随着5G站点大规模的铺开和建设,发现部分站点因为空间狭窄和承重等因素,传统的铅酸电池难以布置和安装,加上站点运行环境恶劣也不利于铅酸电池运行。而铁锂电池体积小,容量大、耐高温性能出色,不存在过放电问题,可以弥补铅酸电池的不足,这里介绍铁锂电池的结构和原理。
1
铁锂电池结构
磷酸铁锂电池简称铁锂电池,采用橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极,由铝箔与电池正极连接,中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,但锂离子可以通过而电子不能通过,右边是由石墨组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。
电池的上下端之间是电解质,电池由金属外壳密闭封装,如图1。电池在充电时,正极中的锂离子通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中,负极中的锂离子通过隔膜向正极迁移,锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
图1 铁锂电池结构图
2
电池充电
充电时,锂离子在电场力的作用下,从磷酸铁锂晶体表面,进入电解液,穿过隔膜,再迁移到石墨晶体的表面,然后嵌入石墨晶格中。锂离子从磷酸铁锂脱嵌后,磷酸铁锂转化成磷酸铁,过程如图2:
图2 电池充电模式
3
电池放电
放电时,锂离子从石墨晶体中脱嵌出来,进入电解液,穿过隔膜,迁移到磷酸铁锂晶体的表面,然后重新嵌入到磷酸铁锂的晶格内。过程如图3:
图3 电池放电模式
磷酸铁锂电池单体标称电压3.2V,单体充电电压为3.7V,放电终止电压为2.5V,电池模组由电池单体和电池管理系统(BMS)组成,通常由15节或16节单体串联组成48V电池模组,推荐15节。