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摘要
随着通讯业务发展，对蓄电池的要求越来越高。本文通过对铁锂电池作为备用电源或储能设备与配套用电源设备之间适用性研究；电池性能特性及安全性研究、寿命可靠性研究。来阐述铁锂蓄电池组作为备用电源使用替代传统蓄电池更变的紧迫性和重要性。
关键词
铁锂电池、电池性能、经济测算、铅酸电池
中图分类号：TM911文献标识码： A
随着通信业务的快速发展，通信基站遍布各个城市、乡镇和农村。蓄电池组是通信系统正常运行的保障。对基站及机房来说，一旦开关电源(整流模块)输出出现故障或市电停电后发电机无法正常供电，因此蓄电池是移动基站通信的必要通信保障设备，对于蓄电池组类型的选择与应用也是非常必要的课题。锂离子电池是国家科技部认定的隶属高效节能与新能源领域的高薪技术产品，是国家发改委鼓励使用的产品，也是国际大力扶持的具有较高环保效益的新产品。上海联通现网有上万个基站、接入机房，共有几万通讯专用蓄电池组，本课题为铁锂电池在通信建设进行可行性研究和验证。
蓄电池即是能将化学能和直流电能相互转化，且放电后经过充电，能重复使用的装置，也称为二次电池。上海联通现网使用的为阀控式密封铅酸蓄电池，该蓄电池普遍存在能量重量比、能量体积比都较低：电池重量重，占地面积大，对于楼板承重和机房面积要求较高，给机房、基站选址带来很大的困难。其次阀控式密封铅酸蓄电池能够正常工作的温度范围比较窄，对于环境相对恶劣的一些直放站等室外一体化基站，由于温度变化范围大，阀控式铅酸蓄电池的使用寿命大大降低，运行的效率以及性能对机房环境温度要求较高。最后阀控式密封鉛酸蓄电池随着充放电频次的增加，充放电效率会逐步下降，一般基站中使用年限约为 3～5 年，并且铅酸蓄电池中大量使用铅，对人体和环境都将造成危害，对环境污染较大。
西区作为上海联通铁锂电池的试点单位，2012年1月在计划部的牵头下对华池、公会福利院等基站率先对铁锂电池各项性能以及指标进行在网实验运行，以检测锂电池的各项性能指标。主要内容包括为：铁锂电池作为备用电源或储能设备与配套用电源设备之间适用性研究；电池性能特性及安全性研究、寿命可靠性研究。以下为本次在网实验研究结果以及结合上海联通实际情况的经济测算
一、铁锂电池可行性研究结果
1、电池使用寿命长
铅酸电池的深度循环寿命在300次左右，最高也就500次，而铁锂动力电池在室温下1摄氏度充放电深度循环2000次，容量保持率80%以上；是铅酸电池5倍。室外通信基站太阳直射，内置的铅酸蓄电池寿命通常不超过2年，采用铁锂电池，耐高温性能优异，寿命达到5-10年。
铅酸电池、铁锂电池循环寿命曲线对比图如下：
2、安全性能高
在蓄电池实际应用中蓄电池过充是面临解决的主要问题，特别是系统中由于落后电池产生的安全性问题，铁锂电池本身增设了压力安全阀，对于超过压力安全阀进行及时终止充电，为电池使用的安全提供了一定保障，不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。铁锂电池在高温下的稳定性可达400℃以上，保证了电池内在的高安全性。
3、充电速度快，自放电少，性能高
磷酸铁锂电池完全充电电压为3.55V～3.6V, 在完全充电后，长期静置电压大约3.4V左右。在专用充电器下，2C充电30分钟内即可使电池充满95%，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。如果以3.55V或3.6V恒压、以0.1C(A)电流限流以恒压限流方式充电，则在24h内可以完全充电(在12h内充电85%,16h充电98%以上)。铁锂电池并且具有承受大电流充电能力，如可以1C(A)、3C(A)甚至更大电流充电，铅酸电池标准规定最大充电电流为0.25C10(A)。
4、体积小，重量轻
铁锂电池设计可轻量化，体积是相同容量铅酸电池的2/3；重量是相同容量铅酸电池的1/3。以下为：V-300AH 铁锂电池组与阀控式铅酸电池组比较表：
5、电池单体电压高，放电平台稳定
铁锂电池单体电压正常工作范围电压值为：2.5-3.65V最高电压可以到3.9V，铁锂电池电池单体标称电压为3.2V，串联少，电池组可靠性高，具有较好的大电流放电能力以及具有高倍率放电特性。铁锂电池并且具有非常优越的倍率放电性能，可以使用较小容量的铁锂电池系统来满足大电流放电的使用场合；1C(A)放电容量能够达到0.1C(A)放电容量的90%以上。，10C充放电效率达到 96%以上，容量保持率90%以上。完全充电条件下，充电容量约等于放电容量。以下为不同倍率放电电流的放电容量表：
磷酸铁锂电池在高温环境具有稳定的放电特性，在+40℃和+60℃时放出容量与实际容量基本一致。以下为铁锂电池在不同温度下放电容量表：
6、监控网管的动力管理系统
铁锂电池用电池监控系统来监控蓄电池的使用，借助于电池监控系统丰富的采集和遥控功能，监控网管可以构建一套完善的蓄电池管理模块来帮助用户管理蓄电池组，提高蓄电池组的寿命和可靠性。基站蓄电池放电是针对电池维护工作中电池容量检测的一个方法，通过主动放电或市电停电后的数据采集，检测电池容量，修正电池标定电池容量。
二、铁锂电池结合上海联通实际情况下的经济测算
1、提高基站寻址效率和机房使用率，降低机房租赁面积、减少租金
根据铁锂电池体积小的特点，对于市中心机房选址和面积比较紧张的情况，能够大大减轻选址难度以及增加机房实际使用面积。并且铁锂电池在室外一体化基站应用中可放置在楼顶或空地，减轻了新建站租赁机房难的问题；根据上海联通每年新增1000个机房、机房租金3元/平一天计算（每个机房节省2平方米），铁锂电池的应用可以帮助上海联通节省租金216万元/年。
2、提高机房建设效率，降低工程建设投资、减少工期
由于铁锂电池重量较轻，对于新建租用机房的站点安装铁锂蓄电池基本可满足承重要求，无需再做加固节省了相关建设费用并且缩减了工程工期。根据上海联通一个机房的加固费用3000元计算，按上海联通每年建设1000个机房计算，铁锂电池平均每年可以帮助上海联通减少工程投资300万元。
3、铁锂电池在上海联通节能减排中的应用
对于上海联通基站蓄电池实际应用中，由于铁锂电池的工作温度为0℃～40℃+5℃，这样可以允许机房环境温度放宽到这个范围，可以有效地节省空调用电。另外可以在一些周围环境温度较差或者不用空调的基站中大量使用。一方面减少了机房用电。另一方面对于传统电池提高了电池在室外站的生命周期。根据上海联通1万个机房统计，将站内空调启动温度提高到30左右计算（冬天1个季度不算，按春秋2个季度开半天空调、电费按1.3元/度计算），一年可以为上海联通节省电费2kW×12h×180天×1.3元×10000=5616万元。
4、铁锂电池整生命周期经济测算
铁锂电池在能量重量比、能量体积比、循环寿命、高温性能、放电特性等方面比阀控式密封铅酸蓄电池要优越很多，而且铁锂电池的耐高温特性，工作温度可以在 0 ℃～40 ℃，因此对于一些宏站站点可直接将电池放置于室外，这样就可以省去客观的机房建设（租用)费以及空调购置和运行的费用。以下对 2 个分别采用 双登2 组 48V-200Ah 阀控式铅酸电池（寿命按 5 年计算）和 2 组 48V-200Ah铁锂电池（寿命分别按 10 年和 15 年计算）的室内基站进行全面的经济比较：
通过比较可以发现铁锂电池一次性投入较大，但是在未来可持续性使用中，逐渐体现出该电池的优势，在十五年寿命费用测算中，年均费用只有阀控式蓄电池的三分之一左右。
5、铁锂电池在其他类型站点的应用
在一些EPON楼宇、WLAN和室内分布基站等市电不稳定或无机房等站点，铁锂电池小电流充放电性能以及小电流放电容量高等特性，使用铁锂电池可以极大提高站点安全可靠性以及上海联通用户使用感知度。
6、提高运维效率，保证机房通信设备用电安全
根据铁锂电池自带的监控网管的动力管理系统，可以对上海联通在网的数万组蓄电池进行集中监控，来帮助各区县分公司管理蓄电池组，提高蓄电池组的寿命和可靠性。另外还可以通过主动放电或市电停电后的数据采集，检测电池容量，修正电池标定电池容量，提高机房通信设备用电安全。
7、铁锂电池解决了铅酸电池较严重的环境污染
铁锂单体电池采用全密封结构，电池可以任意摆放，无有害气体排放，安全无污染，是绿色环保产品。
三、结论
在联通移网基站接入机房数量急剧增加的情况下，铁锂蓄电池组作为备用电源使用替代传统蓄电池变的越来越紧迫和重要。在很大程度上节省了物力、财力成本，为企业降低成本增加效益，还对社会环保和节能减排方面做出了贡献。在后续新建机房、老旧机房结合技改更新，对利于机房后续维护以及机房建设等生产活动建议充分考虑铁锂电池的实际应用，并且建立蓄电池组集中监控系统，通过电池监控系统提供的报表及曲线功能来分析电池的健康状况，及时剔除落后电池，保证系统稳定可靠运行，并且放电过程中出现的落后电池也能及时被运维人员发现，做到早更换、早处理，达到提升蓄电池性能从而节约能源的目的。
随着通讯业务发展，对蓄电池的要求越来越高。本文通过对铁锂电池作为备用电源或储能设备与配套用电源设备之间适用性研究；电池性能特性及安全性研究、寿命可靠性研究。来阐述铁锂蓄电池组作为备用电源使用替代传统蓄电池更变的紧迫性和重要性。
关键词
铁锂电池、电池性能、经济测算、铅酸电池
中图分类号：TM911文献标识码： A
随着通信业务的快速发展，通信基站遍布各个城市、乡镇和农村。蓄电池组是通信系统正常运行的保障。对基站及机房来说，一旦开关电源(整流模块)输出出现故障或市电停电后发电机无法正常供电，因此蓄电池是移动基站通信的必要通信保障设备，对于蓄电池组类型的选择与应用也是非常必要的课题。锂离子电池是国家科技部认定的隶属高效节能与新能源领域的高薪技术产品，是国家发改委鼓励使用的产品，也是国际大力扶持的具有较高环保效益的新产品。上海联通现网有上万个基站、接入机房，共有几万通讯专用蓄电池组，本课题为铁锂电池在通信建设进行可行性研究和验证。
蓄电池即是能将化学能和直流电能相互转化，且放电后经过充电，能重复使用的装置，也称为二次电池。上海联通现网使用的为阀控式密封铅酸蓄电池，该蓄电池普遍存在能量重量比、能量体积比都较低：电池重量重，占地面积大，对于楼板承重和机房面积要求较高，给机房、基站选址带来很大的困难。其次阀控式密封铅酸蓄电池能够正常工作的温度范围比较窄，对于环境相对恶劣的一些直放站等室外一体化基站，由于温度变化范围大，阀控式铅酸蓄电池的使用寿命大大降低，运行的效率以及性能对机房环境温度要求较高。最后阀控式密封鉛酸蓄电池随着充放电频次的增加，充放电效率会逐步下降，一般基站中使用年限约为 3～5 年，并且铅酸蓄电池中大量使用铅，对人体和环境都将造成危害，对环境污染较大。
西区作为上海联通铁锂电池的试点单位，2012年1月在计划部的牵头下对华池、公会福利院等基站率先对铁锂电池各项性能以及指标进行在网实验运行，以检测锂电池的各项性能指标。主要内容包括为：铁锂电池作为备用电源或储能设备与配套用电源设备之间适用性研究；电池性能特性及安全性研究、寿命可靠性研究。以下为本次在网实验研究结果以及结合上海联通实际情况的经济测算
一、铁锂电池可行性研究结果
1、电池使用寿命长
铅酸电池的深度循环寿命在300次左右，最高也就500次，而铁锂动力电池在室温下1摄氏度充放电深度循环2000次，容量保持率80%以上；是铅酸电池5倍。室外通信基站太阳直射，内置的铅酸蓄电池寿命通常不超过2年，采用铁锂电池，耐高温性能优异，寿命达到5-10年。
铅酸电池、铁锂电池循环寿命曲线对比图如下：
2、安全性能高
在蓄电池实际应用中蓄电池过充是面临解决的主要问题，特别是系统中由于落后电池产生的安全性问题，铁锂电池本身增设了压力安全阀，对于超过压力安全阀进行及时终止充电，为电池使用的安全提供了一定保障，不会因过充、温度过高、短路、撞击而产生爆炸或燃烧。铁锂电池在高温下的稳定性可达400℃以上，保证了电池内在的高安全性。
3、充电速度快，自放电少，性能高
磷酸铁锂电池完全充电电压为3.55V～3.6V, 在完全充电后，长期静置电压大约3.4V左右。在专用充电器下，2C充电30分钟内即可使电池充满95%，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。如果以3.55V或3.6V恒压、以0.1C(A)电流限流以恒压限流方式充电，则在24h内可以完全充电(在12h内充电85%,16h充电98%以上)。铁锂电池并且具有承受大电流充电能力，如可以1C(A)、3C(A)甚至更大电流充电，铅酸电池标准规定最大充电电流为0.25C10(A)。
4、体积小，重量轻
铁锂电池设计可轻量化，体积是相同容量铅酸电池的2/3；重量是相同容量铅酸电池的1/3。以下为：V-300AH 铁锂电池组与阀控式铅酸电池组比较表：
5、电池单体电压高，放电平台稳定
铁锂电池单体电压正常工作范围电压值为：2.5-3.65V最高电压可以到3.9V，铁锂电池电池单体标称电压为3.2V，串联少，电池组可靠性高，具有较好的大电流放电能力以及具有高倍率放电特性。铁锂电池并且具有非常优越的倍率放电性能，可以使用较小容量的铁锂电池系统来满足大电流放电的使用场合；1C(A)放电容量能够达到0.1C(A)放电容量的90%以上。，10C充放电效率达到 96%以上，容量保持率90%以上。完全充电条件下，充电容量约等于放电容量。以下为不同倍率放电电流的放电容量表：
磷酸铁锂电池在高温环境具有稳定的放电特性，在+40℃和+60℃时放出容量与实际容量基本一致。以下为铁锂电池在不同温度下放电容量表：
6、监控网管的动力管理系统
铁锂电池用电池监控系统来监控蓄电池的使用，借助于电池监控系统丰富的采集和遥控功能，监控网管可以构建一套完善的蓄电池管理模块来帮助用户管理蓄电池组，提高蓄电池组的寿命和可靠性。基站蓄电池放电是针对电池维护工作中电池容量检测的一个方法，通过主动放电或市电停电后的数据采集，检测电池容量，修正电池标定电池容量。
二、铁锂电池结合上海联通实际情况下的经济测算
1、提高基站寻址效率和机房使用率，降低机房租赁面积、减少租金
根据铁锂电池体积小的特点，对于市中心机房选址和面积比较紧张的情况，能够大大减轻选址难度以及增加机房实际使用面积。并且铁锂电池在室外一体化基站应用中可放置在楼顶或空地，减轻了新建站租赁机房难的问题；根据上海联通每年新增1000个机房、机房租金3元/平一天计算（每个机房节省2平方米），铁锂电池的应用可以帮助上海联通节省租金216万元/年。
2、提高机房建设效率，降低工程建设投资、减少工期
由于铁锂电池重量较轻，对于新建租用机房的站点安装铁锂蓄电池基本可满足承重要求，无需再做加固节省了相关建设费用并且缩减了工程工期。根据上海联通一个机房的加固费用3000元计算，按上海联通每年建设1000个机房计算，铁锂电池平均每年可以帮助上海联通减少工程投资300万元。
3、铁锂电池在上海联通节能减排中的应用
对于上海联通基站蓄电池实际应用中，由于铁锂电池的工作温度为0℃～40℃+5℃，这样可以允许机房环境温度放宽到这个范围，可以有效地节省空调用电。另外可以在一些周围环境温度较差或者不用空调的基站中大量使用。一方面减少了机房用电。另一方面对于传统电池提高了电池在室外站的生命周期。根据上海联通1万个机房统计，将站内空调启动温度提高到30左右计算（冬天1个季度不算，按春秋2个季度开半天空调、电费按1.3元/度计算），一年可以为上海联通节省电费2kW×12h×180天×1.3元×10000=5616万元。
4、铁锂电池整生命周期经济测算
铁锂电池在能量重量比、能量体积比、循环寿命、高温性能、放电特性等方面比阀控式密封铅酸蓄电池要优越很多，而且铁锂电池的耐高温特性，工作温度可以在 0 ℃～40 ℃，因此对于一些宏站站点可直接将电池放置于室外，这样就可以省去客观的机房建设（租用)费以及空调购置和运行的费用。以下对 2 个分别采用 双登2 组 48V-200Ah 阀控式铅酸电池（寿命按 5 年计算）和 2 组 48V-200Ah铁锂电池（寿命分别按 10 年和 15 年计算）的室内基站进行全面的经济比较：
通过比较可以发现铁锂电池一次性投入较大，但是在未来可持续性使用中，逐渐体现出该电池的优势，在十五年寿命费用测算中，年均费用只有阀控式蓄电池的三分之一左右。
5、铁锂电池在其他类型站点的应用
在一些EPON楼宇、WLAN和室内分布基站等市电不稳定或无机房等站点，铁锂电池小电流充放电性能以及小电流放电容量高等特性，使用铁锂电池可以极大提高站点安全可靠性以及上海联通用户使用感知度。
6、提高运维效率，保证机房通信设备用电安全
根据铁锂电池自带的监控网管的动力管理系统，可以对上海联通在网的数万组蓄电池进行集中监控，来帮助各区县分公司管理蓄电池组，提高蓄电池组的寿命和可靠性。另外还可以通过主动放电或市电停电后的数据采集，检测电池容量，修正电池标定电池容量，提高机房通信设备用电安全。
7、铁锂电池解决了铅酸电池较严重的环境污染
铁锂单体电池采用全密封结构，电池可以任意摆放，无有害气体排放，安全无污染，是绿色环保产品。
三、结论
在联通移网基站接入机房数量急剧增加的情况下，铁锂蓄电池组作为备用电源使用替代传统蓄电池变的越来越紧迫和重要。在很大程度上节省了物力、财力成本，为企业降低成本增加效益，还对社会环保和节能减排方面做出了贡献。在后续新建机房、老旧机房结合技改更新，对利于机房后续维护以及机房建设等生产活动建议充分考虑铁锂电池的实际应用，并且建立蓄电池组集中监控系统，通过电池监控系统提供的报表及曲线功能来分析电池的健康状况，及时剔除落后电池，保证系统稳定可靠运行，并且放电过程中出现的落后电池也能及时被运维人员发现，做到早更换、早处理，达到提升蓄电池性能从而节约能源的目的。