铁锂电池在通信基站中的梯次利用实践

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通信技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 21【关键词】铁锂电池 通信基站

锂离子电池产业发展很快，三元聚合、

锰酸锂和磷酸铁锂由于成本优势较传统的钴酸

锂明显，正逐步成为锂电池的主要发展方向。

高倍率动力电池，磷酸铁锂较锰酸锂电

池更为合适。我国目前已成为世界上最大的锂

资源消费国。随着锂资源需求日益增加，需求

量和储量之间的矛盾逐渐凸显，废旧电池的梯

次利用和回收利用也越来越受到各方的重视。

本文主要讨论的也要针对磷酸铁锂电池

作为动力电池在基站中梯次应用实践。

1 铁锂电池的梯次利用需求

根据中国汽车技术研究中心发布的数据，

2020年纯电动商用车和乘用退役电池容量将

分别为1737千瓦时和684千瓦时，合计2421

万千瓦时。如果不能恰当回收处理，退役动力

电池中的电解液、钴镍等金属材料将有可能污

染水和土壤。同时，资源的稀缺性也逼迫企业

从原材料的获取和成本控制的角度重视梯次利

用。退役动力电池尽管不再满足车用需求，但

却可以在通信基站备电等多个领域发挥作用。

按照80%的容量衰减以及60%的梯次利用筛

选率，到2020年累计梯次利用动力电池约为

1162.08千瓦时。这无疑是个惊人数字。

电动汽车的梯次利用要考虑到电动汽车

的复杂性，但技术上总体可行。在工程示范应

用方面，国网建有30KW/1MWh 梯次利用锰

酸锂电池储能系统和250KW/1MWh 梯次利用

磷酸铁锂电池储能系统。中国铁塔公司也开始

要求在2018年开始全面进行铁锂电池的应用

2 铁锂电池的梯次利用的优势

2.1 一致性强

常见基站所需的备用电池容量约为48V ，

500Ah2组，合48KWh 。按照80%的退役容量

和60%的梯次利用成组率，需要约100KWh

的退役动力电池，与常见的2辆新能源汽车动

力电池容量大致相当。因此，将2辆新能源汽

车退役下来的动力电池拼装做成单个或多个模

组即可满足一个基站的需求，从而有效避免了

退役动力电池一致性不好的劣势。铁锂电池在通信基站中的梯次利用实践

文/崔林

2.2 利用率高从常见新能源汽车使用的磷酸铁锂充电次数分析，5年后一般汽车用户已经有了换车需求，而假设5年期间一周一次充电，电车全生命周期内充电次数为250次左右。根据常见铁锂电池的实验室测试曲线，容量下降到原有的90%左右，而实际工况容量一般下降到80%左右（续航下降20%），如图1所示。而如果用在常见的基站电源配套电池上，从250次到1000次放电的容量损失下降并不明显。实验室测试结果为下降到梯次利用时间点的90%，而实践中由于温度和机房条件恶劣的原因，一般会更劣化到80%。而对于一般城镇中所使用达到的二类市电（每月停电

3.5天以下），需要17.8年。当然这只是理论分析，一般认为在5年后由于阳极材料的腐蚀，电池已经要进行报废处理。2.3 模块化性能强将梯次利用电池模块化的好处就是可以随时对出问题的电池进行替换。一旦电池出现问题，直接替换这个电池模组就可以解决，对系统不会造成太多的影响。2.4 安全系数好基站要求的是电池响应速度，对电池日常充放电速度要求不高，不会采用大电压、大电流的方式对电池进行充放电，结合基站的监控系统，有效了解基站电池充放电的状态，保证电池在充放电过程中的安全性。从而降低了梯次利用电池在充电过程中发生燃烧、爆炸事故的几率。3 铁锂电池的梯次利用的技术可行性技术性可行性方面包括老化程度、后期衰退、安全性、可靠性，涉及到老化、失效机理，后续寿命，安全性、可靠性检测、分级筛选技术、工况测试，重组与管理技术等方面。替换下来的电池存在以下问题（1）使用工况差异，电池包使用过程中的地域差异、充放电倍率差异、使用频次差异、退役时限差异、车况及管理差异；（2）梯次电池来源不同生产厂家，即使同规格在尺寸、结构、化学成分不相同；（3）梯次电池容量保持率差异较大；（4）相同容量的梯次电池生命周期点（SOH ）无法确定，梯次电池成组后，循环使用衰减趋势不尽相同； 梯次利用，最合理的应该是拆解到模组级，而不是电芯级，因为电芯之间的连接通常都是激光焊接或其他刚性连接工艺，要做到无损拆解，难度极大，考虑成本和收益，得不偿失。不同批次的电池模组，甚至来自不同厂家的电池模组。在梯次利用时需要做好分组、重组和BMS 管理。4 铁锂电池的梯次利用的经济可行性经济可行性方面，包括旧电池成本计运输/检测、重组成本，新电池成本的快速降低，低成本的竞争性储能技术，再利用的收益，需要快速检测/分选/成本技术，电池系统组件综合再利用等。成本是梯次利用的最大优势，也是梯次利用经济效益的来源。需要做到良好的成本控制，将系统成本做到新电池产品的三分之一，整个行业才能良好的运转下去。 在产品开发环节，系统集成是关键，电池模组混用、系统柔性化设计、BMS 鲁棒性设计等，都能有效降低产品物料成本。 在产品的运维环节，如何确定合理的质保年限，做到智能化的管理，远程诊断和维护等，都会影响产品的生命周期成本。根据我们在梯次利用中的实践，给出以下工程建议（1）电池组内各单体电池及电芯应为同一厂家生产、规格尺寸相同、结构相同、化学成分相同的产品；（2）所使用的磷酸铁锂单体电芯电池容量需达到电池初始标称容量的70%；（3）磷酸铁锂电芯电池组应采用16 只电池单体串联的方式；如果是其他组合方式，则需要采用升压或者降压的措施，确保输出电压符合通信基站使用；（4）当单体电池采用多只电芯并联方式时，并联数量不大于8只；（5）单只电芯初始标称容量≤6Ah ，梯级锂电池成组容量不宜大于25Ah ；（6）单只电芯初始标称容量≤10Ah ，梯级成组容量不宜大于50Ah ；（7）10Ah<单只电芯初始标称容量<25Ah ，梯级成组容量不宜大于100Ah 。总体来说，随着动力电池技术进步和性能的提高，相关标准的逐步完善，都利于其梯次利用。而动力电池梯次利用的经济性随着储能市场的发展及电池梯次利用规模化的应用，也逐渐显现。在基站当中梯次利用使用磷酸铁锂电池是非常有潜力的，利用价值非常大。

作者简介崔林，男，研究生学历，现为广东省电信规划设计院有限公司工程师。主要工作方向为无线、传输网络规划设计以及智慧城市方向的研究。作者单位广东省电信规划设计院有限公司 广东省广州

市 510630

图1