风帆蓄电池在通信行业中的应用
2013/5/30 17:28:30
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详细介绍
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通信用蓄电池趋势；摘要：备用电池是通信系统不可或缺的组成部分，本文；1.引言；通信电源、传输设备和交换设备是通信系统三大举足轻；通信用后备电池是整个通信网络的关键基础设施，对于；2.通信用蓄电池的要求；目前，通信行业的发展使我国电信网的总体规模居于世；(1)使用寿命长；(2)安全性高；(3)备用电池还必须具备安装方便、免维护、低内阻；3.通信用蓄电池的分类；
通信用蓄电池趋势
摘要：备用电池是通信系统不可或缺的组成部分，本文概述了通信系统对备用蓄电池的要求和现有的备用电池类型，包括阀控式铅酸蓄电池、磷酸铁锂电池和燃料电池。通过综合考虑可靠性、寿命、成本、原材料的来源等因素，通信电源备用电池大多数采用铅酸蓄电池。通信技术的发展和无线基站应用场景的复杂化，对蓄电池的高温性能、可靠性和寿命提出了更高要求。胶体电池热容量大，具有深放电恢复性能好，较高温度下使用寿命较长，适于恶劣环境使用等特点。理士公司以先进的胶体技术，结合最先进的管式极板技术，经过技术改进，自主开发了耐高温的长寿命OPzV管式胶体蓄电池，该蓄电池系统在可靠性、安全性和高效性方面得到了大幅提升，适用于通信、电力、太阳能、风能等储能电源领域。
1. 引言
通信电源、传输设备和交换设备是通信系统三大举足轻重的设备，三者缺一不可。通信电源系统以功率电子为基础，通过稳定的控制环设计以及必要的外部监控，最终实现能量转换和过程监控，它作为通信系统的“心脏”，为现代通信设备提供安全、可靠、无瞬间间断的直流电，保证了通信系统正常运行，在通信局（站）中的地位不可替代。
通信用后备电池是整个通信网络的关键基础设施，对于整个网络的稳定安全运行起到了重要的保障作用。通信行业投资加速，促进了通信后备电池的快速发展。
2. 通信用蓄电池的要求
目前，通信行业的发展使我国电信网的总体规模居于世界前列，更加需要有一个与之相适应的通信电源来支撑通信大网的安全、可靠运行，电池是保障通信设备不间断供电的核心设备，通信设备对供电质量的要求决定了对电池设备的要求：
(1) 使用寿命长。从投资经济性考虑，电池的使用寿命应与通信设备的更新周期相匹配，即10年左右。
(2) 安全性高。对于某些电池，如果电化学过程中产生的气体形成较大的内部压力，压力超过一定限度时会造成电池爆裂，释放出有毒、腐蚀性气体、液体，因而可能导致通信设备工作异常、损坏等，因此电池必须具备优秀的安全防爆性能。
(3) 备用电池还必须具备安装方便、免维护、低内阻等特性。
3. 通信用蓄电池的分类
(1) 阀控式密封铅酸电池
传统的阀控式密封铅酸蓄电池以其成本低廉、技术成熟、维护方便得到广泛应用。阀控式密封铅酸电池设有安全阀和防酸片，自动调节蓄电池内压，防酸片具有阻液和防爆功能，可安装在通信机房内，可立放、卧放、叠放，具有少维护的特点。
随着阀控式密封铅酸蓄电池新技术的应用（包括新技术、新结构的电池等），铅酸蓄电池的比能量和功率密度将有较大幅度提高，与其他新型电池的差距将缩小，其循环寿命将较大幅度延长，充放电效率更高，高性价比的竞争优势仍将存在，其应用领域将进一步扩展。
(2) 磷酸铁锂电池
在通信行业，磷酸铁锂电池由于具有体积小、重量轻，高温性能突出，循环性能优异，可高倍率充、放电，绿色环保等众多优点，适用于环境温度高、机房面积及承重小等恶劣的基站环境，可作为铅酸蓄电池的有效补充。在部分小容量电池领域，阀控铅酸电池将会遇到锂离子电池的强力竞争，例如在户外通信电源中，可以使用100Ah以下的大容量锂离子电池。
锂电池在温度适应性、重量、比能量和储能等方面的优势是铅酸电池难以比拟的。但是目前锂电池的价格仍较高，是现有铅酸电池的3倍以上，有单位容量较小等缺点，在通信行业应用还较少。但是随着锂电池成本的下降，情况可能有所改变。
(3) 燃料电池
燃料电池是将化学能直接转化为电能的装置，通过源源不断地从外部供给燃料和氧化剂可以实现连续发电。
传统备用供电方案在面对台风、暴雨、大雪以及地震等突发自然灾害时显得脆弱，如2008年中国南方发生雪灾，由于长时间停电，造成大范围通信中断，普通铅酸蓄电池不能及时恢复，仅中国电信公布的蓄电池损失就有10亿，由于通信中断造成的损失更是无法统计。在这一方面，燃料电池可替代传统备用供电设施为通信电源解决难题。
通信用燃料电池备用供电系统是直流发电系统，可直接与直流供电母排并联，替代柴(汽)油发电机和蓄电池组成的备用供电系统，在市电中断、通信电源无直流输出时为负载供电。另外，燃料电池还可以与太阳能，市电、蓄电池等电源组成灵活的混合供电方案。
4. 阀控式密封铅酸电池的最新进展
铅酸蓄电池与可供选择的其它电化学储能系统相比，具有较低的比能量，但是它仍然是世界上最重要的二次电源，这是因为只考虑比能量是不够的，在最终的评价中，是比能量、寿命、成本共同决定了电池在工业中的使用。此外，电池的特性，如比能量、可靠性、原材料的来源以及回收再利用的可能性，也非常重要。综合考虑所有这些因素，铅酸蓄电池是一个好的折中选择。
因此，铅酸蓄电池预计在相当长的时间内，仍然是最重要的电化学储能系统，这在对铅的重量要求不重要的固定电池应用中特别适用，对于这些应用，体积能量密度比重量能量密度更重要，因此铅酸蓄电池是合适的选择。
随着信息经济的飞速发展，中国各地区纷纷投入通讯网络建设中，通信行业和电力系统对阀控式密封铅酸蓄电池的需求同步扩大，促进了蓄电池产业的发展。蓄电池产业进入了高速发展期，市场不断扩大，技术不断更新。
(1) 通信系统中阀控密封式铅酸蓄电池的使用现状及问题。
随着无线通信技术的不断发展和无线基站应用场景的复杂化，对蓄电池的高温性能、可靠性和寿命提出了更高要求。一般机房要求配备机房空调，但其运行成本高。
在户外通信基站，后备电池的工作环境恶劣，温度变化范围宽，有时可能达到45℃以上高温。作为后备用的阀控式密封铅酸蓄电池一般采用铅钙合金作为板栅材料，这种合金通常加入0.06%~0.1%的Ca，这样将具有较高的析气过电位，耐腐蚀性良好，从而延长浮充寿命。较高含量的Ca会容易导致晶粒间腐蚀，特别是在高温条件下腐蚀变得更剧烈，腐蚀产生的钝化层增大了内阻，充电过程中产生更多的热量，形成恶性循环，从而导致热失控，使电池寿命过早终结，最终加速了电池更换周期，增加了运营成本。虽然运营商开始采用恒温蓄电池柜，这对节能降耗有一定作用，但效果仍不尽如人意。
在实际运用中，AGM隔板的阀控式密封铅酸电池普遍存在运行不稳定，容易发生热失控，电解液存在层化，极板硫酸盐化，板栅腐蚀等导致电池的使用寿命偏低等问题，这些问题的存在使通信系统运行的可靠性受到威胁。
我们知道胶体电池通过采用触变性气相二氧化硅胶体吸收电解液，具有深放电恢复性能好、较高温度下使用寿命较长等特点，其热容量大，在低温下仍有优良的放电性能，在高温下具有较强耐热失控性能，适合恶劣环境使用。
(2) LEOCH通信用长寿命OPzV管式胶体电池
针对以上问题，理士公司以先进的胶体(Gel)技术，结合最先进的管式极板技术，并通
过以下技术手段，自主开发了耐高温的长寿命OPzV管式胶体蓄电池：
① 使用进口纳米级气相二氧化硅，浓度均匀，不存在酸分层现象，无内部短路。在同等体积下，电解液容量大于其他免维护电池组（吸附式）10%-20%，热容量大，热消耗能力强，能避免一般蓄电池易产生的热失控现象。
② 改进板栅合金配方，提高Sn含量以增加板栅合金的导电性，并采用特殊的压铸工艺，细化板栅晶粒，制备特种高锡耐腐蚀合金，增强板栅的耐腐蚀性和板栅/PAM间结合力，防止活性物质的软化脱落，从而提高了电池极板化成、活性物质的利用率。
③ 改进板栅结构设计，增加了导电筋条的数量，优化管式正板栅的圆翼分布，使电流分布均匀，降低了每根导电筋条的电流密度及电压降损失，从而减少欧姆热。
④ 正极板骨架改变了国内现有的重力浇铸成型工艺，采用国外先进的压铸成型工艺，正极板骨架弯曲无脆裂和气孔，比传统工艺耐腐蚀性提高了20%，同时由于正板骨架在使用过程中被活性物质完全覆盖，耐腐蚀性比传统涂膏式极板提高50%，较好的耐腐蚀性保证了电池较长的使用寿命，并且选用耐酸聚酯纤维排管，防止活物质的脱落，耐腐蚀性能好、寿命长。
⑤ 负极板涂膏极板，板栅为栅格状中空结构，活性物质利用率高，大电流放电能力好，充电接受能力强。负极铅膏中适当减少不耐高温的木质素含量，加入独特的添加剂，减少在电化学反应过程中的有机物分解，提高活性物质的表面积，提高了活性物质利用率。
⑥ 壳子、盖子采用复合UL94HB和UL94V-0标准的ABS材料，提高ABS壳体的软化温度，并采用安全可靠的防爆排气系统，使蓄电池在非正常使用时，消除电池外壳鼓胀的现象。
⑦ 在气相SiO2胶体中加入有机高分子聚合物作凝胶剂，配合表面活性剂和渗透剂，实现了胶团结构达到纳米级粒子，增加了导电性，解决了胶体水化、老化等问题，使化成效率提高25%，活性物质利用率提高20%。采用先进的高孔率、低电阻、耐腐蚀AMER-SIL胶体专用微孔PVC-SiO2隔板，降低电池内阻，提高电池容量。
⑧ 采用低内阻的铜制极柱，导电性能好，确保大电流安全放电而不发热。极柱采用三层特殊密封专利技术，密封性能好，无气体渗透，确保端子不爬酸，避免形成腐蚀环境损坏设备。防火阻燃，安全阀有效阻止外部明火或火花，产品可靠性高。
⑨ 采用已获专利的移动网络(GSM/CDMA)和GPS卫星定位追踪技术，开发了定位监控装置，使蓄电池具有定位、追踪、防盗的功能，同时可以监控蓄电池设备的运行，一旦蓄电池被盗产生位移，即可电话通知基站管理维护部门并与监控中心保持联系，精准掌握被盗蓄电池位置，以便及时追回蓄电池。这给通信运营商带来了极大的便利以及财产安全保障，尤其是在无人值守的通信基站。
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