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锂电池将在通信后备电源领域扮重要角色

作者:中国储能网新闻中心 来源:本站 发布时间:2018-09-23 浏览:
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这是一个数据爆炸的时代,云和管道承载着数据,带人们走入大数据时代。主设备不断演进,网络能源设备也随之快速发展,而保障通信设备不间断供电的后备电源同样需要加快脚步,为大数据时代添砖加瓦。

铅酸蓄电池技术定型,污染、寿命低、能量密度低难以解决

铅酸蓄电池已经有了超过150年的发展历程,因为其成本低廉、技术成熟、维护方便的特点,一直是当前通信电源中应用最广泛的储能电池,但铅酸蓄电池由于受制于理论特性和产品特点,未来已经难有明显的改进。

首先是循环寿命短。即使是循环性能相对好的铅酸电池,在电网质量差的区域,频繁深循环使用,仅能维持1年的寿命。此外,铅酸电池的寿命极大地依赖其工作温度,当温度增加时,加速极板的腐蚀和失水,电池寿命也随着变短。

其次是能量密度低。占地多、重量大、对地板承重要求高,这些问题随着通信设备数据传输量的不断增加越来越突出。

再次是易被盗。铅酸电池被盗后即可应用于多种场合,而且铅含量高,回收方便,这些都是铅酸电池被盗的原因。

最后是环保问题。“铅污染主要出现在铅蓄电池的制造和回收过程中,其中一道工序是将铅熔化。熔化和回收过程容易产生污染。”职业知识国际协会总裁Perry Gottesfeld称。事实上,对于铅蓄电池行业来说,比生产环节更有可能造成污染的是回收环节。

因此,迫切需要在性能上表现优异,综合成本又不会增加太多的储能,来取代传统铅酸电池,此时,锂离子电池走入了人们的视线。

锂离子电池异军突起,潜力巨大步入后备电源

锂离子电池并不是最近几年才出现的,它在手机领域的商用历史已经超过了20年,但锂电池在通信站点作为后备电源却是不折不扣的新军。现阶段,通信后备电源领域使用的锂电池多数是磷酸铁锂电池,少部分是三元锂电池。

从环保方面考虑,锂电池有着天然的优势。锂电池所使用的材料里不含有污染性金属,例如镉、铅、汞之类的有害重金属物质,锂电池在生产及使用过程中没有污染物产生,保障了人体的健康,废电池回收过程中不会带来水源和土壤的污染。

从电性能方面考虑,锂电池全面超越铅酸电池。锂电池的循环寿命、高温特性、充放电倍率性能和能量密度都很优秀,远优于铅酸电池。如,相同容量的锂电池的体积和重量是铅酸电池的二分之一到三分之一,而且可以任意连接摆放,对建筑空间、承重等都没有特殊要求,大大降低了场地租用成本。另外,锂电池优秀的高温特性,可以减少基站的空调配置与耗电。锂电池被盗后,回收价值不大,由于有电池管理系统存在,使其无法被直接使用,降低了后备电源的被盗风险。

同是锂离子电池,三元锂电池和磷酸铁锂电池的特点有些不同。三元锂电池的循环寿命介于铅酸电池和磷酸铁锂电池之间 ,但浮充寿命远好于磷酸铁锂电池,能量密度更是比磷酸铁锂电池还要高50%以上,成本也比磷酸铁锂电池低。灵活地选择磷酸铁锂电池和三元锂电池,将会使锂电池后备电源在通信行业的应用更加广泛。

当前,锂电池的一次性成本投入仍然高,但从总所有成本(TCO)方面考虑,锂电池并不高于铅酸电池。尽管价格比普通铅酸电池高2~4倍,但由于寿命长、维护和更换成本低等优势,锂电池生命周期内的TCO甚至会低于铅酸电池。未来,伴随着电动汽车和储能行业的发展,锂电池应用持续规模化,价格将越来越低,越来越具有竞争力。

异化场景利用,让锂电池的优势更加突出

电网差区域作为循环用备电,利用其循环寿命长优势。铅酸电池的特点是浮充寿命长,循环寿命短,简而言之就是越少使用越好。但许多国家和地区的电网环境不好,每天停电时间超过2小时,频繁的循环使用会导致铅酸电池寿命迅速下降,而具有高循环寿命的锂电池就适合在此类环境使用。

应用于壁挂式电源和抱杆式电源,突出其能量密度高的特性。铅酸电池有占地多、重量大、对承重要求高的缺点,越来越难满足小空间场景的要求。而锂电池的能量密度是铅酸电池的2~4倍,特别适合在上述环境中使用。

在短时间备电的UPS或通信电源中使用,发挥其放电倍率好的特点。某些使用油机应急供电的场景,需要UPS或通信电源的后备电源有5~10分钟的备电时间,以便备份数据和切换到油机应急供电,这种情况下只需要电池在5~10分钟内保证一定的输出功率。锂电池在10分钟内即可输出额定容量的90%以上,而铅酸电池在10分钟内最多放出额定容量的30%,锂电池可以配置比铅酸电池少得多的容量即可满足短时备电的要求,节省空间和成本。

高性能的锂电池,需要配合优秀的电池管理系统

通信储能用锂电池需要配合优秀的电池管理系统,才能真正安全和稳定的使用。锂电池的理论特性决定了其对过充、过放比较敏感,由于发展时间尚短,业界对其一致性、稳定性、大规模串并联、温度控制等问题的研究还不深入,因此需聚焦于电池管理系统的研发,才能更有效更安全地使用锂电池。

 “一般的电池管理系统只能保证锂电池组的基本安全,好的电池管理系统能够延长锂电池组的使用寿命,发现安全和性能的隐患,减少故障率。” 储能专家马向民先生表示,“华为网络能源产品线和2012实验室通过对锂电池系统的大数据挖掘和自适应状态评估,在锂电池组的SOH(健康状态)和故障预警设置等方面已有深入研究,并依靠在电源和网管方面的管理软件优势,设计出具有核心竞争力的电池管理系统,已经在很多通信产品中得到了应用。”

巴基斯坦的应用是一个很好的案例。在巴基斯坦,部分区域的电网非常不稳定,每天停电非常频繁,且停电时间很长。据统计,其中的5886个站点每年的燃油发电总费用为8000万美元。“铅酸电池在这种区域使用,不仅因频繁循环使用而寿命提前中止,而且每次市电恢复后,电池常常还未充满就又需要放电,导致电池很快就没电,需要启动油机发电。”马向民表示,“华为向巴基斯坦运营商提供了以锂电池作为后备电源的供电解决方案。通过电池管理系统灵活调整电池的充电电流,使锂电池后备电源可以在市电恢复后及时充满,保证备电时间;通过电池SOH检测和故障预警功能及时发现和定位故障电池,降低宕站风险;通过电池休眠功能提高锂电池的循环寿命,大大减少了油机的使用频率。华为在巴基斯坦一期改造的1000多个站点,每年可节省燃油2210万美元,1.5年即可收回投入成本。”

巴基斯坦电网不稳定区域的户外站点和后备电源

小结

以锂电池为基础的后备电源,可以广泛应用于室内和盲区覆盖、二、三类市电区域、短时备电等对电源重量、体积、循环寿命、倍率要求较高的场景。在大数据时代,共享站、中心机房扩容等空间有限的场景也逐渐需要锂电池后备电源参与。未来,伴随着储能锂电池实现大规模生产,成本不断下降,锂电池将会在通信后备电源领域扮演越来越重要的角色。

关键字:锂电池

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