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国外通信用的矾电池

通信用蓄电池作为通信系统后备的能源供应手段，其研制、生产和应用技术一直倍受世界各国通信行业的重视。随着科技的发展和技术的不断进步，国外正在研制和试验新一代的通信用蓄电池，有的已经进入商用化阶段。这些新的蓄电池，由于其材料、结构和技术上的先进性，在性能上具有传统的 VRLA电池无可比拟的优越性。本文拟根据有关资料，介绍一下目前国外发展得比较成熟的钒电池和聚合锂离子电池，希望以此能对国内的同行有所启发和借鉴。 一、矾电池（Vanadium Redox Battery）
矾电池（VRB）是一种电解值可以流动的电池，目前正在逐步进入商用化阶段。VRB作为一种化学的能源存储技术，和传统的铅酸电池、镍福电池相比，在设计上它有许多独特之处，性能上也适用于多种工业场合，比如可以替代油机、备用电源等。利用 VRB技术设计制造的 VESS系统（VanadiumEnergy starage system，即矾能源存储系统），其设计水口操作特性在VRB的基础之上被优化，而且集成了许多自动化的智能控制和用于管理操作的电子装置。 1．钒电池概述 简单地说，矾电池将存储在电解液中的能量转换为电能，这是通过两个不同类型的、被一层隔膜隔开的矾离子之间交换电子来实现的。电解液是由硫酸和矾混合而成的，酸性和传统的铅酸电池一样。由于这个电化学反应是可逆的，所以VRB电池既可以充电和也可以放电。充放电时随着两种矾离于浓度的变化，电能和化学能相互转换。 电池由两个电解液池和一层层的电池单元组成。电解液池用于盛两种不同的电解液。每个电池单元由两个“半单元”组成，中间夹着隔膜和用于收集电流的电极。两个不同的 “半单元”中盛放着矾的不同离子形态的电解液。每个电解液池配有一个泵，用于在封闭的管道中为每一个“半单元”输送电解液。当带电的电解液在一层层的电池单元中流动时，电子就流动到外部电路，这就是放电过程。当从别＼部将电子输送到电池内部时，相反的过程就发生了，这就是给电池单元中的电解液充电，然后再由泵输送回电解液池。 在VRB中，电解液在多个电池单元间流动，电压是各单元电压串联形成的。标称电压是1.2V。电流密度由电池单元内电流收集极的表面积决定，但是电流的供应取决于电解液在电池单元间的流动，而不是电池层本身。VRB电池技术的一个最重要的特点是，峰值功率取决于电池层总的表面积，而电池的电量则取决于电解液的多少。在传统的铅酸和镍福电池中，电极和电解液被放置到一块，功率和能量强烈地依赖于极板面积和电解液的容量。但VRB电池不是这样，它的电极和电解液不一定必须放到一块，这就意味着能量的存放可以不受电池外壳的限制。 从电力上来讲，不同等级的能量可以为电池层中不同的电池单元或单元组中通过提供足够的电解液来得到。给电池层充电和放电不一定需要用相同的电压。例如，VRB电池可以用串联电池层的电压放电，而充电则可以在电池层的另一部分用不同的电压进行。 VRB电池用在通信中有以下这些优点 ＊能量循环效率高； ＊深度放电后寿命不会受影响； ＊不会由于电解液的腐蚀而使化学特性受到影响； ＊电解液可以无限期使用（没有处理的问题）； ＊循环寿命是无限的（仅受隔膜的限制）； ＊能量的存储量可以精确地测量出来； ＊在使用中对环境的影响很小； 以上这些特性为在各种各样的通信应用中发展直流能源存储系统提供了坚实的基础。下面再谈谈VESS VEES是把 VRB集成起来的一个实用的能源存储系统。该系统中采用的专家控制技术，可以使操作管理、容量管理、日常维护、纠错处理、系统状态监视和外部通信自动化。 VESS放弃了在传统的备用能源中常用的如充电、放电、线电压等概念，而以能量存储和转移的概念来代替。 VESS在通信中应用的一个主要特征是：VESS可以对现有的通信动力基础设施做出更有利的使用，而且可以考虑在新的无污染的通信应用中引入能源存储的基础设施。 作为一个单一的能源存储元件，VESS只需安装一次就可以以多种不同的电压提供动力。 相对于传统的串联型的铅酸或镍锡电池，这种优越性是显著的。从存储的观点看，这是因为； ＊所有存储起来的能量都在电解液中； ＊可以输出的动力取决于电极（层）的尺寸； ＊系统能量的密度可以从物理上和系统存储的能量隔离开来； ＊存储起来的能量很稳定。 从系统运行的观点看，这是因为： ＊每一个单元都具有相同的带电状态； ＊系统可以同时充电和放电； ＊充电速度比铅酸电池高： ＊运行时可以有一种或多种电输入，而可以输出多种电压值， ＊有自动功能，可以自动整流、自动保护； 从系统维护的观点，这是因为： ＊可以通过添加电解液来增加系统的独立运行的时间； ＊系统的能量存储可以在任何时间增加，费用只有铅酸电池的20％； ＊寿命长，5－10年后只需更换部分零部件； ＊维护量很少； 和许多传统的二次电池技术相比，VRB在成本上很有竞争性，而且以前认为采用铅酸电池技术会很贵或不可能实现的一些应用，现在用VESS就可以很容易地实现。因此对于现在的直流电源系统，VESS是一种很理想的替代品。 2．钒电池在通信中的应用 由于VESS电池的客量只需用油量表就可以知道，并且能量存储的成本很低，所以它在通信应用中的前景是很诱人的。由于VESS的能量存储很轻便，并且存储和使用相互独立，所以在通信应用的特定场合，将是很诱人的。现在发现可以使用 VESS替代柴油发电机和偏远地区的太阳能供电系统。 （1）替代油机 通信动力系统中通常都使用柴油发电机，以便在市电停电时提供长时间的动力。当油机启动和预热时，通常需要一个电池来提供短时间的动力。在通信站还经常使用UPS来提供交流不间断电源和直流不间断电源，两者都需要一个单独的电池。一些小站只使用一个电池供应不间断的直流电源，不间断交流电源则通过逆变器得到。备用系统的油机在动力系统中的投资占了很大一部分，而且需要持续不断的机械维护以保证其可靠性。在实际应用中，油机的利用率很低。在这种情况下，从单位时间的使用成本来看，油机是比较贵重的。而基于VESS的新系统则有潜力替代动力系统中的油机，为UPS和高可靠性的直流电源提供总的、多功能的能量存储解决方案。 （2）替代太阳能 一些通信管理部门维护着巨大的地理上分布很广的太阳能电池供电的通信网络。太阳能供电系统的能量存储零件通常是铅酸电池；这需要的维护量很大。然而，为了减少成本、增加企业的竞争性，都要通过减少维护量来削减运行成本和人力。VESS则有潜力可以替代太阳能电池，减少成本，提高生产率。

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