8磷酸鐵鋰電池

課前回顧通信蓄電池發(fā)展和分類閥控蓄電池構(gòu)成（重點(diǎn)）閥控蓄電池工作原理（重難點(diǎn)）閥控蓄電池技術(shù)指標(biāo)（難點(diǎn)）電壓-----溫度補(bǔ)償功能對VRLA蓄電池浮充端電壓一般(在25℃)設(shè)置在2．25V，浮充電流一般在0．45mA／Ah左右。溫度補(bǔ)償?shù)碾妷褐低ǔ橐原h(huán)境溫度25℃為界，溫度每升高或降低l℃，其浮充電壓就相應(yīng)降低或升高(3～4)mV／只。三、VRLA蓄電池的電特性1、VRLA蓄電池的電壓電池3小時(shí)率放電原始曲線

2.VRLA蓄電池容量曲線三、VRLA蓄電池的電特性核對性容量試驗(yàn)：通常按3h率的放電電流進(jìn)行1小時(shí)放電，即放出電池總?cè)萘康娜种蛔笥?。特點(diǎn)：只放出部分容量，較為安全,誤差相對較大。3.恒壓限流充電三、VRLA蓄電池的電特性充電設(shè)備輸出限流保護(hù)整流器輸出額定電流的105％電池充電限流保護(hù)蓄電池充電電流

0.15C10(A)3.恒壓限流充電（重點(diǎn)）三、VRLA蓄電池的電特性環(huán)境溫度每升高10℃，蓄電池壽命將縮短50%。只有給電池配置空調(diào)才能確保電池的壽命不受環(huán)境溫度影響，但系統(tǒng)成本很高。60102030405060708090100202530354045505560溫度℃壽命百分比%1、高溫使電池壽命縮短應(yīng)用背景從多個(gè)地區(qū)的使用情況看，邊際網(wǎng)UPS系統(tǒng)故障的一個(gè)重要因素是停電過于頻繁造成蓄電池容量迅速下降。

如：云南某地電網(wǎng)環(huán)境為平均每周停電2-3次，每次4-10小時(shí)；系統(tǒng)經(jīng)常由于放電至保護(hù)電壓而停機(jī)。在此環(huán)境下，原配置8小時(shí)的蓄電池約使用半年后容量即下降到只能支持20-60分鐘。7應(yīng)用背景2、頻繁停電造成蓄電池壽命過短的主要問題監(jiān)控中心可以看到電池參數(shù)，但無法判斷電池健康狀態(tài)、容量數(shù)據(jù)等，埋下事故安全隱患！8應(yīng)用背景3、無法準(zhǔn)確預(yù)測容量停電了，電池沒電！通信/數(shù)據(jù)中斷，用戶投訴！機(jī)房顯示，電池電壓正常9應(yīng)用背景4、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)展對后備電源提出了新的要求小型化環(huán)境適應(yīng)好高倍率放電可智能管理要求電池體積更小、重量更輕要求電池可戶外使用要求電池可適用于惡劣電網(wǎng)要求電池可以高倍率放電要求電池可以智能化管理，準(zhǔn)確監(jiān)視容量設(shè)備功耗的變化：通信接入設(shè)備向小型化/分散化發(fā)展后備時(shí)間的變化：長時(shí)間備電向短時(shí)備電轉(zhuǎn)變維護(hù)要求的變化：電池納入監(jiān)控三大變化帶來三大挑戰(zhàn)消費(fèi)類電子電動(dòng)汽車工業(yè)工具類電子通信用磷酸鐵鋰電池技術(shù)魏巍

掌握磷酸鐵鋰電池的結(jié)構(gòu)和原理（重難點(diǎn)）理解磷酸鐵鋰電池的性能特點(diǎn)（重點(diǎn)）了解磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用和問題2023/10/16教學(xué)目標(biāo)目錄2產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用3目前業(yè)界值得探討的幾個(gè)問題磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)磷酸鐵鋰電池與其它材料鋰離子電池比較氧化鈷鋰（LiCoO2）氧化錳鎳鋰Li(NiCoMn)1O2氧化錳鋰LiMn2O4LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)層狀層狀尖晶石橄欖石理論比容量/mAh·g-1274278148170實(shí)際比容量/mAh·g-1140~155130~22090~120130~150工作電壓范圍/V3.0~4.33.0~4.353.5~4.32.5~3.8平臺(tái)電壓/V3.6~3.73.6~3.73.7~3.83.2~3.3材料加工性能好較高中等差循環(huán)壽命/次>500>500>300>1000安全性能差較好好優(yōu)價(jià)格高較高低中等高溫性能一般一般差好毒性/環(huán)保有毒的鈷有毒的鈷無毒無毒一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)磷酸鐵鋰電池定義磷酸鐵鋰（LiFePO4，簡稱LFP，也叫鋰鐵磷）電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。負(fù)極是？特點(diǎn)1：物理結(jié)構(gòu)為橄欖石結(jié)構(gòu)。

特點(diǎn)2：不含貴重元素,原材料價(jià)格低廉且存儲(chǔ)量大。特點(diǎn)3：無污染、環(huán)保好。一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)19鋰離子電池結(jié)構(gòu)聚合物鋰離子電池a）正極是含金屬鋰的化合物，一般為鋰鐵磷酸鹽(如磷酸鐵鋰LiFePO4、磷酸鈷鋰LiCoO2等)。a）負(fù)極是石墨或炭(一般多用石墨)。a）電解液是一種有機(jī)溶劑電解液，大部分是六氟磷酸鋰LiPF6加上有機(jī)溶劑配成。d）隔膜是一種特殊的復(fù)合膜，它的功能是隔離正負(fù)極，阻止電子穿過，同時(shí)能夠允許鋰離子通過，從而完成在電化學(xué)充放電過程中鋰離子在正負(fù)極之間的快速傳輸。目前主要是聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）做孔膜。20液態(tài)鋰離子電池鋰離子電池結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰電池微觀結(jié)構(gòu)圖磷酸鐵鋰工作原理一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)磷化物PO4氧化鐵FeO鋰離子Li+磷酸鐵鋰工作原理磷酸鐵鋰電池宏觀結(jié)構(gòu)圖

磷酸鐵鋰電池在充電時(shí)，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負(fù)極遷移，嵌入負(fù)極碳層的微孔中。一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)

磷酸鐵鋰電池在放電時(shí)，嵌在負(fù)極微孔中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向正極遷移。鋰離子在充放電時(shí)來回遷移高能量密度長壽命出色的高溫性能高倍率放電快速充電安全體積減少25%~30%重量減少30%~60%磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢鐵鋰電池一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)是鉛酸電池體積的2/3，重量是鉛酸電池的1/3。1C常溫循環(huán)壽命2000次，剩余容量90%1C高溫(60℃)循環(huán)1500次，剩余容量80%高能量密度長壽命出色的高溫性能高倍率放電快速充電安全磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最高也就500次，高溫情況下可放出100%容量高能量密度長壽命出色的高溫性能高倍率放電快速充電安全磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)高能量密度長壽命出色的高溫性能高倍率放電快速充電安全可適用于短時(shí)大電流備電的應(yīng)用場景磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)高能量密度長壽命出色的高溫性能高倍率充電快速充電安全能量轉(zhuǎn)化效率高，可以在5h內(nèi)完成充電可部分代替油機(jī)用于維護(hù)磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)高能量密度長壽命出色的高溫性能高倍率充電快速充電安全安全來自于正極材料的穩(wěn)定性及可靠的安全性設(shè)計(jì),過沖不爆炸.150℃熱箱1C過充直接火燒磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢鐵鋰電池鈷酸鋰電池一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)高能量密度長壽命出色的高溫性能高倍率充電快速充電安全環(huán)保29生產(chǎn)過程及電池本身均不對環(huán)境造成危害磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)及使用情況介紹目錄二

產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用三

目前通信應(yīng)用的幾個(gè)問題一磷酸鐵鋰電池技術(shù)原理及性能特點(diǎn)311.鐵鋰電池產(chǎn)品（1）、容量單體電池的標(biāo)稱容量，是在25±5℃條件下，用I10電流放電至終止電壓2.7V應(yīng)能放出的電量，用C10表示。磷酸鐵鋰電池的實(shí)際容量受放電電流大小的影響小，適合大電流放電；但在低溫實(shí)際容量明顯減少。容量等級為50Ah、100Ah、150Ah、200Ah、300Ah等鉛酸電池替代品標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)二

產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用單體電池標(biāo)稱電壓3.2V，終止電壓2.7V均充電壓為3.50-3.60V浮充電壓為3.40-3.50V

-51.2V+二

產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用（2）充放電要求（重點(diǎn)）1.鐵鋰電池產(chǎn)品充電電流應(yīng)小于10I10放電電流應(yīng)小于30I10

恒壓充電電流小于0.05I10

恒流充電電流值1-2.5I10

電池組的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，電池組包括兩部分：電池模塊電池管理系統(tǒng)(BMS)

-48V+二

產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用電池管理系統(tǒng)（BMS）介紹電池管理系統(tǒng)（BMS）介紹某廠家被測鋰電池BMS電路板智能充電管理電池平衡管理智能間歇式充放電管理熱系統(tǒng)管理和通信管理基本功能

主要用于對蓄電池充電過程和放電過程進(jìn)行管理，提高蓄電池使用壽命，并為用戶提供相關(guān)信息的電路系統(tǒng)的總稱，一般由監(jiān)測、保護(hù)電路、電氣、通訊接口、熱管理裝置等組成。二

產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用35產(chǎn)品特點(diǎn)1）支持熱插拔交換，機(jī)架安裝符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)格式2）高能量密度，48V整體式1U模塊解決方案3）支持并聯(lián)擴(kuò)容4）內(nèi)置電池管理控制模塊，提高電池使用效率5）五段式充分保護(hù)：過充保護(hù)、過放保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)、過溫保護(hù)6）支持通訊及遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用場景：可應(yīng)用于微基站、宏基站、高速鐵路、光纖到樓ONU（FTTB）HFC、RT、CPE……

1U：48V/10Ah3U：48V/50Ah1.鐵鋰電池產(chǎn)品（2）、機(jī)架式鋰離子電池系統(tǒng)二

產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用通過將12V或48V電池模塊進(jìn)行串聯(lián)組合，可以形成240V、336V、384V電池組，滿足UPS交流電源系統(tǒng)、240V/336V高壓直流電源系統(tǒng)（HVDC）的備電需求。2023/10/161.鐵鋰電池產(chǎn)品二

產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用充電電流1A，負(fù)載電流1.2A，后備時(shí)間大于8h。2.磷酸鐵鋰電池在通信應(yīng)用在“光進(jìn)銅退”FTTX場景中的應(yīng)用:

采用1U標(biāo)準(zhǔn)單元的48V/10AH通信用鐵鋰電池，可滿足設(shè)備需求某品牌48V/10AH鐵鋰電池在FTTB系統(tǒng)場景中的應(yīng)用二

產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)使用情況在5G基站BBU基帶處理單元，RRU射頻拉遠(yuǎn)單元等設(shè)備中作為后備電池的使用:

采用1U標(biāo)準(zhǔn)單元的48V/10AH或4U標(biāo)準(zhǔn)單元48V/50AH通信用鐵鋰電池，可滿足設(shè)備需求

某品牌48V/10AH鐵鋰電池在5G室外RRU站中的應(yīng)用一、磷酸鐵鋰電池技術(shù)及使用情況介紹磷酸鐵鋰電池在通信行業(yè)使用情況磷酸鐵鋰電池與鉛酸電池成本比較：二

產(chǎn)品規(guī)格及通信應(yīng)用三、目前通信應(yīng)用的幾個(gè)問題目前業(yè)界值得探討的幾個(gè)問題三、目前業(yè)界值得探討的幾個(gè)問題1BMS是否每單體必需？

2鋰電池能否長期浮充？3標(biāo)稱電壓48V的鋰電池內(nèi)部單體節(jié)數(shù)應(yīng)為多少（15節(jié)或16節(jié)）？

基于現(xiàn)有的正極材料和電池制造水平，單體電池之間尚不能達(dá)到性能的完全一致，在通過串并聯(lián)方式組成電池組后，個(gè)別單體存在以下幾個(gè)問題：

1、過充/過放。。

2、過大電流。

3、溫度過高。

4、短路或者漏電。

BMS的功能就在于避免電池組出現(xiàn)上述問題。BMS的必需性三、目前業(yè)界值得探討的幾個(gè)問題1.BMS客觀上保護(hù)了鋰電池，提高了鋰電池充放電的安全性。BMS存在的矛盾三、目前業(yè)界值得探討的幾個(gè)問題2.BMS電路中的開關(guān)元器件（一般為MOSFET)可以完全切斷電池回路，存在單點(diǎn)故障點(diǎn)。降低了設(shè)備供電的安全性。鋰電池能否長期浮充?1、電池組如配置BMS，則不存在長期浮充的狀態(tài)2、長期浮充對電池組容量、壽命、安全性的影響，需要長時(shí)間的測試，目前尚未權(quán)威的結(jié)論。三、目前業(yè)界值得探討的幾個(gè)問題BMS可以切斷充電電路，那么有BMS是否可以解決不長期滿壓浮充的要求？標(biāo)稱電壓48V的鋰電池內(nèi)部單體節(jié)數(shù)多少為好？

電池組充電終止電壓為54.0V與開關(guān)電源浮充電壓相匹配。單體節(jié)數(shù)設(shè)為15節(jié)單體節(jié)數(shù)設(shè)為16節(jié)

電池組充電終止電壓為57.6V與開關(guān)電源均充電壓相匹配。三、目前業(yè)界值得探討的幾個(gè)問題是否16節(jié)意味著每節(jié)電壓都在不足100%電壓，達(dá)到不是滿壓浮充？三、VRLA蓄電池的電特性1、VRLA蓄電池的電壓2、VRLA蓄電池的容量曲線3、VRLA蓄電池的限流功能工作電壓接通負(fù)載后在充放電過程中顯示的電壓浮充電壓蓄電池采用浮充工作方式的充電電壓，一般2.20－2.27V終止電壓10小時(shí)和3小時(shí)率放電單體終止為1.8V1小時(shí)率蓄電池放電單體終止電壓為1.75V三、VRLA蓄電池的電特性1、VRLA蓄電池的電壓均衡充電蓄電池在使用過程中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生比重、端電壓等不均衡情況，為防止這種不均衡擴(kuò)展成為故障電池，所以要定期履行均衡充電。均衡工作單體電壓為2.30－2.35V。最大充電電流不大于2.5I10A。什么時(shí)候應(yīng)該均充？？凡遇下列情況需進(jìn)行均衡充電：

①浮充電壓有兩只以上低于2.18V／只；②擱置不用時(shí)間超過三個(gè)月。

③全浮充運(yùn)行達(dá)六個(gè)月。④放電深度超過額定容量的20%。三、VRLA蓄電池的電特性1、VRLA蓄電池的電壓舉例：根據(jù)閥控式密封鉛酸蓄電池的使用說明書，浮充電壓一般在2.23~2.30V/單體，我們在實(shí)際中取2.25V/單體，那么整流器輸出電壓應(yīng)設(shè)置為2.2524=54V；均充電壓一般在2.30~2.40V/單體，在實(shí)際中我們?nèi)?.35V/單體，那么整流器輸出電壓應(yīng)設(shè)置為2.3524=56.4V。在設(shè)置完成之后，還需要通過監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測整流器數(shù)值的變化，如果出現(xiàn)欠壓或過壓情況必須及時(shí)糾正?！癯潆娏坎恍∮诜懦鲭娏康?.2倍?！癯潆姾笃诔潆婋娏餍∮?.005Ｃ10Ａ（Ｃ10＝電池的額定容量）?！癯潆姾笃冢潆婋娏鬟B續(xù)３小時(shí)不變化。達(dá)到上述三個(gè)條件之一，可以終止均充狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。什么時(shí)候均充終止？？均衡充電三、VRLA蓄電池的電特性1、VRLA蓄電池的電壓快速充電在某種情況下，要求電池盡快充足電，可采用快速充電，最大充電電流≤0.2C10A，充電電流過大會(huì)使電池鼓漲，并影響電池使用壽命。三、V