風帆蓄電池在通信行業中的應用
2013/5/30 2:08:40
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詳細介紹
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通信用蓄電池趨勢；摘要：備用電池是通信系統不可或缺的組成部分，本文；1.引言；通信電源、傳輸設備和交換設備是通信系統三大舉足輕；通信用后備電池是整個通信網絡的關鍵基礎設施，對于；2.通信用蓄電池的要求；目前，通信行業的發展使我國電信網的總體規模居于世；(1)使用壽命長；(2)安全性高；(3)備用電池還必須具備安裝方便、免維護、低內阻；3.通信用蓄電池的分類；
通信用蓄電池趨勢
摘要：備用電池是通信系統不可或缺的組成部分，本文概述了通信系統對備用蓄電池的要求和現有的備用電池類型，包括閥控式鉛酸蓄電池、磷酸鐵鋰電池和燃料電池。通過綜合考慮可靠性、壽命、成本、原材料的來源等因素，通信電源備用電池大多數采用鉛酸蓄電池。通信技術的發展和無線基站應用場景的復雜化，對蓄電池的高溫性能、可靠性和壽命提出了更高要求。膠體電池熱容量大，具有深放電恢復性能好，較高溫度下使用壽命較長，適于惡劣環境使用等特點。理士公司以先進的膠體技術，結合最先進的管式極板技術，經過技術改進，自主開發了耐高溫的長壽命OPzV管式膠體蓄電池，該蓄電池系統在可靠性、安全性和高效性方面得到了大幅提升，適用于通信、電力、太陽能、風能等儲能電源領域。
1. 引言
通信電源、傳輸設備和交換設備是通信系統三大舉足輕重的設備，三者缺一不可。通信電源系統以功率電子為基礎，通過穩定的控制環設計以及必要的外部監控，最終實現能量轉換和過程監控，它作為通信系統的“心臟”，為現代通信設備提供安全、可靠、無瞬間間斷的直流電，保證了通信系統正常運行，在通信局（站）中的地位不可替代。
通信用后備電池是整個通信網絡的關鍵基礎設施，對于整個網絡的穩定安全運行起到了重要的保障作用。通信行業投資加速，促進了通信后備電池的快速發展。
2. 通信用蓄電池的要求
目前，通信行業的發展使我國電信網的總體規模居于世界前列，更加需要有一個與之相適應的通信電源來支撐通信大網的安全、可靠運行，電池是保障通信設備不間斷供電的核心設備，通信設備對供電質量的要求決定了對電池設備的要求：
(1) 使用壽命長。從投資經濟性考慮，電池的使用壽命應與通信設備的更新周期相匹配，即10年左右。
(2) 安全性高。對于某些電池，如果電化學過程中產生的氣體形成較大的內部壓力，壓力超過一定限度時會造成電池爆裂，釋放出有毒、腐蝕性氣體、液體，因而可能導致通信設備工作異常、損壞等，因此電池必須具備優秀的安全防爆性能。
(3) 備用電池還必須具備安裝方便、免維護、低內阻等特性。
3. 通信用蓄電池的分類
(1) 閥控式密封鉛酸電池
傳統的閥控式密封鉛酸蓄電池以其成本低廉、技術成熟、維護方便得到廣泛應用。閥控式密封鉛酸電池設有安全閥和防酸片，自動調節蓄電池內壓，防酸片具有阻液和防爆功能，可安裝在通信機房內，可立放、臥放、疊放，具有少維護的特點。
隨著閥控式密封鉛酸蓄電池新技術的應用（包括新技術、新結構的電池等），鉛酸蓄電池的比能量和功率密度將有較大幅度提高，與其他新型電池的差距將縮小，其循環壽命將較大幅度延長，充放電效率更高，高性價比的競爭優勢仍將存在，其應用領域將進一步擴展。
(2) 磷酸鐵鋰電池
在通信行業，磷酸鐵鋰電池由于具有體積小、重量輕，高溫性能突出，循環性能優異，可高倍率充、放電，綠色環保等眾多優點，適用于環境溫度高、機房面積及承重小等惡劣的基站環境，可作為鉛酸蓄電池的有效補充。在部分小容量電池領域，閥控鉛酸電池將會遇到鋰離子電池的強力競爭，例如在戶外通信電源中，可以使用100Ah以下的大容量鋰離子電池。
鋰電池在溫度適應性、重量、比能量和儲能等方面的優勢是鉛酸電池難以比擬的。但是目前鋰電池的價格仍較高，是現有鉛酸電池的3倍以上，有單位容量較小等缺點，在通信行業應用還較少。但是隨著鋰電池成本的下降，情況可能有所改變。
(3) 燃料電池
燃料電池是將化學能直接轉化為電能的裝置，通過源源不斷地從外部供給燃料和氧化劑可以實現連續發電。
傳統備用供電方案在面對臺風、暴雨、大雪以及地震等突發自然災害時顯得脆弱，如2008年中國南方發生雪災，由于長時間停電，造成大范圍通信中斷，普通鉛酸蓄電池不能及時恢復，僅中國電信公布的蓄電池損失就有10億，由于通信中斷造成的損失更是無法統計。在這一方面，燃料電池可替代傳統備用供電設施為通信電源解決難題。
通信用燃料電池備用供電系統是直流發電系統，可直接與直流供電母排并聯，替代柴(汽)油發電機和蓄電池組成的備用供電系統，在市電中斷、通信電源無直流輸出時為負載供電。另外，燃料電池還可以與太陽能，市電、蓄電池等電源組成靈活的混合供電方案。
4. 閥控式密封鉛酸電池的最新進展
鉛酸蓄電池與可供選擇的其它電化學儲能系統相比，具有較低的比能量，但是它仍然是世界上最重要的二次電源，這是因為只考慮比能量是不夠的，在最終的評價中，是比能量、壽命、成本共同決定了電池在工業中的使用。此外，電池的特性，如比能量、可靠性、原材料的來源以及回收再利用的可能性，也非常重要。綜合考慮所有這些因素，鉛酸蓄電池是一個好的折中選擇。
因此，鉛酸蓄電池預計在相當長的時間內，仍然是最重要的電化學儲能系統，這在對鉛的重量要求不重要的固定電池應用中特別適用，對于這些應用，體積能量密度比重量能量密度更重要，因此鉛酸蓄電池是合適的選擇。
隨著信息經濟的飛速發展，中國各地區紛紛投入通訊網絡建設中，通信行業和電力系統對閥控式密封鉛酸蓄電池的需求同步擴大，促進了蓄電池產業的發展。蓄電池產業進入了高速發展期，市場不斷擴大，技術不斷更新。
(1) 通信系統中閥控密封式鉛酸蓄電池的使用現狀及問題。
隨著無線通信技術的不斷發展和無線基站應用場景的復雜化，對蓄電池的高溫性能、可靠性和壽命提出了更高要求。一般機房要求配備機房空調，但其運行成本高。
在戶外通信基站，后備電池的工作環境惡劣，溫度變化范圍寬，有時可能達到45℃以上高溫。作為后備用的閥控式密封鉛酸蓄電池一般采用鉛鈣合金作為板柵材料，這種合金通常加入0.06%~0.1%的Ca，這樣將具有較高的析氣過電位，耐腐蝕性良好，從而延長浮充壽命。較高含量的Ca會容易導致晶粒間腐蝕，特別是在高溫條件下腐蝕變得更劇烈，腐蝕產生的鈍化層增大了內阻，充電過程中產生更多的熱量，形成惡性循環，從而導致熱失控，使電池壽命過早終結，最終加速了電池更換周期，增加了運營成本。雖然運營商開始采用恒溫蓄電池柜，這對節能降耗有一定作用，但效果仍不盡如人意。
在實際運用中，AGM隔板的閥控式密封鉛酸電池普遍存在運行不穩定，容易發生熱失控，電解液存在層化，極板硫酸鹽化，板柵腐蝕等導致電池的使用壽命偏低等問題，這些問題的存在使通信系統運行的可靠性受到威脅。
我們知道膠體電池通過采用觸變性氣相二氧化硅膠體吸收電解液，具有深放電恢復性能好、較高溫度下使用壽命較長等特點，其熱容量大，在低溫下仍有優良的放電性能，在高溫下具有較強耐熱失控性能，適合惡劣環境使用。
(2) LEOCH通信用長壽命OPzV管式膠體電池
針對以上問題，理士公司以先進的膠體(Gel)技術，結合最先進的管式極板技術，并通
過以下技術手段，自主開發了耐高溫的長壽命OPzV管式膠體蓄電池：
① 使用進口納米級氣相二氧化硅，濃度均勻，不存在酸分層現象，無內部短路。在同等體積下，電解液容量大于其他免維護電池組（吸附式）10%-20%，熱容量大，熱消耗能力強，能避免一般蓄電池易產生的熱失控現象。
② 改進板柵合金配方，提高Sn含量以增加板柵合金的導電性，并采用特殊的壓鑄工藝，細化板柵晶粒，制備特種高錫耐腐蝕合金，增強板柵的耐腐蝕性和板柵/PAM間結合力，防止活性物質的軟化脫落，從而提高了電池極板化成、活性物質的利用率。
③ 改進板柵結構設計，增加了導電筋條的數量，優化管式正板柵的圓翼分布，使電流分布均勻，降低了每根導電筋條的電流密度及電壓降損失，從而減少歐姆熱。
④ 正極板骨架改變了國內現有的重力澆鑄成型工藝，采用國外先進的壓鑄成型工藝，正極板骨架彎曲無脆裂和氣孔，比傳統工藝耐腐蝕性提高了20%，同時由于正板骨架在使用過程中被活性物質完全覆蓋，耐腐蝕性比傳統涂膏式極板提高50%，較好的耐腐蝕性保證了電池較長的使用壽命，并且選用耐酸聚酯纖維排管，防止活物質的脫落，耐腐蝕性能好、壽命長。
⑤ 負極板涂膏極板，板柵為柵格狀中空結構，活性物質利用率高，大電流放電能力好，充電接受能力強。負極鉛膏中適當減少不耐高溫的木質素含量，加入獨特的添加劑，減少在電化學反應過程中的有機物分解，提高活性物質的表面積，提高了活性物質利用率。
⑥ 殼子、蓋子采用復合UL94HB和UL94V-0標準的ABS材料，提高ABS殼體的軟化溫度，并采用安全可靠的防爆排氣系統，使蓄電池在非正常使用時，消除電池外殼鼓脹的現象。
⑦ 在氣相SiO2膠體中加入有機高分子聚合物作凝膠劑，配合表面活性劑和滲透劑，實現了膠團結構達到納米級粒子，增加了導電性，解決了膠體水化、老化等問題，使化成效率提高25%，活性物質利用率提高20%。采用先進的高孔率、低電阻、耐腐蝕AMER-SIL膠體專用微孔PVC-SiO2隔板，降低電池內阻，提高電池容量。
⑧ 采用低內阻的銅制極柱，導電性能好，確保大電流安全放電而不發熱。極柱采用三層特殊密封專利技術，密封性能好，無氣體滲透，確保端子不爬酸，避免形成腐蝕環境損壞設備。防火阻燃，安全閥有效阻止外部明火或火花，產品可靠性高。
⑨ 采用已獲專利的移動網絡(GSM/CDMA)和GPS衛星定位追蹤技術，開發了定位監控裝置，使蓄電池具有定位、追蹤、防盜的功能，同時可以監控蓄電池設備的運行，一旦蓄電池被盜產生位移，即可電話通知基站管理維護部門并與監控中心保持聯系，精準掌握被盜蓄電池位置，以便及時追回蓄電池。這給通信運營商帶來了極大的便利以及財產安全保障，尤其是在無人值守的通信基站。
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