通讯基站用电源

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1、通讯基站用电池的发展现状通讯基站用电池的发展现状 防化研究院军用化学电源研究与发展中心防化研究院军用化学电源研究与发展中心 曹曹 高高 萍萍 二二OO一四年八月二十三日一四年八月二十三日 报告内容 一、概述一、概述 二、铅酸蓄电池二、铅酸蓄电池 三、锂离子电池三、锂离子电池 四、燃料电池四、燃料电池 五、液流电池五、液流电池 六、结束语六、结束语 一、概述一、概述 电池作为通信基站供电系统的重要组成部分, 在通信基站电源系统建设中具有举足轻重的地 位。 通信基站的多样性、环境的复杂性和国内各地 电网情况的不同，决定了通信基站用电池性能 也需多样性。 选择合适的电池电源，并对其实施合理的安装 和

2、科学的维护是电池电源发挥作用的基石。 通信基站电池电源的主要供电方式通信基站电池电源的主要供电方式 储能式供电：与太阳能、风能联合使用 为基站供电。电池为充放电循环应用。 备用电源式供电：连接电网，通常情 况电池长期处于浮充状态。 铅酸电池铅酸电池 镉镍电池： 氢镍电池：氢镍电池： 锂离子电池锂离子电池 燃料电池燃料电池 液流电池液流电池 钠硫电池：钠硫电池： 超级电容器：超级电容器： 价格较贵，性能不突出，没有得到发展。 有镉污染，限制发展的电池体系。 高温体系，国内技术还不成熟。 目前比能量不到10Wh/kg，价格昂贵。 主要的二次电池体系主要的二次电池体系 比能量的比较比能量的比较 Li

3、-S Li-O Li-F Flow UC 技术进步 二、通信基站用铅酸电池二、通信基站用铅酸电池 铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的工作原理 电池反应： Pb + Pb02+ 2H2SO4 2 PbSO4 + 2H2O 放电 充电 铅酸蓄电池是1859年由普兰特(P1ante)发明的二次电 池。是应用最广泛的一类电池，也是目前通信基站中 应用最多的一类电池。 铅酸蓄电池的性能特点铅酸蓄电池的性能特点 优点： 对环境温度要求比较高； 比能量低,传统铅酸蓄电池对机房面积和承重要求高； 传统铅酸蓄电池的高倍率充放电性能较差； 循环寿命短负极硫酸盐化。 主要原材料铅是一类有毒物质，存在铅污染的风险，管理

4、不 善会对环境造成危害。铅酸污染是可防可控的。 技术成熟 安全性高，可靠性好； 成本低，性价比最高的二次电池； 原材料资源丰富，回收技术成熟、再利用性好（95%）； 成组性好，使用、维护简便，运行成本低。 缺点： 铅酸蓄电池的发展铅酸蓄电池的发展 1、传统铅酸电池指现有绝大部分厂家采用的传统浇 注方式生产的AGM或胶体阀控密封铅酸蓄电池； 2、改性铅酸电池指采用冲压、拉网、卷绕等新技术 的新型阀控电池； 3、先进铅酸电池指目前国际先进铅酸蓄电池联合体 (ALABC)重点研制的采用铅炭电池、双极性电池、泡 沫炭电池等新技术的下一代铅酸电池。 铅炭电池均匀复合、双功能负极 引自引自 铅酸电池混合电

5、容器 限制硫酸铅结晶，改善电极微观结构、导 电网络与反应机制，进而提高比能量、提 高比功率、延长循环寿命的新技术。 铅炭电池的性能特点 比能量：45 Wh/Kg 40 Wh/kg左右 循环寿命：2500次 ( 80%DOD循环) 500800次 比功率： 300 W/Kg 95W/kg 快速充电：1C (不小于额定容量的 95%) 0.10.2C 能量效率：90% 80% 售价：1元/Wh 0.65元/Wh 缺点： 析氢可能比一般铅酸电池大一点。析氢取决于多孔炭材 料，好的炭材料不增加析氢量； 价格高些。 铅炭电池 传统铅酸电池 Exide(美国)将开发卷绕式铅炭电池，制备出 的高性能电池（4

6、2V12Ah）用于帕萨特HEV 上，通过了22万公里路演； 从美军国防报告可看出，陆军支持Exide的 卷绕型铅炭电池用于军用车辆启动方面。 Exide铅炭电池的应用 Axion以开发储能用铅炭电池为主要方向； 其比较出色的产品为1MW 0.5h、100kW 10h 的电网供电模块（类似南都）。 Axion铅炭电池的开发和应用 新疆吐鲁番新能源城市微电网示范工程 p该项目是国内第一个新能源示范 城市兆瓦级储能项目，所使用的储 能电池全部为公司新产品铅炭电池 。项目集成了直流电源、电池管理 系统（BMS）及热管理系统等全套 技术，标志着公司储能系统集成技 术已获得市场认可。 珠海万山海岛6MWh

7、新能源微电网示范项目 p 目前为止国内最大的微网铅酸储能示范项目 p南都电源独家中标，提供储能系统解决方案，储能电池全 部采用公司铅炭电池产品 p 风能/太阳能等多种新能源接入方式 p 储能系统兼具功率平滑与能量存储功能 铅炭电池在通信基站中的应用铅炭电池在通信基站中的应用 循环寿命长：铅炭电池能解决通信基站电池因过放 电或欠充电所造成的电池硫酸盐化而引起的失效问题。 大电流充电和放电能力远好于传统的铅酸电池。 应用： 1. 电网不稳定，出现电池欠充的基站。 2.铅炭电池适合于储能式供电，与太阳能、风 能联合使用为基站供电。 三、通信基站用锂离子电池三、通信基站用锂离子电池 锂离子电池的工作原

8、理锂离子电池的工作原理 Li+ Charge Discharge Cathode Anode f 1980年，Armand提出了“摇椅电池”的概念； 1990年，SONY将“摇椅电池”改称为“锂离子电池”推向产业； 1991年，中国在“863”计划新材料领域中开始立项支持。 石墨 硬碳 软碳 钛酸锂 硅基材料 负极材料 钴酸锂 锰酸锂 磷酸铁锂 三元材料 镍锰酸锂 正极材料 放电 电池反应：LixC6 + Li1-xFePO4 充电 6C + LiFePO4 各种锂离子电池的性能各种锂离子电池的性能 性能指标 钴酸锂 电池 锰酸锂 电池 磷酸铁锂 电池 三元材料 电池 镍锰酸锂 电池 富锂锰基

9、 电池 比能量 /Wh/Kg) 150-200100-14080-150170-220170-200220-280 功率特性好好好好好较差 循环寿命(次)寿命长寿命短寿命很长寿命较长 平均电压(V）3.73.83.23.74.63.5 使用温度范围-2060oC-2050oC-2060oC-2060oC 低温性能好好较差好 高温性能好较差好好 安全性低高最高偏低高偏低 成本高低较低偏高较低较低 技术成熟度成熟成熟成熟成熟不成熟不成熟 磷酸铁锂电池相比铅酸电池的优势磷酸铁锂电池相比铅酸电池的优势 长寿命。 磷酸铁锂动力电池单体循环寿命达 到2000次以上，系统寿命能到800次以上； 大电流充放电

10、性能好。 1C以上快速充放电； 工作温度范围宽 (-10oC60oC) ，高温性能好 ； 重量比能量和体积比能量 高（80130Wh/kg ，270Wh/L） ； 无记忆效应。 磷酸铁锂电池在通讯基站的应用磷酸铁锂电池在通讯基站的应用 温度变化范围较大的场景； 环境温度高的场景； 机房面积及承重小等恶劣的基站环境； 需大电流充放电的环境（如与太阳能电池 和（或）风能组配）； 分布式供电系统。 应用案例一：小容量、末端供电站点 体积小、重量轻。可根据实 际安装位置灵活更改形状，是 小容量末端供电的理想选择! 48V10AH铁锂电池组 额定电压：48V 额定容量：10AH 充电上限电压:58V 放

11、电终止电压:37.5V 重量：约6.5KG 防护等级：IP55 PTO-Li-48V 10AH-50AH,产品已 批量适用于小容量站点、末端供电 u优异的高温放电和长寿命性能可适用于户外恶劣环境 48V100AH铁锂电池组 额定电压：48V 额定容量：100AH 充电上限电压:58V 放电终止电压:37.5V 重量：约60KG 防护等级：IP55 OPT-Li-48V-100AH-200AH， 已用于重庆、浙江等城市室 外一体机（中达电通、艾默 生APM200室外一体机） 应用案例二： 无空调室外站点 l环境温度：-20度至+70度 l设备：华为3006C l负载：20A 额定电压：48V 额

12、定容量：200AH 充电上限电压:58V 放电终止电压:37.5V 重量：约120KG 防护等级：IP55 48V200AH铁锂电池组 应用案例三：无空调室内站点 OPT-Li-48V200AH，用于无空调室内站 点、地下停车场、楼宇等 48V500AH铁锂电池组 新能源基站用大容量电 池组，兼容市电、油机、光 伏电池、风机能源输入的电 源系统(杭州试点配用沃特玛 48V500AH铁锂电池组) 应用案例四 ：风光互补新能源基站 运行可靠性高 长的使用寿命，较小的体积 科学的结构设计 最佳管理策略 在+25时使用寿命10年 宏蜂窝覆盖基站 试用站点;重庆市石板桥基站 48V300AH铁锂电池 应

13、用案例五： 宏基站应用 四、通信基站用燃料电池四、通信基站用燃料电池 燃料电池的发电原理燃料电池的发电原理 u燃料电池是一种将储存在燃料中的能量通过电化学 过程,直接转化为电能的装置。能量转换效率高。 u与一般的电池不同，只要有氢燃料，燃料电池就可 以一直不间断地提供电力，不使用时，没有能量消耗 。它相当于一台高效、静音的发电机。 电池反应式： H2 + O2 H2O 放电 燃料电池的种类燃料电池的种类 碱性燃料电池(AFC) 磷酸型燃料电池(PAFC) 固体氧化物燃料电池(SOFC) 熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 质子交换膜燃料电池，随着开发新材料的进展

14、和生产成本的降低，逐步在军事、交通、电力等各 个领域中得到应用。 PEMFCPEMFC的的性能特点性能特点 比能量高。体积小、重量轻； 能量转换效率高。60%70%（发电机33%35%）； 可靠性高； 模块设计。易于扩容，可灵活地安放在任何空间和场所 ； 环境友好。燃料电池发电过程中没有燃烧，反应产物为 水，污染少；没有转动部件，噪音低。 寿命较短。1500h5000h 启动慢。得有蓄电池做辅助启动电源 建设成本高。 优点： 缺点： 通信基站氢燃料的供应形式通信基站氢燃料的供应形式 氢 气 氢气瓶 管道输送 燃料电池 燃料电池 醇类 燃料 或 天然 气 重整器燃料电池氢气瓶 电电解池氢气瓶燃料

15、电池 甲醇重整制氢是通信基站用燃料电池比较好的供氢形式 PEMFCPEMFC在通信基在通信基站中的应用站中的应用 备用电源式供电应用：适合长放电时间 状态使用，在停电时长时间提供能量，如 8h、12h、72h甚至更长 。 储能式供电应用：与太阳能电池和（或 ）风能匹配，组成风（或光）储、风光储 通信基站。 PEMFCPEMFC在通信基在通信基站中的应用站中的应用 2013年,我国的移动、联通、电信三大运营商公开招 标，燃料电池备用电源系统逐步走向商业化。 2009年11月，由武汉市科技局资助，武汉理工新能 源有限公司、武汉理工大学、移动通集团湖北公司在 武汉市江夏区梁子湖移动通讯基站安装了我国第一台 商业化通讯基站燃料电池备用电源。 PEMFCPEMFC在通信基在通信基站中的应用站中的应用 梁子湖移动通讯基站PEMFC 五、通信基站用全钒液流电池五、通信基站用全钒液流电池 全钒液流电池的工作原理全钒液流电池的工作原理 反应发生在惰性集电极上，活性物质主要储存在电 解液中(或需电解液携带)(需泵推动电解液)； + Pump Pump 可将功率和能量分开来设计的一种化学电源； 充放电不涉及固相反应，电解液的理论使用寿命