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鈦酸鋰電池基本原理及其在移動基站的實際應用(下)

 鈦酸鋰電池的安全性

鈦酸鋰電池是鋰離子電池家族中最安全的一種電池,其優點主要表現在以下幾個方面:

①長壽命。鈦酸鋰單體電芯的循環壽命長達2.5萬次以上,圖9和圖10分別給出了鈦酸鋰電池高溫循環壽命測試曲線和室溫循環壽命測試曲線;

②使用安全。鈦酸鋰電池在短路、過充、過放、擠壓、針刺、跌落、高溫沖擊、加熱的條件下是非常安全的,圖11是鈦酸鋰電池在針刺、高溫沖擊、過充、過放、短路、擠壓試驗時的場景;

③可大電流快速充放電;

④耐高溫性能優越,鈦酸鋰電池在-40～+60℃溫度下仍然能夠正常工作,圖12給出了鈦酸鋰電池的低溫充放電曲線;

⑤無記憶效應;

⑥綠色環保。

鈦酸鋰電池充電時,可分為恒流充電和恒壓充電兩個過程。首先是恒流充電,電流一般采用0.2C10,必要時可以采用6C10充電,當電池組電壓達到充電限制電壓時,改為恒壓充電。所以,鈦酸鋰電池和開關電源配合使用,其充電過程將變得較為簡單,只需將電池組浮充電壓和均充電壓調整一樣即可。

鈦酸鋰電池放電時,電池放電電壓非常平穩,一般在2.3V左右,放電后期(主要指剩余5%容量左右)的電壓變化較快,放電的截止電壓可以為1.5V。

太原機務段救援基地位于石太鐵路線嗚李火車站,因原嗚李火車站用的是市電380V電源,此電源無法滿足新建救援基地的用電負荷要求,根據太原鐵路局《關于對太原救援基地配套改造工程設計審查的意見》及太原鐵路局組織的有關太原救援基地用電問題的會議精神,由中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院設計采用牽引供電接觸網27.5kV電源,使用牽引供電專用單相變三相UPS作為太原救援基地的工作電源使用,降壓變壓器設計容量160kVA,UPS設計容量150kVA,設計饋出配出四個回路:既有低壓配電箱所帶停留車庫、消防、地面電源負荷;綜合樓空調辦公負荷;食堂、浴室照明負荷和檢修庫負荷(見圖1)。

150kVA單相變三相UPS是由伊頓公司深圳山特工廠生產的高頻UPS,150kVA高頻UPS共有10個功率模塊,單個功率模塊容量15kVA,UPS由兩個柜體組成,安裝在電力箱變內,因電力箱變內部在夏季溫度能達到50～60℃,為保證UPS正常運行,箱變設計了排風和制冷系統,UPS在2011年9月開通投入運行。

由于電氣化鐵道專用工頻單變三UPS在使用中故障頻發,影響正常使用,高頻模塊化單變三UPS以其先進的設計理念和高可靠性走進這個領域。高頻機通常由濾波器、IGBT高頻整流器、逆變器組成,IGBT可以通過加在其門極的驅動來控制IGBT的開通與關斷,IGBT整流器開關頻率通常在幾千到幾十千赫茲,甚至高達上百千赫茲。典型的高頻機UPS拓撲如圖2所示。

高頻UPS整流屬于升壓整流,其輸出直流母線的電壓比輸入線電壓的峰值高,一般典型值為768V左右,所以逆變器輸出相電壓可以直接達到220V,逆變器之后就不再需要升壓變壓器。

由于采用了IGBT高頻整流技術使功率單元實現了模塊化生產,因此,實現了功率模塊的N+1運行模式。當高頻模塊化UPS某一個模塊發生故障時,故障模塊會自動退出運行,非故障模塊可以正常運行不影響供電。在設備巡檢人員巡檢時,將故障模塊帶電拔出換上新的模塊就可以了。大大提高了運行的可靠性。

由于在電氣化鐵路電力機車通過時,會產生過電壓及諧波,這樣UPS的輸入電源會時常出現很高的尖峰沖擊電壓,整流以后的BUS電壓也會跟著出現一個非正常的峰值電壓,這個電壓有時高達700V,高于正常正負BUS電壓400V的標準。監測保護系統一旦檢測到高于正負BUS電壓400V時,設備就會保護關機,這時需要人員去現場重新啟動。

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