论磷酸亚铁锂电池在通信行业的应用
摘要: 本文分析了通信后备电池的发展要求，并结合磷酸亚铁锂电池的特点，提出了该种电池在通信行业的应用场景及解决方案。
关 键 词: 磷酸铁锂; 后备电池; VRLA
Lithium Iron Phosphate Battery and Its Application in
Telecom Industry
Abstract: It firstly analyzes lithium iron phosphate battery and valve regulated lead acid battery， points out the advantages and disadvan-tages of the two types of battery. It finally gives some cases on the application of lithium iron phosphate battery in telecom in- dustry and its prospects
Key words: Lithium iron phosphate battery; Reserve power; VRLA 引言 散”双极化发展；通信网络设备特别是接入网端设目前，通信后备电池大多采用阀控式密封铅酸蓄备高度集成化与小型化和向低功耗发展；电力环境(VRLA)电池，其维护方便、浮充寿命长、安全性能的改善及备电方式的革新使得后备电池向短时备电好等的特点非常适用于通信后备电源的需求特点，发展。 近十年来，此类电池在通信行业得到了长足发展，1.1 小型化、高比能量的要求 应用量逐年增大。与此同时，随着通信网络技术及随着3G 建设中射频拉远及PON 技术的应用，接入设备的飞速发展与升级，通信后备电源对蓄电池提网设备越来越小，越来越分散，相应的后备电池也出了新的要求，VRLA 电池已经不能完全覆盖通信后要求小型化，甚至要求终端设备、电源、电池形成备电源的需求，特别是在一些特定的应用场景，比一体化。 如户外高温环境、短时备电等需求的情况。因此，1.2 可户外使用，高温性能好 开发新型通信用后备式蓄电池，补充VRLA 电池的小型化与分散化的要求使得电池由室内使用向户外不足，具有非常重要的意义。 使用、有空调环境向无空调环境转变，由于电源及自从1980年Goodenough 等提出了氧化钴锂网络设备都可以适应户外使用，出于“节能减排”（LiCoO2) 作为锂充电电池的正极材料，揭开了锂离和降低运营成本的考虑，可户外使用，高温性能好子电池的雏形以来，锂离子电池凭借其特有的优势，无疑是用户迫切的要求。 在短短20多年里得到了突飞猛进的发展。特别是1.3 可高倍率放电 橄榄石型结构的LiFePO4作为锂离子蓄电池新型正 电力环境的改善及备电方式的革新使后备电池极材料，以其较高的理论比容量（170mAh/g）、适的功能定位发生变化，电池只需要短时支撑系统的中的电压平台、良好的循环性能、安全性能以及原运行而不是长期后备，这就要求电池具有很强的高料广泛、对环境友好等，受到国内外研究者的广泛倍率放电能力，一般要求在10C 以上。 关注。目前，随着LiFePO4正极材料的逐渐产业化，1.4 可循环使用 LiFePO4电池的生产及应用也逐渐成为人们研究的传统电池浮充使用可达15年，循环使用时，尤其热点。 在恶劣的环境下，性能大大降低，目前仍有部分场1．通信用后备式蓄电池的新要求 景处于四类电状况，对后备电池的循环性能提出了通信电源对后备电池的新要求源于三个方面：即通一定的要求。 信网络技术的发展使得后备电池向“集中”与“分1.5 维护便利
传统后备电池一直未单独纳入监控，而通过开关电源监控的总电压、总电流等参数远远不能反映电池的实际运行和健康状态，核对性放电等措施虽然可以弥补，但造成了大量的维护工作量，因此，准确地监测电池的可用容量及健康状态是新型电池的必然要求。
2．磷酸亚铁锂电池的特点
由于橄榄石结构的LiFePO4材料具有极强的稳定性和耐疲劳性，以LiFePO4材料为正极体系的锂离子电池相比较传统的以钴酸锂或锰酸锂正极体系的锂离子电池，其具有极强的安全和可靠性以及循环性能、高温性能。 2.1 安全性极好
从理论上讲，铁锂正极材料的安全性能比锰酸锂正极材料的安全性能更加优越（钴酸锂、三元材料的安全性能相对较差）。其原因在于：1) P-O键能高，所以更稳定；2) 即使在过充电情况下也不会产生游离氧，不和电解液反应；3) 与有机电解液反应活性低；4) 热力学状态稳定，在400℃以下无变化。 2.2 循环寿命长
在室温下以100%DOD（Depth Of Discharge，电池放电深度），1C （一小时率放电或充电）充放电电流循环至80%剩余容量，循环次数可达2000次以上。2.3 高温性能好
60℃下放电容量和常温容量相当，循环寿命略微减少，在60℃下，以 1.0C 电流循环至初始容量的80%时可达1400周左右。 2.4 可高倍率充放电
铁锂电池可在1小时内充满电而不影响使用寿命，10C （1/10小时率放电或充电）电流放电依然能放出90%以上电量。 2.5 其它
l 环保安全，铁锂电池不会造成任何重金属污染和酸污染，不会释放氢气 l 能量密度高，同等容量下可比铅酸电池节省2/3的重量
l 放电平台稳定，在90%SOC（State Of Charge ，电池充电状态）放电态前电池电压一直维持不变，适合恒功率负载放电
3．磷酸亚铁锂电池的应用
根据铁锂电池的特点，不难看出，对于比能量要求比较高，短时备电要求及使用环境(温度、停电频率) 相对比较苛刻的应用场景，铁锂电池完全可以适用。3.1 xPON
随着xPON 技术的成熟，“光进铜退”工程建设即光纤到户(FTTH)、到楼(FTTB)、到小区(FTTC)、到驻地(FTTP)的FTTx 建设目前正在世界各地大量铺开，其中，EPON 系统在日本的NTT 、SoftBank 、KDDI 以及韩国部分运营商已经大规模部署，GPON 系统在北美、欧洲、亚太已开始大规模商用。VOIP 电话、宽带、数字电视等全数字综合业务已经成为今后固网的发展方向。由于光纤本身不导电，为确保用户在断电后的通信需求，FTTx 系统中的处于用户终端的光网络单元ONU 需要直流48V 或12V 的备用蓄电池。
对于FTTB 或FTTC 建设模式，由于场地或机房的限制，城市老城区及农村地区的ONU 经常放置于楼道、弱电井或路边的户外机柜中，这就要求ONU 的配套蓄电池在满足长时间备电的同时具有较小的体积和较轻的重量，并且可以适应楼道处或户外的无空调环境。南都专门针对FTTx 系统设计的模块化、机架式48V 磷酸亚铁锂电池系统可以很好的满足这些应用需求。
对于新增居民小区和高端居民用户采用的FTTH 中，ONU 直接放置在用户家中，通常使用12V 直流电源，这种使用场景下要求蓄电池具有小型化、安全、长效、环保的特性。南都针对此类场景，设计了将铁锂电池PACK 与ONT 适配器集成在一起的一体化电源产品。
3.2 微基站
微基站的特点是容量小、体积小，因此，对配套蓄电池的容量要求不高。按功率及应用场景分类，小功率型微基站适用于密集地区和室内覆盖，大功率型微基站适用于机房获取困难及偏远地区。目前，特色型的分布式微基站RRU 形式，其特点备受关注，应用前景广阔。大功率的分布式基站被用于解决大容量问题，小型化基站则主要解决室内覆盖的建网。RRU 功率大多都在300W 以内，南都设计的模块化、机架式设计的48V ，50Ah 铁锂电池模块可以很好的满足这些应用需求。
3.3 恶劣使用环境的宏基站
在东南亚国家、我国中西部等区域存在大量电网不稳定的地区，这些恶劣电网地区的基站掉电频繁，经常需要蓄电池放电进行供电。基站阀控式铅酸蓄
电池从目前使用情况来看，普遍存在蓄电池容量下降过快，使用寿命短的问题，铁锂电池常温下高达2000次的100%DOD循环性能，以及欠充不影响寿命的优点，可适应恶劣电网地区频繁充放电的需要。铁锂电池具有快速充电特性，可最大2C 充电（60分钟充满电），从而确保蓄电池能快速充满电以应对下次突然停电。此类场景要求电池具有较高的容量，铁锂电池可以以12V 模块为单元，最后经过组合成需要电压和容量规格。南都专门针对此种场景设计了12V ，50Ah 模块，可以组合成48V ，50Ah/100Ah/150Ah/200Ah 等多种规格。
3.4 一体化户外电源柜
随着通信网络范围扩大，户外建站方式逐步被用户接受，用量逐渐增多。根据北美、欧洲的建站经验，超过50%的基站选用户外建站方式，中国、南亚、东南亚等新兴市场户外产品应用方兴未艾。户外柜供电系统较多应用是满足站点空间小，面积小，不方便建站的地方，因此减少户外柜体积和占地面积可方便站点寻址并降低建站成本，如在城市楼顶或过道安装时，减少体积和面积可以减少租金和增加站点选择灵活性。户外柜通信供电系统很多安装形式是放置在H 型杆或塔架安装，重量轻就能减少配套钢结构的投资。铁锂电池相对于目前大量应用的铅酸电池有明显体积及重量优势，相同容量规格下体积减少近1/3，重量减少近2/3，铁电池应用到户外柜将较大减少初始投资。利用现有成熟的电池PACK 技术，更可将铁电池设计成标准的1U 或2U 高的机架式电池模块，从而最大程度节省户外机柜的体积。另外，铁锂电池也解决了户外柜配套蓄电池的高温问题。 3.5 锂电UPS
随着3G 的发展，政府对于电子政务的加大投入，同时，随着制造业的升级改革给中小企业的发展带来巨大压力，从而使得UPS 产品的市场份额迅速增
加，相应地对UPS 配套的电池也提出了更高功率密度的要求，12V 铁锂电池可进行高功率瞬时和持续大电流放电，很好地满足了这类UPS 的要求。 小结
综上所述，铁锂电池的以其独有性能优势，完全满足因为技术及设备升级带来的新的通信后备电池要求，虽然采用磷酸亚铁锂电池存在着初期投资偏高的缺点，但是随着磷酸亚铁锂正极材料的制造技术进一步成熟，铁锂电池在电动汽车等更多行业进一步大规模应用，磷酸亚铁锂电池的TCO 成本将更优于VRLA 电池，铁锂电池必将在通信行业更广泛的使用。
参考文献:
[1] YDT1970.10-2009通信局（站）电源系统维护
技术要求电源维护第10部分：阀控式密封铅酸蓄电池，2009,3-4
Maintenance Requirements of Power Supply and Air-condition for Telecommunication Stations/Sites，Part 10 Valve Regulated Lead Acid Battery，2009,3-4
[2] YDB032-2009通信用后备式锂离子电池
组.2009,11-15
Back-up lithium-ion battery for telecommunications.2009,11-15
[3] YDT1051-2000通信局(站) 电源系统总技术要
求, 2000, 10-22.
General Reqiurements Of Power Supply
System For Telecommuunication Station/Sites 2000, 10-22.
论磷酸亚铁锂电池在通信行业的应用
摘要: 本文分析了通信后备电池的发展要求，并结合磷酸亚铁锂电池的特点，提出了该种电池在通信行业的应用场景及解决方案。
关 键 词: 磷酸铁锂; 后备电池; VRLA
Lithium Iron Phosphate Battery and Its Application in
Telecom Industry
Abstract: It firstly analyzes lithium iron phosphate battery and valve regulated lead acid battery， points out the advantages and disadvan-tages of the two types of battery. It finally gives some cases on the application of lithium iron phosphate battery in telecom in- dustry and its prospects
Key words: Lithium iron phosphate battery; Reserve power; VRLA 引言 散”双极化发展；通信网络设备特别是接入网端设目前，通信后备电池大多采用阀控式密封铅酸蓄备高度集成化与小型化和向低功耗发展；电力环境(VRLA)电池，其维护方便、浮充寿命长、安全性能的改善及备电方式的革新使得后备电池向短时备电好等的特点非常适用于通信后备电源的需求特点，发展。 近十年来，此类电池在通信行业得到了长足发展，1.1 小型化、高比能量的要求 应用量逐年增大。与此同时，随着通信网络技术及随着3G 建设中射频拉远及PON 技术的应用，接入设备的飞速发展与升级，通信后备电源对蓄电池提网设备越来越小，越来越分散，相应的后备电池也出了新的要求，VRLA 电池已经不能完全覆盖通信后要求小型化，甚至要求终端设备、电源、电池形成备电源的需求，特别是在一些特定的应用场景，比一体化。 如户外高温环境、短时备电等需求的情况。因此，1.2 可户外使用，高温性能好 开发新型通信用后备式蓄电池，补充VRLA 电池的小型化与分散化的要求使得电池由室内使用向户外不足，具有非常重要的意义。 使用、有空调环境向无空调环境转变，由于电源及自从1980年Goodenough 等提出了氧化钴锂网络设备都可以适应户外使用，出于“节能减排”（LiCoO2) 作为锂充电电池的正极材料，揭开了锂离和降低运营成本的考虑，可户外使用，高温性能好子电池的雏形以来，锂离子电池凭借其特有的优势，无疑是用户迫切的要求。 在短短20多年里得到了突飞猛进的发展。特别是1.3 可高倍率放电 橄榄石型结构的LiFePO4作为锂离子蓄电池新型正 电力环境的改善及备电方式的革新使后备电池极材料，以其较高的理论比容量（170mAh/g）、适的功能定位发生变化，电池只需要短时支撑系统的中的电压平台、良好的循环性能、安全性能以及原运行而不是长期后备，这就要求电池具有很强的高料广泛、对环境友好等，受到国内外研究者的广泛倍率放电能力，一般要求在10C 以上。 关注。目前，随着LiFePO4正极材料的逐渐产业化，1.4 可循环使用 LiFePO4电池的生产及应用也逐渐成为人们研究的传统电池浮充使用可达15年，循环使用时，尤其热点。 在恶劣的环境下，性能大大降低，目前仍有部分场1．通信用后备式蓄电池的新要求 景处于四类电状况，对后备电池的循环性能提出了通信电源对后备电池的新要求源于三个方面：即通一定的要求。 信网络技术的发展使得后备电池向“集中”与“分1.5 维护便利
传统后备电池一直未单独纳入监控，而通过开关电源监控的总电压、总电流等参数远远不能反映电池的实际运行和健康状态，核对性放电等措施虽然可以弥补，但造成了大量的维护工作量，因此，准确地监测电池的可用容量及健康状态是新型电池的必然要求。
2．磷酸亚铁锂电池的特点
由于橄榄石结构的LiFePO4材料具有极强的稳定性和耐疲劳性，以LiFePO4材料为正极体系的锂离子电池相比较传统的以钴酸锂或锰酸锂正极体系的锂离子电池，其具有极强的安全和可靠性以及循环性能、高温性能。 2.1 安全性极好
从理论上讲，铁锂正极材料的安全性能比锰酸锂正极材料的安全性能更加优越（钴酸锂、三元材料的安全性能相对较差）。其原因在于：1) P-O键能高，所以更稳定；2) 即使在过充电情况下也不会产生游离氧，不和电解液反应；3) 与有机电解液反应活性低；4) 热力学状态稳定，在400℃以下无变化。 2.2 循环寿命长
在室温下以100%DOD（Depth Of Discharge，电池放电深度），1C （一小时率放电或充电）充放电电流循环至80%剩余容量，循环次数可达2000次以上。2.3 高温性能好
60℃下放电容量和常温容量相当，循环寿命略微减少，在60℃下，以 1.0C 电流循环至初始容量的80%时可达1400周左右。 2.4 可高倍率充放电
铁锂电池可在1小时内充满电而不影响使用寿命，10C （1/10小时率放电或充电）电流放电依然能放出90%以上电量。 2.5 其它
l 环保安全，铁锂电池不会造成任何重金属污染和酸污染，不会释放氢气 l 能量密度高，同等容量下可比铅酸电池节省2/3的重量
l 放电平台稳定，在90%SOC（State Of Charge ，电池充电状态）放电态前电池电压一直维持不变，适合恒功率负载放电
3．磷酸亚铁锂电池的应用
根据铁锂电池的特点，不难看出，对于比能量要求比较高，短时备电要求及使用环境(温度、停电频率) 相对比较苛刻的应用场景，铁锂电池完全可以适用。3.1 xPON
随着xPON 技术的成熟，“光进铜退”工程建设即光纤到户(FTTH)、到楼(FTTB)、到小区(FTTC)、到驻地(FTTP)的FTTx 建设目前正在世界各地大量铺开，其中，EPON 系统在日本的NTT 、SoftBank 、KDDI 以及韩国部分运营商已经大规模部署，GPON 系统在北美、欧洲、亚太已开始大规模商用。VOIP 电话、宽带、数字电视等全数字综合业务已经成为今后固网的发展方向。由于光纤本身不导电，为确保用户在断电后的通信需求，FTTx 系统中的处于用户终端的光网络单元ONU 需要直流48V 或12V 的备用蓄电池。
对于FTTB 或FTTC 建设模式，由于场地或机房的限制，城市老城区及农村地区的ONU 经常放置于楼道、弱电井或路边的户外机柜中，这就要求ONU 的配套蓄电池在满足长时间备电的同时具有较小的体积和较轻的重量，并且可以适应楼道处或户外的无空调环境。南都专门针对FTTx 系统设计的模块化、机架式48V 磷酸亚铁锂电池系统可以很好的满足这些应用需求。
对于新增居民小区和高端居民用户采用的FTTH 中，ONU 直接放置在用户家中，通常使用12V 直流电源，这种使用场景下要求蓄电池具有小型化、安全、长效、环保的特性。南都针对此类场景，设计了将铁锂电池PACK 与ONT 适配器集成在一起的一体化电源产品。
3.2 微基站
微基站的特点是容量小、体积小，因此，对配套蓄电池的容量要求不高。按功率及应用场景分类，小功率型微基站适用于密集地区和室内覆盖，大功率型微基站适用于机房获取困难及偏远地区。目前，特色型的分布式微基站RRU 形式，其特点备受关注，应用前景广阔。大功率的分布式基站被用于解决大容量问题，小型化基站则主要解决室内覆盖的建网。RRU 功率大多都在300W 以内，南都设计的模块化、机架式设计的48V ，50Ah 铁锂电池模块可以很好的满足这些应用需求。
3.3 恶劣使用环境的宏基站
在东南亚国家、我国中西部等区域存在大量电网不稳定的地区，这些恶劣电网地区的基站掉电频繁，经常需要蓄电池放电进行供电。基站阀控式铅酸蓄
电池从目前使用情况来看，普遍存在蓄电池容量下降过快，使用寿命短的问题，铁锂电池常温下高达2000次的100%DOD循环性能，以及欠充不影响寿命的优点，可适应恶劣电网地区频繁充放电的需要。铁锂电池具有快速充电特性，可最大2C 充电（60分钟充满电），从而确保蓄电池能快速充满电以应对下次突然停电。此类场景要求电池具有较高的容量，铁锂电池可以以12V 模块为单元，最后经过组合成需要电压和容量规格。南都专门针对此种场景设计了12V ，50Ah 模块，可以组合成48V ，50Ah/100Ah/150Ah/200Ah 等多种规格。
3.4 一体化户外电源柜
随着通信网络范围扩大，户外建站方式逐步被用户接受，用量逐渐增多。根据北美、欧洲的建站经验，超过50%的基站选用户外建站方式，中国、南亚、东南亚等新兴市场户外产品应用方兴未艾。户外柜供电系统较多应用是满足站点空间小，面积小，不方便建站的地方，因此减少户外柜体积和占地面积可方便站点寻址并降低建站成本，如在城市楼顶或过道安装时，减少体积和面积可以减少租金和增加站点选择灵活性。户外柜通信供电系统很多安装形式是放置在H 型杆或塔架安装，重量轻就能减少配套钢结构的投资。铁锂电池相对于目前大量应用的铅酸电池有明显体积及重量优势，相同容量规格下体积减少近1/3，重量减少近2/3，铁电池应用到户外柜将较大减少初始投资。利用现有成熟的电池PACK 技术，更可将铁电池设计成标准的1U 或2U 高的机架式电池模块，从而最大程度节省户外机柜的体积。另外，铁锂电池也解决了户外柜配套蓄电池的高温问题。 3.5 锂电UPS
随着3G 的发展，政府对于电子政务的加大投入，同时，随着制造业的升级改革给中小企业的发展带来巨大压力，从而使得UPS 产品的市场份额迅速增
加，相应地对UPS 配套的电池也提出了更高功率密度的要求，12V 铁锂电池可进行高功率瞬时和持续大电流放电，很好地满足了这类UPS 的要求。 小结
综上所述，铁锂电池的以其独有性能优势，完全满足因为技术及设备升级带来的新的通信后备电池要求，虽然采用磷酸亚铁锂电池存在着初期投资偏高的缺点，但是随着磷酸亚铁锂正极材料的制造技术进一步成熟，铁锂电池在电动汽车等更多行业进一步大规模应用，磷酸亚铁锂电池的TCO 成本将更优于VRLA 电池，铁锂电池必将在通信行业更广泛的使用。
参考文献:
[1] YDT1970.10-2009通信局（站）电源系统维护
技术要求电源维护第10部分：阀控式密封铅酸蓄电池，2009,3-4
Maintenance Requirements of Power Supply and Air-condition for Telecommunication Stations/Sites，Part 10 Valve Regulated Lead Acid Battery，2009,3-4
[2] YDB032-2009通信用后备式锂离子电池
组.2009,11-15
Back-up lithium-ion battery for telecommunications.2009,11-15
[3] YDT1051-2000通信局(站) 电源系统总技术要
求, 2000, 10-22.
General Reqiurements Of Power Supply
System For Telecommuunication Station/Sites 2000, 10-22.