新型蓄電池在室內(nèi)分布系統(tǒng)中的應(yīng)用

自1859年法國物理學(xué)家賈斯頓•普蘭特發(fā)明了可充電的鉛酸電池，到鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池及燃料電池的先后問世，新型材料的大量涌現(xiàn)及應(yīng)用讓電池性能有了長足進(jìn)步。電池正負(fù)極材料或電解液每一次更新改良都會讓電池的整體性能有一定的提升。電池的發(fā)展方向一直在追求高容量、高功率、高穩(wěn)定性、低污染、超長的使用壽命，隨著性能的不斷提升，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。
　　
　　用電設(shè)備小型化催生新型電池
　　
　　按照電解液的性質(zhì)不同，蓄電池可以分為酸性電池和堿性電池兩種。酸性電池主要以鉛酸蓄電池為主，電極為鉛，電解液為硫酸溶液。鉛酸蓄電池具有容量大、可靠性高、大電流放電性能*、應(yīng)用溫度范圍寬泛及性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用范圍為廣泛的二次電池，占據(jù)了二次電池70%以上的*，主要應(yīng)用于備用電源、電動自行車和汽車啟動等。堿性電池主要有鎘鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池等，其電解液為氫氧化鈉和氫氧化鉀等。主要可用作自動化控制、儀器儀表等電子設(shè)備的直流電源。
　　
　　隨著無線技術(shù)的不斷發(fā)展，用電設(shè)備趨于高度集成化、智能化、輕小型化，以及傳統(tǒng)的蓄電池逐步呈現(xiàn)出體積大、對環(huán)境溫度要求苛刻等劣勢，對備用電源的比能量、工作的溫度范圍等提出了更高的要求。近年來，蓄電池家族出現(xiàn)了集眾多優(yōu)點(diǎn)于一身的新型電池，磷酸鐵鋰電池和燃料電池就是新型電池的典型代表。
　　
　　自備電源的供電方式
　　
　　室內(nèi)分布系統(tǒng)電源是指專門為室內(nèi)分布系統(tǒng)用電設(shè)備（BBU、RRU及監(jiān)控設(shè)備）供給電能的獨(dú)立電源。
　　
　　自備備用電源一般采用自備柴油發(fā)電機(jī)組、蓄電池組、不間斷電源裝置（UPS）、應(yīng)急電源裝置（EPS）等。由于用電設(shè)備允許中斷供電的時(shí)間不同，對自備備用電源的選擇也不同。
　　
　　逆變電源后備式供電：原中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)大量采用逆變電源后備式供電方式。長期運(yùn)行的結(jié)果證明，所采用的逆變電源后備式供電方案存在可靠性較低、維護(hù)頻率較高的缺點(diǎn)。若采用逆變電源后備式供電方案，可考慮采用帶有冗余模塊化的逆變電源后備式供電設(shè)備，從而提高整體供電的可靠性，減少運(yùn)行維護(hù)的成本。
　　
　　UPS供電：UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要元件，穩(wěn)壓穩(wěn)頻輸出的電源保護(hù)設(shè)備。UPS供電方案的優(yōu)勢在于，具備相對穩(wěn)定的后備時(shí)間，容易實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的交流供電。
　　
　　UPS的劣勢也較為明顯。如果把UPS設(shè)備放置到運(yùn)行環(huán)境較為惡劣的用戶側(cè)設(shè)備間（如豎井、電梯間甚至是地下室），運(yùn)行環(huán)境的惡劣以及市電的“電源污染”會造成UPS工作壽命的大為縮短；小型UPS電池管理較弱，會減少電池的使用壽命；部分機(jī)架式設(shè)備，為了縮小設(shè)備體積，大量使用強(qiáng)制風(fēng)冷來提高輸出功率密度，運(yùn)行過程中噪聲較大，容易造成業(yè)主投訴，給建站以及今后的運(yùn)行維護(hù)工作增加了難度。
　　
　　壁掛式開關(guān)電源供電：使用小型UPS可解決后備供電問題，但其輸出效率通常只有80%左右，整個(gè)供電環(huán)節(jié)由UPS通過AC->DC->AC，轉(zhuǎn)換過程多、能效損失大，20%左右的能量變?yōu)闊崃堪装紫牡簦蝗粜⌒蚒PS考慮冗余備份，只能采用雙機(jī)或多機(jī)并聯(lián)冗余，不能實(shí)現(xiàn)模塊化的備份冗余，而開關(guān)電源具備模塊化冗余備份、轉(zhuǎn)化效率高的特點(diǎn)。同時(shí)，開關(guān)電源可以實(shí)現(xiàn)的均浮充控制和溫度補(bǔ)償功能，能有效地提供蓄電池的綜合管理功能。
　　
　　磷酸鐵鋰電池成重要方向
　　
　　磷酸鐵鋰電池與傳統(tǒng)鉛酸電池相比優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
　　
　　1）高能量密度，磷酸鐵鋰電池的體積及重量只有同容量鉛酸電池的三分之一左右。
　　
　　2）單只磷酸鐵鋰電池理想條件下循環(huán)壽命能達(dá)3000次，大大優(yōu)于鉛酸電池（循環(huán)使用次數(shù)500次）。
　　
　　3）溫度性能良好，尤其是高溫性能突出。磷酸鐵鋰電池的工作范圍可達(dá)-20℃~60℃，可長時(shí)間在高溫狀態(tài)下工作而不影響電池壽命。
　　
　　4）功率性能好。在不影響電池容量的前提下，磷酸鐵鋰電池可滿足大電流充放電需要，解決了傳統(tǒng)鉛酸電池大電流放電時(shí)電池容量損失過大的問題。在相同容量的情況下，磷酸鐵鋰電池大電流輸出能量大概是鉛酸電池的兩倍。若用磷酸鐵鋰電池取代鉛酸電池應(yīng)用于功率型備電的UPS，其容量將減少50%。
　　
　　5）高安全性。在針刺、擠壓、短路、過沖等惡劣條件下仍然安全，無變形，容量保持率*。
　　
　　6）清潔環(huán)保，磷酸鐵鋰材料不含任何重金屬與稀有金屬，無論在生產(chǎn)和使用過程中都不會對環(huán)境造成污染，避免了傳統(tǒng)電池對環(huán)境的污染。
　　
　　磷酸鐵鋰作為鋰電池正極材料，是目前安全的鋰離子電池正極材料，雖然振實(shí)密度低、電壓平臺低，但由于正極材料安全穩(wěn)定，使其在擠壓、過充、短路等濫用條件下依然安全，由于其安全穩(wěn)定性，磷酸鐵鋰電池已經(jīng)成為鋰離子動力電池的重要發(fā)展方向。
　　
　　燃料電池具備綜合成本優(yōu)勢
　　
　　與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，燃料電池也具有很大優(yōu)勢。
　　
　　1）適應(yīng)環(huán)境溫度范圍廣，在-15℃～45℃的范圍內(nèi)都可以保持性能穩(wěn)定。
　　
　　2）工作平穩(wěn)，輸出電壓穩(wěn)定，不會像鉛酸電池在其供電過程中電壓一直在降低。
　　
　　3）重量輕，不需特殊的承重處理。
　　
　　4）占地面積小，安置位置靈活，可安置在室外，大大節(jié)約了空間。5）抗自然災(zāi)害能力較強(qiáng)，只要保證氫氣的供應(yīng)就可持續(xù)供電。
　　
　　6）電池的設(shè)計(jì)壽命（累計(jì)使用時(shí)間/累計(jì)開關(guān)次數(shù)/儲藏壽命）超長，而不像鉛酸電池隔幾年就要進(jìn)行更換。
　　
　　7）安全性高，燃料電池可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
　　
　　目前，燃料電池采購成本比鉛酸電池要高，但在大批量生產(chǎn)的前提下，綜合考慮場地改造、維護(hù)費(fèi)用和使用壽命等因素，燃料電池的成本要比鉛酸電池低。
　　
　　作為備用電源的重要組成部分，蓄電池組性能的好壞直接影響整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠性。甚至可以說，后備電源是電源系統(tǒng)安全運(yùn)行的后防線。新型電池的商用，為室內(nèi)分布系統(tǒng)工程后備式蓄電池組的應(yīng)用提供了新的方式。同時(shí)，隨著新型電池自身性能的不斷提高、生產(chǎn)成本的不斷下降，其在室內(nèi)分布系統(tǒng)工程的應(yīng)用前景將逐漸明朗清晰。