足磷酸铁锂电池充电时所需要的充电电压。因为磷酸铁锂电池即便是长期处于均充电状态下，由于自身BMS的保护功能，电池性能是不会发生改变的。磷酸铁锂电池在这方面的优势非常明显。另外高压直流电源系统的实时监控、稳压限流、模块休眠、均浮充自动转换、电池温度补偿、智能化管理等功能的设置，可以直接参照铅酸电池的设置就可以了。只要把充电电压提高到磷酸铁锂电池所需的充电电压。每组电池的总电压后，调整开关电源直流供电电压与之对应，将铁锂电池接入系统进行补充电。此时开关电源充电压设置为278 V，充电电流限制为每组10 A。电池组初始充电电流10.1 A，随着电池组电压升高，充电电流会相应减小，当电池组电压和开关电源的充电电压非常接近时，电池组的充电电流逐渐减小为0A，此时电池组的BMS系统进行了保护，充电系统通过BMS与电池断开，电池充电完成。

3.3 比亚迪磷酸铁锂电池的设计优势

（1）按单体磷酸铁锂电池电压重新配置系统。

（2）能够开发适应磷酸铁锂电池的充电模块，以适应磷酸铁锂电池管理。

（3）设计磷酸铁锂电池并联单元结构组件。

（4）对磷酸铁锂电池管理系统进行了最优设计，图2为比亚迪磷酸铁锂电池管理（BMS）系统。其管理内容包括：

图2 比亚迪磷酸铁锂电池管理（BMS）系统

a.常态管理内容：控制模块开始处于“常态电压”，并根据“均充电流限流点”和负载电流控制模块总输出电流。

b.均充管理内容：控制模块输出“均充电压”，并根据“均充电流限流点”和负载电流控制模块总输出电流。

4 结束语

随着现代通讯行业的发展趋势，通讯机房里面的设备对直流电源系统提出了更高的要求，传统铅酸电池由于其自身不耐高温，过度放电，早期失效，以及需要大量的维护工作等缺陷，阻碍着通讯行业的现代化进程。以磷酸铁锂为正极材料的新型充电电池，其安全性能和循环寿命超过其他材料，此外还具有无毒、无污染、原材料来源广泛的特点。将磷酸铁锂电池运用通讯基站中直流电源系统中是可行的，而且将可以大大提高设备运行的可靠性和稳定性。