江苏双登_通信锂电应用研究报告.pdf

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1、磷酸铁锂电池在通信行业应用研究报告磷酸铁锂电池在通信行业应用研究报告磷酸铁锂电池在通信行业应用研究报告磷酸铁锂电池在通信行业应用研究报告 陈陈陈陈 怀怀怀怀 林林林林 江苏双登集团有限公司江苏双登集团有限公司江苏双登集团有限公司江苏双登集团有限公司 一、磷酸铁锂电池在通信行业应用的使用范围一、磷酸铁锂电池在通信行业应用的使用范围一、磷酸铁锂电池在通信行业应用的使用范围一、磷酸铁锂电池在通信行业应用的使用范围 1 1 1 1、简介、简介、简介、简介 通信用磷酸铁锂电池系统是江苏双登集团有限公司在国内最先研制开发的 高科技产品。该产品以其集成化、小型化、轻型化、智能型集中监控、电池维护 和管理、无

2、人值守、使用方便的标准化机柜安装方式、节能环保等特点，被广泛 应用于接入网设备、远端交换局、移动通信设备、传输设备、卫星地面站和微波 通讯设备等通信领域作为后备电源。目前，双登集团有限公司通信铁锂电池系统 产品系国内唯一批量生产， 并广泛应用于通讯领域的后备电源产品。受到通信行 业的青睐。 2 2 2 2 产品特点产品特点产品特点产品特点 （1） 电池正极采用磷酸铁锂（LiFePO4）材料制作，安全性能好、循环寿命长； （2） 电池系统采用高性能的 BMS 电池管理模块，该 BMS 具备电流、电压、温度 等保护功能，并使电池系统与主机良好通讯； （3） 监控单元自动测量电池的充放电电流、充放电

3、电压、单体电芯表面温度和 环境温度； （4） 二次下电功能，电池电压低于告警值有告警信息，电压过低时自动下电， 保护电池； （5） 系统具有良好的电磁兼容性； （6） 全智能设计，配置有集中监控模块，具有四遥（遥测、遥信、遥控和遥调） 功能，实现计算机管理，可以与远端中央监控中心通信； （7） 电源控制技术与计算机有机结合，可以实时监测和控制各种参数及状态； （8） 采用自冷方式，整个系统具有极低的噪音。 3 3 3 3 产品优势产品优势产品优势产品优势 （1）实现了可以直接在原通信直流开关电源系统的充放电工作模式不变的条件 下工作； （2） 通信铁锂电池系统是双登在国内最先研制成功的高科技产

4、品， 拥有自主知 识产权，产品填补国内空白，主要技术指标处于国际领先水平； （3）双登通信锂电系统是国内唯一批量生产并广泛应用于通讯领域的新型后备 电源系统，市场应用的时间最长、数量最多，市场反应良好； （4） 为满足电信运营商对分布式电源系统的新要求，双登首次提出了基于铁锂 电池、BMS、直流开关电源模块(或 UPS 不间断电源系统)一体化后备电源 的解决方案； （5） 较高的体积比能量和重量比能量，安装时，对空间和承重没有特殊要求， 大大降低了场地的租金成本； （6） 铁锂单体电池的循环寿命长达 3000 次以上； （7） 优越的温度特性： 环境工作温度可达2060 （推荐使用温度： -1

5、5 50） ，大大降低了设备购置成本和耗电成本； （8） 铁锂单体电池采用全密封结构，电池可以任意摆放，没有害气体排放， 安 全无污染，是绿色环保产品； （9） 铁锂电池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； （10）配置灵活：多个铁锂电池模块并联使用，使大容量通信铁锂电池系统进入 实际应用成为可能， 既提高了系统的输出功率， 又延长了系统的后备时间。 4 4 4 4 产品规格型号及技术参数产品规格型号及技术参数产品规格型号及技术参数产品规格型号及技术参数 表表表表 1 1 1 1 48V48V48V48V 系列产品规格型号系列产品规格型号系列

6、产品规格型号系列产品规格型号 规格型号规格型号规格型号规格型号额定电压额定电压额定电压额定电压(v)(v)(v)(v)额定容量额定容量额定容量额定容量(Ah)(Ah)(Ah)(Ah)外形尺寸外形尺寸外形尺寸外形尺寸(mm)(mm)(mm)(mm)重量重量重量重量(kg)(kg)(kg)(kg) SDA1048104810442443008.4 SDA10482048204428930016.8 SDA104830483044213330025.2 SDA104840484044217730029.0 SDA104850485044217730034.1 SDA10488048804423553

7、0058.0 SDA10481004810044235530068.2 SDA104815048150442532300102.3 SDA104820048200442709300136.4 SDA104825048250442886300170.5 SDA1048300483004421063300204.6 SDA1048400484004421418300272.8 SDA1048500485004421772300341.0 SDA1048600486004422126300409.2 SDA1048700487004422481300477.4 SDA1048800488004422

8、836300545.6 SDA1048900489004423191300613.8 SDA104810004810004423546300682.0 注注注注 1:1:1:1: 可根据用户特殊要求专门设计；可根据用户特殊要求专门设计；可根据用户特殊要求专门设计；可根据用户特殊要求专门设计； 注注注注 2:2:2:2: 外形尺寸可根据实际情况确定安装方式。外形尺寸可根据实际情况确定安装方式。外形尺寸可根据实际情况确定安装方式。外形尺寸可根据实际情况确定安装方式。 5 5 5 5、使用环境要求、使用环境要求、使用环境要求、使用环境要求 （1）环境温度：-20+60（推荐使用温度：-15 - +5

9、0） ； （2）贮存温度：-40+80； （3）相对湿度：5%95%RH； （4）海拔：不超过 4000m； （5）没有导电尘埃与腐蚀性气体的场所。 6 6 6 6、通信用磷酸铁锂电池系统应用场景、通信用磷酸铁锂电池系统应用场景、通信用磷酸铁锂电池系统应用场景、通信用磷酸铁锂电池系统应用场景 （1 1 1 1）小容量站点、末端供电应用环境）小容量站点、末端供电应用环境）小容量站点、末端供电应用环境）小容量站点、末端供电应用环境 如图 1 所示。采用 19 英寸 1U 标准单元，以 1.1A 放电，满足 ONU、EPON、 传输设备等的使用要求。如图 2 所示。主设备为 PDH 光端机，功率15

10、W，工作 电流0.3A，后备时间24h。与传统铅酸蓄电池相比，极大地节省了安装空间。 图图图图 1 1 1 1 48V10Ah48V10Ah48V10Ah48V10Ah 在在在在 ONUONUONUONU 中的应用中的应用中的应用中的应用图图图图 2 2 2 2 48V10Ah48V10Ah48V10Ah48V10Ah 在在在在 PDHPDHPDHPDH 光端机备电光端机备电光端机备电光端机备电 （2 2 2 2） 在高铁通信机站中的应用在高铁通信机站中的应用在高铁通信机站中的应用在高铁通信机站中的应用 图 3 是苏州移动昆山高铁户外 23 号机站。该机站配置：中兴流开关电源， 2 组双登 4

11、850 通信锂电系统并联成 48V/100Ah 通信锂电系统，由 2 路空气开关 分别控制，系统运行正常。 图图图图 3 3 3 3 苏州移动昆山高铁户外苏州移动昆山高铁户外苏州移动昆山高铁户外苏州移动昆山高铁户外 23232323 机站机站机站机站 （3 3 3 3） 在新能源供电机站中的应用在新能源供电机站中的应用在新能源供电机站中的应用在新能源供电机站中的应用 图4和图5分别为新疆光伏基站使用48V1400AH铁锂电池系统和辽宁光伏直 放站使用 24V250AH 铁锂电池系统。该类基站使用环境恶劣，温度变化较大，而 且蓄电池的充放电频率很高， 几乎每天都在进行充放电，与铁锂电池的寿命特性

12、 有较高的吻合度（铁锂电池的寿命约为铅酸蓄电池的六倍） 。白天光伏板为负载 提供电能， 同时当蓄电池馈电时为蓄电池充电，晚上或者阴雨天气由电池储存的 能量保证设备的正常工作。 图图图图 4 4 4 4 新疆光伏基站使用新疆光伏基站使用新疆光伏基站使用新疆光伏基站使用 48V/1400Ah48V/1400Ah48V/1400Ah48V/1400Ah 铁锂电池系统铁锂电池系统铁锂电池系统铁锂电池系统 图图图图 5 5 5 5 辽宁光伏直放站使用辽宁光伏直放站使用辽宁光伏直放站使用辽宁光伏直放站使用 24V/250Ah24V/250Ah24V/250Ah24V/250Ah 铁锂电池系统铁锂电池系统铁

13、锂电池系统铁锂电池系统 （4 4 4 4） 在室外边际站中的应用在室外边际站中的应用在室外边际站中的应用在室外边际站中的应用 图 6 是浙江联通山顶室外基站。2 组 4850 锂电并联，易达 4830 开关电源， 负载电流：15A；后备时间：6h。 图图图图 6 6 6 6 浙江联通山顶室外基站浙江联通山顶室外基站浙江联通山顶室外基站浙江联通山顶室外基站 （5 5 5 5）在面积受限、承重无法解决的租用站中的应用）在面积受限、承重无法解决的租用站中的应用）在面积受限、承重无法解决的租用站中的应用）在面积受限、承重无法解决的租用站中的应用 图 7 是苏州移动 3G 微蜂窝。主要应用在商场、医院、

14、办公楼等公共场所的 竖井里，挂墙安装或者嵌入在一体化机柜中。 图图图图 7 7 7 7 苏州移动苏州移动苏州移动苏州移动 3G3G3G3G 微蜂窝微蜂窝微蜂窝微蜂窝 （6 6 6 6）在应急通信车的应用）在应急通信车的应用）在应急通信车的应用）在应急通信车的应用 图 8 是铁岭移动通信应急车，两组 4850 锂电池为 RRU 供电，通常情况下油 机为设备供电，一旦油机发生故障或加油时启用锂电池（2 组 4850）备电。 图图图图 8 8 8 8 铁岭移动通信应急车，铁岭移动通信应急车，铁岭移动通信应急车，铁岭移动通信应急车， （7 7 7 7）在室外防雨柜中的应用）在室外防雨柜中的应用）在室外

15、防雨柜中的应用）在室外防雨柜中的应用 图 9 是河北电信室外铁锂电池一体化机柜。对于一些户外站，可以配套铁锂 电池一体化机柜。该种安装方式是将通信锂离子电池及开关电源（或 UPS）嵌入 配套机柜中，从机柜中引出两组线，一组线接交流电，另一组接负载。设备安装 调试完毕后将机柜上锁，安装简单、操作方便，并能起到防雨、防盗的作用。 图图图图 9 9 9 9 河北电信室外铁锂电池一体化机柜河北电信室外铁锂电池一体化机柜河北电信室外铁锂电池一体化机柜河北电信室外铁锂电池一体化机柜 （8 8 8 8）中等容量机站供电应用环境）中等容量机站供电应用环境）中等容量机站供电应用环境）中等容量机站供电应用环境 图

16、图图图 10101010 广东阳江移动广东阳江移动广东阳江移动广东阳江移动 48V/300Ah48V/300Ah48V/300Ah48V/300Ah 铁锂电池系统国投机站铁锂电池系统国投机站铁锂电池系统国投机站铁锂电池系统国投机站 图图图图 11111111 内蒙呼和浩特移动内蒙呼和浩特移动内蒙呼和浩特移动内蒙呼和浩特移动 48V/600Ah48V/600Ah48V/600Ah48V/600Ah 铁锂电池系统铁锂电池系统铁锂电池系统铁锂电池系统 （9 9 9 9）在高压直流后备电源系统中的应用环境）在高压直流后备电源系统中的应用环境）在高压直流后备电源系统中的应用环境）在高压直流后备电源系统中

17、的应用环境 在新型数据中心机房试点工程中高压直流后备电源系统由 1 架 336V 直流组 合式电源柜和 1 架电池柜组成。 其中电池柜由 2 组 336V/50Ah 磷酸铁锂电池模块 和 1 个系统 BMS 组成。 图图图图 12121212 336V/100Ah336V/100Ah336V/100Ah336V/100Ah 磷酸铁锂电池柜磷酸铁锂电池柜磷酸铁锂电池柜磷酸铁锂电池柜 二、磷酸铁锂电池在通信行业应用的可靠性分析二、磷酸铁锂电池在通信行业应用的可靠性分析二、磷酸铁锂电池在通信行业应用的可靠性分析二、磷酸铁锂电池在通信行业应用的可靠性分析 1 1 1 1 正极材料的选择正极材料的选择正

18、极材料的选择正极材料的选择 通信用锂离子电池对正极材料的要求非常高。目前，锂离子电池的正极材料 有钴酸锂、层状三元材料、锰酸锂，磷酸亚铁锂等材料。钴酸锂电池循环性能较 好，但是在充放电过程中钴酸锂的安全性能差，同时钴资源短缺，特别是在我国 没有大型可开采的钴矿， 价格昂贵，这些特点决定了钴酸锂只能用于制作小型锂 离子电池， 不能满足大型通信用锂离子电池的要求。层状三元材料是在钴酸锂的 基础上掺入镍锰材料， 以降低成本， 这种材料的容量较高， 可望代替钴酸锂材料， 用于小型锂离子电池。锰酸锂材料安全性优越，热稳定性好，耐过充电，电压平 台高，大电流充放电性能优越，是动力电池的理想材料。因为钴酸锂

19、、锰酸锂、 三元材料的热分解的温度都要远低于磷酸铁锂材料，而这些正极材料一旦热分 解， 产生的游离态的氧离子，是造成锂离子电池起火燃烧甚至于爆炸的最直接的 缘由。磷酸亚铁锂材料可逆性好，循环性能好，安全性好，相对较低的电压平台 和较高的稳定性，决定了耐浮充性能的优越性。因此选择正确的正极材料，是做 好通信锂电池的关键，也是先决条件。 2 2 2 2 磷酸磷酸磷酸磷酸铁锂铁锂铁锂铁锂正极材料正极材料正极材料正极材料 正极材料的选择和材料性能的优劣，对电池的性能影响极大。研究表明， 橄 榄石结构的 LiFePO4材料是作为通信锂电池正极材料的最佳选择。这是因为：橄 榄石结构的稳定性和耐疲劳性，有利

20、于在后备电源中长时间处于浮充工作状态； 相对比较低的工作电压(3.2V)平台，保证了电解液的稳定性，从而也保证了电池 的安全性和可靠性； 良好的循环寿命，延长了铁锂电池在后备电源系统中的使用 寿命，提高了性价比。同时，铁锂材料资源丰富、价格便宜，环境友好，无污染， 可以摆脱我国锂离子电池正极原材料完全依赖进口的局面。 较高的体积比能量和 重量比能量起到了节能减排的作用，是通信锂电池最理想的正极材料。但是,铁 锂材料存在电导率低和低温性能差的弱点。针对电导率低的弱点，将纳米材料的 制备与分散技术、球化技术、表面处理等技术引入大规模生产。前躯体的制备采 用纳米化、分散和可溶性技术；烧结采用气氛保护

21、；成品处理采用粉碎、分级、 捏合、除磁等技术；大大提高了材料的导电性能、倍率性能和加工性能。磷酸铁 锂电池是目前商业化的锂离子电池当中安全性能最好的。当然，要确保磷酸铁锂 电池的安全可靠， 还必须从电池设计的角度全方位考虑：例如严格控制电池的容 量（建议不要不超过 50Ah） ，严格控制电池的电解液的量（建议每 Ah 不要超过 7g） ，大容量的电池需要选择厚的多层隔膜等等。 3 3 3 3 磷酸磷酸磷酸磷酸铁锂电池铁锂电池铁锂电池铁锂电池 （1 1 1 1）倍率放电性能）倍率放电性能）倍率放电性能）倍率放电性能 200AH-65180305A 100A和200A放电曲线 2 2.2 2.4

22、2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 1112131415161718191 101 111 121 131 141 时间(min) 电压(V) 系列1 系列2 100A放电曲线 200A放电曲线 图图图图 13131313 3.2V/200Ah3.2V/200Ah3.2V/200Ah3.2V/200Ah 单体电池单体电池单体电池单体电池图图图图 14141414 100A100A100A100A 放电：放电：放电：放电：231.95Ah231.95Ah231.95Ah231.95Ah（100.00%100.00%100.00%100.00%） 200A200A200A200A 放电：放

23、电：放电：放电：226.58Ah226.58Ah226.58Ah226.58Ah（97.68%97.68%97.68%97.68%） （2 2 2 2） 温度特性温度特性温度特性温度特性 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 15913 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 时间(min) 电压(V) 系列1 200AH-65180305A 60 静置 6h/200A放电曲线 200AH-65180305A 低温66.7A放电曲线 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 110 19 2837 46

24、 5564 73 8291 100 109 118 127 136 时间(min) 电压(V) 系列1 系列2 -10放电曲线 -20放电曲线 图图图图 15151515 高温高温高温高温 60606060放电放电放电放电图图图图 1616161610101010放电：放电：放电：放电：153.3Ah(66.7%)153.3Ah(66.7%)153.3Ah(66.7%)153.3Ah(66.7%) 200A200A200A200A 放电放电放电放电 224.9Ah224.9Ah224.9Ah224.9Ah（97.4%97.4%97.4%97.4%）20202020放电：放电：放电：放电：112

25、.3Ah(48.8%)112.3Ah(48.8%)112.3Ah(48.8%)112.3Ah(48.8%) （3 3 3 3）循环寿命）循环寿命）循环寿命）循环寿命 050010001500200025003000 40 42 44 46 48 50 52 Capacity/AhCapacity/AhCapacity/AhCapacity/Ah Cycle number / timeCycle number / timeCycle number / timeCycle number / time 50Ah battery 50A charge-discharge cycle curve50Ah

26、 battery 50A charge-discharge cycle curve50Ah battery 50A charge-discharge cycle curve50Ah battery 50A charge-discharge cycle curve 图图图图 17171717 1.0C1.0C1.0C1.0C（A A A A）放电，循环）放电，循环）放电，循环）放电，循环 2680268026802680 次，剩余次，剩余次，剩余次，剩余 84%84%84%84%容量容量容量容量 （4 4 4 4）部分安全性能）部分安全性能）部分安全性能）部分安全性能 图图图图 18181818

27、 85858585储存储存储存储存 48h48h48h48h，应不漏液、不冒烟、不起火、不爆炸，应不漏液、不冒烟、不起火、不爆炸，应不漏液、不冒烟、不起火、不爆炸，应不漏液、不冒烟、不起火、不爆炸 图图图图 19191919 10Kg10Kg10Kg10Kg 重物冲击，应不起火、不爆炸重物冲击，应不起火、不爆炸重物冲击，应不起火、不爆炸重物冲击，应不起火、不爆炸 图图图图 20202020 130130130130/30min/30min/30min/30min 热冲击，应不起火、不爆炸热冲击，应不起火、不爆炸热冲击，应不起火、不爆炸热冲击，应不起火、不爆炸 三、磷酸铁锂电池的使用温度范围实验

28、情况和适用温度建议及分析三、磷酸铁锂电池的使用温度范围实验情况和适用温度建议及分析三、磷酸铁锂电池的使用温度范围实验情况和适用温度建议及分析三、磷酸铁锂电池的使用温度范围实验情况和适用温度建议及分析 1 1 1 1 温度试验曲线（温度试验曲线（温度试验曲线（温度试验曲线（20202020放电曲线如图放电曲线如图放电曲线如图放电曲线如图 16161616 所示）所示）所示）所示） 25 0.3C放电 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0102030405060 容量Ah 电压V 图图图图 21212121 50Ah50Ah50Ah50Ah 电池电池电池电池 25252525放电

29、曲线放电曲线放电曲线放电曲线 -10 0.3C放电 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 01020304050 容量Ah 电压V 图图图图 22222222 50Ah50Ah50Ah50Ah 电池电池电池电池1 1 1 10 0 0 0放电曲线放电曲线放电曲线放电曲线 60 0.3C放电 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0102030405060 容量Ah 电压V 图图图图 23232323 50Ah50Ah50Ah50Ah 电池电池电池电池 60606060放电曲线放电曲线放电曲线放电曲线 2 2 2 2 适用温度建议及分析适用温度建议及分析适用温度建议及

30、分析适用温度建议及分析 磷酸铁锂电池具有优越的温度特性，环境工作温度可达2060 （推荐 使用温度：-1550） ，大大降低了设备购置成本和耗电成本。理论上， 在 -20+65的条件下，磷酸铁锂电池都可以正常的放电。 但由于电解液在低温 下流动性变差、或隔膜遇热收缩等问题，建议当温度低于 0或高于 55时， 放 电应适当选择小的电流，以电池额定容量的 0.1C0.3C（A）为佳。如果温度过 低（低于+5的条件） ，则建议采用额定容量的 0.1C（A）或更小一些的电流对 电池进行充电。 四、磷酸铁锂电池的容量标定方式（四、磷酸铁锂电池的容量标定方式（四、磷酸铁锂电池的容量标定方式（四、磷酸铁锂电

31、池的容量标定方式（C C C C10 101010或 或或或 C C C C5 5 5 5）分析）分析）分析）分析 对于铅酸蓄电池而言， 在不同倍率下放电， 将有不同的容量。 表 2 是 1000Ah 铅酸蓄电池在常温下不同倍率放电时的额定容量。放电倍率越高，放电电流密度 越大， 电流在电极上分布越不均匀， 电流优先分布在离主体电解液最近的表面上， 从而在电极的最外表面优先生成 PbSO4。PbSO4的体积比 PbO2和 Pb 大，于是放电 产物硫酸铅堵塞多孔电极的孔口，电解液则不能充分供应电极内部反应的需要， 电极内部物质不能得到充分利用，因而高倍率放电时容量降低。 锂离子电池的倍率性能比铅

32、酸蓄电池的倍率性能优越。 磷酸铁锂电池是锂离 子电池系列产品中的一种， 因此，不能用铅酸蓄电池的容量标定方式来标定磷酸 铁锂电池的容量。 图24是50Ah磷酸铁锂电池在不同倍率放电条件下的容量曲线。 在新型数据中心机房试点工程中，336V 高压直流后备电源系统的磷酸铁锂电池 模块 4.0C 放电，满足后备时间 15min 要求。即 4.0C 放电，磷酸铁锂电池模块应 达到额定容量要求。 铁锂电池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。 表表表表 2 2 2 2 1000Ah1000Ah1000Ah1000Ah 铅酸蓄电池在常温下不同倍率放电时的额定容量铅

33、酸蓄电池在常温下不同倍率放电时的额定容量铅酸蓄电池在常温下不同倍率放电时的额定容量铅酸蓄电池在常温下不同倍率放电时的额定容量 放电倍率（放电倍率（放电倍率（放电倍率（hrhrhrhr）1 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 58 8 8 8101010101212121224242424 容量（容量（容量（容量（AhAhAhAh）550656750788850952100010441128 50AH铝壳倍率放电50AH铝壳倍率放电 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 010203040506070 容量Ah 电压V 1C放电 2C

34、放电 4C放电 6C放电 8C放电 图图图图 24242424 不同倍率放电容量曲线不同倍率放电容量曲线不同倍率放电容量曲线不同倍率放电容量曲线 五、磷酸铁锂电池系统中电芯的串联只数（五、磷酸铁锂电池系统中电芯的串联只数（五、磷酸铁锂电池系统中电芯的串联只数（五、磷酸铁锂电池系统中电芯的串联只数（15151515 串或串或串或串或 16161616 串）分析串）分析串）分析串）分析 磷酸铁锂单体电池最佳补充电电压值为 3.65V。以 48V 供电系统为例，分析 认为： 15 节单体电池串联时，电池模块的最佳充电电压值为 54.75V，电池组的最 佳充电电压值为 54.75V1.75V（BMS

35、压降）56.50V。在单体电池充电电压值 达到 3.70V 时， 电池模块的充电电压值为 55.50V， 电池组的充电电压值为 55.50V 1.75V（BMS 压降）57.25V，系统告警。在单体电池充电电压值达到 3.75V 时，电池模块的充电电压值为 56.25V，电池组的充电电压值为 56.25V1.75V （BMS 压降）58.00V，系统保护。在电池组的放电电压达到系统二次下电电压 43.20V 时，单体电池放电电压为43.20V1.75V（BMS 压降） /152.76V。而 2.76V3.65V 正是磷酸铁锂单体电池放出额定容量的电压范围，同时也是直流 开关电源正常工作的电压范

36、围。 16 节单体电池串联时，电池模块的最佳充电电压值为 58.40V，电池组的最 佳充电电压值为 58.40V1.75V（BMS 压降）60.15V，此电压值已经超过了直 流开关电源的保护值。如果以最佳充电电压 56.50V（与铅酸蓄电池的均充电压 接近）对电池组充电，此时单体电池的充电电压为56.50V1.75V（BMS 压降） /163.42V。很显然，3.42V 的充电电压对电池是充不满的。如果电池组中单体 电池的一致性不好，3.42V 的充电电压会使电池组中很快产生落后电池，电池组 的容量会很快下降。 而唯一的办法是重新设计直流开关电源的相关参数，提高充 电电压。 但是，在通信用磷酸

37、铁锂电池组研发的初衷就是直接在原通信直流开关 电源系统的充放电工作模式不变的条件下工作。 验证磷酸铁锂电池在通信中的应 用是安全的、可靠的、稳定的。 通过以上分析：目前 15 节单体电池的串联方案更优越、更实用、更贴近实 际情况。 六、磷酸铁锂电池与开关电源的适配要求六、磷酸铁锂电池与开关电源的适配要求六、磷酸铁锂电池与开关电源的适配要求六、磷酸铁锂电池与开关电源的适配要求 1 双登磷酸铁锂电池组实现了可以直接在原通信直流开关电源系统的充放电工 作模式不变的条件下工作； 2 当磷酸铁锂电池组处于休眠状态时， 与之配套使用的直流开关电源必须是取消 了其防反接保护功能的，这样才能在交流恢复后有 4

38、8V 的电压来激活电池组。 七、铁锂电池管理系统（七、铁锂电池管理系统（七、铁锂电池管理系统（七、铁锂电池管理系统（BMSBMSBMSBMS）的必要性和基本功能、拓展功能要求）的必要性和基本功能、拓展功能要求）的必要性和基本功能、拓展功能要求）的必要性和基本功能、拓展功能要求 1 1 1 1 磷酸铁锂电池中电池管理系统（磷酸铁锂电池中电池管理系统（磷酸铁锂电池中电池管理系统（磷酸铁锂电池中电池管理系统（BMSBMSBMSBMS）的必要性）的必要性）的必要性）的必要性 图 25 是通信用直流锂电后备电源系统总体结构框图。在实际应用中，电池 管理系统在直流电源系统和铁锂电池组之间起到一个桥梁作用。

39、 其必要性主要体 现在： 第一， 保障铁锂电池组在充放电时的电流、电压和温度参数都在铁锂电池组 本身可以承受的范围内； 第二，尽量延长铁锂电池组的使用寿命； 第三，保证铁锂电池组在使用中可以达到系统的要求和设计时的标准； 第四，确保磷酸铁锂电池在通信中应用的安全性、可靠性、稳定性。 图图图图 25252525 通信锂电直流电源系统总体结构框图通信锂电直流电源系统总体结构框图通信锂电直流电源系统总体结构框图通信锂电直流电源系统总体结构框图 2 2 2 2 铁锂电池管理系统（铁锂电池管理系统（铁锂电池管理系统（铁锂电池管理系统（BMSBMSBMSBMS）的基本功能）的基本功能）的基本功能）的基本功

40、能 通信用铁锂电池组的寿命除了取决于电池本身的技术水平、 生产工艺等先天 因素外， 其寿命的长短在很多情况下取决于平时使用和日常维护。那么如何通过 专用 BMS 管理系统来延长通信铁锂电池组的使用寿命呢？ 一是智能充电管理； 二是电池的平衡管理； 三是智能间歇式充放电管理； 四是热系统管理和通讯管理。 表表表表 3 3 3 3BMSBMSBMSBMS 管理功能和通讯项目表管理功能和通讯项目表管理功能和通讯项目表管理功能和通讯项目表 状态量 蓄电池组的充放电状态；蓄电池组容量（SOC） ；输出电压；输出电流； 电池并机时的位号；蜂鸣器关断或开启。 环境模拟量 蓄电池组温度；蓄电池组环境温度；PC

41、B 板温度；单体电芯温度等。 告警量 蓄电池组充电过压告警及保护；蓄电池组充电电流告警及保护； 蓄电池组放电欠压告警及保护；蓄电池组极性反接告警及保护； 蓄电池组放电过流告警及保护；蓄电池组高温告警及保护； 蓄电池组环境高温告警及保护；蓄电池组容量过低告警及保护； 蓄电池组温度传感器失效告警；蓄电池组电压传感器失效告警； 蓄电池组电流传感器失效告警等； 单体电芯高温告警及保护；单体电芯充电过压告警及保护； 单体电芯放电欠压告警及保护；单体电芯充电过流告警及保护； 单体电芯放电过流告警及保护等。 软件在线更新 能通过 RS232 接口实现软件的在线更新。 3 3 3 3 铁锂电池管理系统（铁锂电

42、池管理系统（铁锂电池管理系统（铁锂电池管理系统（BMSBMSBMSBMS）的拓展功能）的拓展功能）的拓展功能）的拓展功能 图 26 是上传数据的通讯软件界面。铁锂电池组可以通过自身 RS232 接口与 动环监控系统连接，实现远程实时监控。图 27 是福建省联通公司监控中心的实 时监控界面。 图图图图 26262626 上传数据的通讯软件界面上传数据的通讯软件界面上传数据的通讯软件界面上传数据的通讯软件界面 图图图图 27272727 福建联通监控中心的实时监控界面福建联通监控中心的实时监控界面福建联通监控中心的实时监控界面福建联通监控中心的实时监控界面 八、磷酸铁锂电池系统的均流要求和实现方法

43、八、磷酸铁锂电池系统的均流要求和实现方法八、磷酸铁锂电池系统的均流要求和实现方法八、磷酸铁锂电池系统的均流要求和实现方法 电池组的循环寿命远远低于其电池单体的循环寿命， 其原因在于单体电池间 的一致性差异造成的短板效应。 单体电池间的容量差异和内阻差等，一般是由于 电池的生产工艺偏差造成的。 均衡技术能够改变不同电池间充放电的电流或充放 累计能量， 是解决电池成组一致性差异的关键技术。 持续有效的大电流均衡功能， 1 1 1 1 无源均衡技术无源均衡技术无源均衡技术无源均衡技术 图28是无源均衡电路结构图。当Cell1快要出现过充时，T1MOSFET会打开， 使R1分流部分充电电流，以达到均衡

44、的目的。但这种均衡方式有以下问题： （1）均衡电流做不大，均衡时有很大的热耗散，设计均衡电流太大时影响系统 的稳定性； （2）均衡时消耗充电能量，充电效率降低； （3）只能在充电时做均衡，而且只能在充电的最后阶段才能做均衡，均衡总电 量有限 。 图 28 无源均衡电路结构图 2 2 2 2 有源均衡技术有源均衡技术有源均衡技术有源均衡技术 在这种情况下， 有源均衡技术已经成为了业界一致认同的能够有效解决电池 组寿命问题的均衡技术。该技术拥有均衡电流大，均衡时间长，热耗散低，充电 效率高等优点。 其工作原理与被动式均衡有本质区别，当电池组中的某节单体电 池接近过充时， 均衡电路能够将该电池的充电

45、电流分配到其他尚未充满的电池中 去，而不像被动式均衡技术把充电电流变成热量。由于没有热耗散问题，所以系 统的均衡电流可以比较大，图 29 和图 30 时电池组在充电和放电中的均衡方式。 图图图图 29292929 充电时能量在单体电池间搬移充电时能量在单体电池间搬移充电时能量在单体电池间搬移充电时能量在单体电池间搬移图图图图 30303030 放电时能量搬移到电量低单体电池中放电时能量搬移到电量低单体电池中放电时能量搬移到电量低单体电池中放电时能量搬移到电量低单体电池中 主动式均衡主要有以下优点： （1）在电池间做能量搬移，不影响充放电效率； （2）基本没有热耗散，设计均衡电流可以比较大； （

46、3）在任何情况下都可以做均衡，而不仅在充电的末期； （4）综合均衡能力强，能够充分维护的电池的一致性。 九、磷酸铁锂电池系统的充放电过流保护功能及实现方法九、磷酸铁锂电池系统的充放电过流保护功能及实现方法九、磷酸铁锂电池系统的充放电过流保护功能及实现方法九、磷酸铁锂电池系统的充放电过流保护功能及实现方法 1 1 1 1 充放电过流保护功能充放电过流保护功能充放电过流保护功能充放电过流保护功能 （1）过流充电保护 电池组按规定充满电后，当电池组的充电电流大于 BMS 设定的过流保护点 时，BMS 切断充电电路并告警，电池组应不漏液、冒烟、起火或爆炸。 （2）过流放电保护 电池组按规定充满电后，当

47、电池组的放电电流大于 BMS 设定的过流保护点 时，BMS 切断放电电路并告警，电池组应不漏液、冒烟、起火或爆炸。 （3）短路保护 电池组按规定充满电后，将电池组的正负极用 0.1电阻器短路，电池组应 瞬间切断电路并告警，电池组应不漏液、冒烟、起火或爆炸；故障排除后，应能 手动或自动恢复工作；瞬时充电后，电池组电压应不小于标称电压。 （4）过载保护 电池组按规定充满电后，逐步增大放电电流，记录过载保护动作电流，电池 组放电电流达到过载保护电流值时， 应切断电路并告警， 电池组应不漏液、 冒烟、 起火或爆炸；故障排除后，应能自动恢复工作；瞬时充电后，电池组电压应不小 于标称电压。 （2 2 2

48、2）充放电过流保护实现方法）充放电过流保护实现方法）充放电过流保护实现方法）充放电过流保护实现方法 图31是BMS管理系统电原理框图。 其中， 充电MOSFET充电单元和放电MOSFET 放电单元是充放电过流保护电路。 D D1 1 放电保放电保 微处理器微处理器微处理器微处理器 充电充电、放电放电 充电充电、放电放电 - - + + 采样电阻（检测充放电电采样电阻（检测充放电电 电 池 信 号电 池 信 号 放电放电MOSFETMOSFET充电充电MOSFETMOSFET 锂离子电池锂离子电池 充电保护充电保护 R R D D2 2 Q Q Q Q 图图图图 31313131 BMSBMSB

49、MSBMS 管理系统电原理框图管理系统电原理框图管理系统电原理框图管理系统电原理框图 十、十、十、十、SOCSOCSOCSOC 和和和和 SOHSOHSOHSOH 数学模型分析数学模型分析数学模型分析数学模型分析 1 1 1 1 SOCSOCSOCSOC 数学模型分析数学模型分析数学模型分析数学模型分析 如图 31 所示，磷酸铁锂电池的放电平台比较平坦，由于电压传感器本身的 检测精度，很难通过电压的精确读取推算出精确的 SOC 值，或者容量剩余值。 图图图图 32323232 磷酸铁锂电池放电曲线图磷酸铁锂电池放电曲线图磷酸铁锂电池放电曲线图磷酸铁锂电池放电曲线图 因此，比较准确的做法是采用对电流积分的方式求得电池容量 Cini。电池在设 备中放电时，BMS 对其放电电流做时间积分，积分值假设为 C1i，则电池在任意时 间段的容量剩余率（SOC）=1-C1i/Cini；到了本次放电结束，则又会有一个新的全 过程的电流（随时间）积分值 C1，则电池的准确容量由 Cini更新为 C1，后继使用 同样遵循以上的原则。 按此算法达到的 SOC 精度可以控制在2%。其中还有两点