SSB钛酸锂电池在计量终端上的应用
2026-01-28 17:20:42
介绍了一种新型的计量终端备用电源系统，该系统采用钛酸锂电池。钛酸锂电池具有电池电压高、充放电电流大、高低温性能好、循环次数多等优点。通过该电池在计量终端中的应用，可以有效减少计量终端的运行和维护，带来较高的经济价值。
二、研究背景、现状及发展趋势
计量终端包括负荷管理重点、配电管理终端和集中器，该类设备已广泛应用于供电运行计量现场；由于技术规范要求计量终端在停电后要上报停电事件并通信三次，所以必须采用备用电源设计。
目前计量终端的备用电源采用镍氢电池，有交流电源时充电，交流电源断开时镍氢电池通过升压电路向计量终端供电，以保证其停电后的正常工作。
在现场应用中，计量终端备用电池存在使用寿命短、维护工作量大的问题。计量终端的设计寿命为10年，但备用电池的更换周期为1~3年，大大增加了计量终端的运行维护。该技术的研究对于如何在保证安全运行的基础上提高计量终端备用电池的使用寿命具有重要意义。
III。技术关键及分析
1镍氢电池-镍氢电池是一种应用广泛的电池。从1991年商业化至今已有27年，是一款成熟稳定的电池。
的二次电池解决方案。其正极活性物质一般为NiOH2或NiO电极，负极活性物质一般为金属氢化物，也称储氢合金电极，电解液一般为6molu002FL氢氧化钾溶液。充放电化学反应如下:
正极:nioh 2+oh-= nio oh+H2O+e-；负极:m+H2O+e-= mha b+ oh-；
总反应:NiOH2+M=NiOOH+MH注:M:氢合金；Hab:氢吸附；从左到右的反应过程是充电过程；从右向左的反应是一个放电过程。
镍氢电池充电时，阳极的NiOH2和OH-反应生成NiOOH和H2O，同时释放e-生成MH和OH-。总反应是NiOH2和M生成NiOOH，储氢合金储氢。放电时与充电相反，MHab释放H+、H+和OH-生成H2O和e-，NiOOH、H2O和e-又生成NiOH2和OH-。镍氢电池的标准电动势为1.319V，一般校准电压为1.2V..
根据镍氢电池的组成和工艺，这类电池具有以下特点:
可密封，抗过充放电能力强。
不产生枝晶，这可以防止电池短路。
与锂电池相比，能量密度较低
# # #电压低，很多段需要串联，进一步影响能量密度。
无循环次数
钛酸锂电池-钛酸锂电池是以钛酸锂LTO材料作为锂离子电池负极材料制成的可充电电池。与锰酸锂、三元材料或磷酸亚铁锂等正极材料组成2.4V锂离子二次电池。
钛酸锂Li4Ti5O12是一种面心立方尖晶石结构材料，其常见化合物分子式为AM2O4，空间群为Fd3m，晶胞参数a=0.836nm，这种尖晶石结构对锂离子有一定的容纳空间。一般来说，一个钛酸锂可以容纳三个锂离子。在充放电过程中，锂离子的嵌入和脱嵌对钛酸锂材料的结构影响很小，因为钛酸锂的晶体结构仅仅因为其容纳而变化很小，其A值仅从0.836nm增加到0.837nm，这种现象在业内被称为零应变现象，所以钛酸锂也被称为零应变材料。钛酸锂的这一性质在电极材料中发挥着重要作用，可以避免充放电过程中材料的膨胀收缩引起的结构变化，从而提高电极的性能，减少比容量的大幅衰减，大大延长电池的使用寿命。钛酸锂电池具有以下特点:
良好的安全性和稳定性:在传统的锂离子电池中，一旦碳电极在嵌锂后过度充电，金属锂很容易在电极表面析出，这
与电解液接触会产生可燃气体，存在安全隐患。而钛酸锂的电位高于纯金属锂，基本不会产生锂枝晶，因此放电电压趋于稳定，从而提高了锂电池的安全性能。我们通过第三方机构对钛酸锂电池的样品进行测试，发现钛酸锂电池在针刺、挤压、短路等严苛测试下不冒烟、不着火、不爆炸，安全性远高于其他锂电池，所以很多业内人士认为钛酸锂电池也非常适用于军工等对电池稳定性要求较高的领域。
优异的充电性能:与传统的碳负极材料相比，钛酸锂材料具有更高的锂离子扩散系数，可以高倍率充放电。钛酸锂电池大大缩短了充电时间，但对循环寿命影响不大，热稳定性强。根据我们第三方机构的测试，最新的钛酸锂电池十分钟左右就可以充满电，相比传统的二次电池有了质的飞跃。
循环寿命长:与其他传统锂离子电池如磷酸铁锂电池相比，在使用过程中容量会大幅衰减，使用寿命会缩短，影响用户正常使用，增加电池更换成本。而钛酸锂电池在充放电时，由于锂离子的嵌入和脱出不会改变钛酸锂的晶体结构，所以对钛酸锂材料的结构影响不大。正因为如此，钛酸锂也被称为零应变材料。钛酸锂电池，电流缓慢充电使用高达5
相比磷酸铁锂电池，可快速充电长达2年，优势突出。根据我们委托的第三方测试数据，普通锂离子电池的平均循环寿命为3000次，而钛酸锂电池的总充放电循环次数可以达到20000次以上，这也意味着钛酸锂电池可以拥有和计量终端一样的寿命周期，实际使用中局方不需要更换电池，几乎不增加后期维护成本。
良好的宽温性能:由于钛酸锂电池的尖晶石结构具有三维锂离子扩散通道，因此钛酸锂电池在高低温下的性能也很优异。一般传统电池在零下10℃充放电就会出现问题，而钛酸锂电池耐宽温性能好，耐久性强，在零下50℃到80℃以上都能正常充放电。无论在冰冻的北方还是炎热的南方，计量终端的备用电源都不会受到电池震动的影响，消除了用户的后顾之忧。
3技术要求-南方电网公司在《负荷管理终端、配变管理终端、集中器技术规范》中对备用电源做了要求，要求如下:
终端停电时，备用充电电池应保持至少3次终端停电报警的能力。备用电池是4.8V可充电电池或电池组；额定容量≥600mAh。尺寸不超过50mm×32mm×21mm，可放入终端电池盒。
测量端子尺寸和电池尺寸要求
钛酸锂
单节电池电压为2.4V，两节电池串联为4.8V，供电电压可以满足电网公司的技术要求。容量为450mAh的单节钛酸锂电池的体积尺寸为47mm×15mm×15mm，两节电池串联后的总体积尺寸为47mm×30mm×15mm，这也是负载技术的要求。钛酸锂电池组虽然容量只有450mAh，但是因为循环次数高，使用寿命长，不需要像镍氢电池那样预留很大的余量空间，也可以节省电池成本。
通过对计量终端实际使用环境的模拟测试，容量为450mAh的钛酸锂电池组可以在计量终端断电的情况下保持计量终端联网通信1小时，完全满足计量终端的实际使用要求。
电池保护-虽然钛酸锂电池的可靠性和安全性相比传统锂离子电池有了很大的提高，但如果电池过度充放电，仍然会影响电池寿命。计量终端的厂家多种多样，每个厂家的充放电电路设计都不一样。为了提高钛酸锂电池的适应性，为电池组设计了保护电路，使电池组避免工作在极限状态，提高电池寿命，即使计量终端损坏也不会损坏电池。
保护电路框图
保护电路的核心是锂电池专用保护IC，采用MT4005锂离子电池充电保护芯片，具有电池正反反接保护。
保护，采用恒流 u002f恒压线性控制；芯片采用内部PMOSFET架构和防反向充电电路，无需外部检测电阻和隔离二极管。热反馈可以自动调整充电电流，以限制高功率运行或高环境温度条件下的芯片温度。
IV。部分实验对比数据
1充放电循环测试
从测试结果可以看出，镍氢电池经过800次充放电后，容量仅为70；钛酸锂电池经过8000次充放电后，容量仍为95；可以看出，钛酸锂电池的寿命至少是镍氢电池的10倍。
2高低温放电测试
从测试结果可以看出，镍氢电池在60℃高温和-20℃低温条件下只能释放50%的能量，效率比较低。钛酸锂电池在80℃的高温下也能释放100的能量，在-40℃的低温下能释放50的能量。可以看出，钛酸锂电池在高低温下的放电能力都强于镍氢电池。
V。结论通过本课题的研究和比较，钛酸锂电池与传统的镍氢电池相比，具有寿命长、放电电流大、工作温度宽等优点，非常适合作为计量终端的备用电源。将钛酸锂电池技术应用于计量终端，可以在保证安全可靠的基础上，解决计量终端长期需要频繁更换的问题。
由于使用电池的缺点，备用动力电池的续航时间可以和计量终端一样，可以实现免维护，减少运维团队的工作量，带来一定的经济效益，具有很大的推广价值。
