国外通信用蓄电池技术研究的新进展<2>
二、聚合锂离子电池(Lithium Polvmer Battery)
一般情况下,在交流电源失效的情况下通信供电系统必须能提供应急电源。根据具体
的应用,应急电源应能供电3~8小时。这时通常使用的是电池,以铅酸电池最常用。对于
新安装的通信局(站),都采用了新的设备,如 DLC、FITL、HFC设备等。这些设备的后
备电源往往都安装在室外距离用户比较近的小房子里。小房子的环境不是受控的,并且电
池经常暴露在严酷的环境条件中,在炎热地区更是如此,夏季小房子内部的平均温度经常
是55℃,偶尔还会到达65℃。
虽然阀控式密封铅酸蓄电池设计紧凑并且是密封免维护的,而且大多数制造商都宣传
说其产品寿命可以长达20年。但在野外站点,由于经常暴露在高于25℃的高温中。在这种
条件下,电池寿命可能只有两年。
聚合理离子电池(LPB)将是这种应用条件下的下一代电池。它的单体电池是全固体的,
用一个纯金属锂作阳极,干燥的聚合物作电解液,一个金属氧化物作阴极。LPB电池被设计
成在40℃一60℃的高湿环境中使用,这是电池在正常工作时内部的锂离子快速运动所必须
的。所以,室外经常出现的恶劣条件不会影响它的寿命(约10年)。LPB电池具有很高的能
量密度,这样利用现有的室外空间或减小新建成本,就可以使电站的能量得到增加。和具
有相同容量的VRLA电池相比,LPB电池的体积只有它的1/2,重量只有它1/5。
LPB电池已经由加拿大的HQ公司开发了将近20年,主要是用于电动车和固定电站。1993
年,HQ和它的子公司Argo-Tech以及3M公司为生产高性能的电动车电池,对它的化学、工艺
以及制造技术进行了开发。美国高级电池企业集团为该项目投资达8500百万美元,目前该
项目仍正在进行之中。HQ从1996年开始开发通信用LPB技术。今天,技术上已经成熟的电
池已经生产出来,而且已经投入到实验测试和现场使用当中。
聚合锂离子电池的单元由5种薄的材料压制而成,包括绝缘层、锂阳极、固态聚合体
电解液、金属氧化阴极和一个电流收集端子。这5种材料压制在一起的总厚度不超过100微
米。每个单体电池电压为2.62V。
由于LPB电池工作需要较高的温度,所以需要将电池单元保持在较高的温度中。在两
个电池单元之间有一个内置的阴性加热器。这些加热器将从外部的整流器吸取少量的电能。
单体电池和加热器被密封在金属壳内,彼此绝缘以防止热量损失。整个电池然后被装在一
个塑料壳内,重量达24公斤。
LPB电池放电时其端电压是逐渐降低的,而且电压和充电状态之间关系很大,所以通
过和放电曲线的历史数据相比较,就可以进一步预测出电池的性能。
电池内部有一个电流截断装置,可以防止外部短路、过放电或高温。如果这些参数超
过了预先设定的值,那么这个装置就会起作用。当参数恢复后,装置就会复原。另外每个
电池单元和阻性加热器之间串联有热能截断器,也可以提供另外的保护。
LPB电池还有一种平衡系统,可以保证串联在一起的电池单体在同一电压下工作。每
个单体有一个电流旁路装置,可以将电池充电时的终止电压限制在3.1V。这个系统也提供
过充保护。
LPB的热量管理系统可以使内部温度保持在40-60℃之间。电池控制器可以通过安装在
电池单元之间的加热器将每个电池单元的温度维持在这个最佳温度。浮充时,电池温度维
持在40℃,加热器的能源来自整流器。当外部电源失效时,加热器所需的能源由电池提供。
30分钟后,控制器将把温度提高到60℃,以确保使电池处于满容量。放电时电池温度维持
在60℃。
LPB电池串联起来的电压通常是36—56V,用在电信领域时,可以将它限制在42—56V
之间,以适应现在的电源系统。
LPB电池的内阻很小,而且基本不承受充放电状态而变化。电池以10A的恒流放电时,
端电压将逐渐下降。
和VRLA电池相比,LPB电池具有很长的寿命。通常情况下,当电池的容量只剩最初值
的80%时,就可以认为电池的寿命已经到了。在LPB电池寿命试验中,经过350天后,LPB电
池的容量仍然具有最初值的98%,由此可见LPB电池寿命也是相当长的。据预测,在40℃
的环境中,LPB电池的寿命可以超过10年。所以,用LPB电池代替VRLA电池是可行的。目前,
LPB技术正在经历一个为期三年的使用测试,然后就可以进行大规模的商业生产。可以预见,
如果测试成功,LPB技术将成为下一代的通信电源系统的主要技术之一,尤其是在高温地区。
我国对于通信用蓄电池技术的研制起步较,晚,技术力量和资金投入都比较薄弱,在
生产上也仅仅是处于跟踪和模仿阶段,也缺乏独立自主的知识产权。但是随着中国信息产
业的快速发展和市场经济的逐步建立,各个通信运营企业必将日益重视通信用后备电源的
质量。因此,我国电源企业应加快新产品开发、研制步伐,加大生产投入,跟踪国际先进
技术,不断推出类似VRB、LPB的新型电池,为我国通信运营企业提供后备能源保障。
摘自《通信世界》
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