梯次电池在通信基站中的应用分析.docx

作者：马德发 吴 迪 来源：《中国新通信》 2018年第13期目前，通信基站广泛使用铅酸电池作为后备电源铅酸电池自1859年由G. plantQ发明 以来，有 150 多年的使用历史，生产技术成熟，安全性能好，虽然体积比能量/ 重量比能量更 高的镍氢电池、锂电池等新型二次电池的出现，对铅酸电池的霸主地位产生了一定威胁，但铅 酸电池由于其铅酸电池内阻小，起动倍率高，价格低廉等优势，一直应用较为广泛电池梯次利用是指当动力电池不能满足现有电动车辆的功率和能量需求时，将其转移应用 到对电池能量密度、功率密度等特性要求较低的其它领域，达到充分发挥其剩余价值的目的 从定义可以看出，梯次电池的来源主要是电动汽车目前，电动汽车所用电池为锂电池，退役后的锂电池应用到基站备用电源，可以取代一部 分铅酸电池的使用本文将从锂电池的优势、维护注意事项及梯次利用方案介绍来分析梯次电 池的应用价值一、锂电池梯次利用的优势1.1 性能优势通信用磷酸铁锂电池与传统的铅酸蓄电池相比的优势主要包含以下几点：（1）长寿命新的磷酸铁锂动力电池，标准充电（ 5 小时率）使用，可达到2000 次同质量的铅酸电 池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就3 年时间，而梯次铁锂电池循环寿命在 200 〜300 次。

2）耐高温磷酸铁锂电热峰值可达350°C〜500°C,工作温度范围宽广（-20°C〜+ 55°C）铅酸电池稳定工作的稳定是25C〜28C，温度升高会损坏电池，降低电池使用寿命3） 高能量密度磷酸铁锂电池产品实际重量比能量可超过130 Wh/Kg （0.2C, 25° C）；体积比能量为210Wh/L；铅酸电池产品实际重量比能量为32〜37 Wh/Kg （0.2C, 25° C）；体积比能量为70Wh/L同等容量的铁锂动力电池的体积比铅酸电池少1/3-1/4，重量减少1/2-1/34） 大电流充放电磷酸铁锂电池可大电流2C快速充放电，起动电流可达5C以上铅酸电池现在无此性能 所以磷酸铁锂电池充电时间短耗电少1.2 经济及社会效益参考目前市场价，以磷酸铁锂电池为例，锂动力电池的价格是铅酸电池价格的 2~3 倍但 是，在使用寿命内，锂动力电池能够提供的总能量是铅酸电池的10 倍以上因此，考虑使用 寿命内提供的总能量与购置费用的比值，锂电池使用寿命内每 kWh 摊销费用却仅有铅酸电池的 1/3 左右虽然锂电池的购置费用高于铅酸电池，但是使用寿命内的摊销费用确远远低于铅酸 电池如果计算蓄电池寿命期后的再使用价值，锂电池优势更凸显。

铅酸电池在寿命期后，除 可用于回收铅外，没有再作为电池使用的价值锂电池在寿命期后，仍能在其他应用场景提供 额定电量的 60 % 的电能由此可以看出，锂电池买的贵，使用比较便宜环境保护方面，铁锂电池不含任何重金属与稀有金属（镍氢电池需稀有金属），无毒（ SGS 认证通过），无污染，符合欧洲RoHS规定，为绝对的绿色环保电池铅酸电池中却存在着大 量的铅，在生产过程中或其废弃后若处理不当，仍将对环境构成二次污染，而磷酸铁锂材料无 论在生产及使用中，均无污染，因此该电池又列入了“十五”期间的“863”国家高科技发展计 划，成为国家重点支持和鼓励发展的项目二、锂电池的安全特性及维护注意事项虽然锂电池具有较好的稳定性和耐用性，但在安全方面：（1） 过充电过充电是指电池充满之后，再继续充电的行为锂离子电池在过充电过程中，大量的锂从 正极材料中脱离出来，电池的电压和温度在很短的时间内快速升高，释放出大量的热，当电池 达到一定电压时，电解质溶液就会发生氧化分解反应，剧烈的化学反应放出大量的热量，可能 会发生热失控现象，进而发生燃烧或爆炸的安全事故2） 过放电锂离子电池过放电是指在放电过程中，放电电压超过电池额定放电截止电压。

电池过放电 可能会导致电池容量的衰减，电池发生内短路，电池温度出现异常出现热失控等安全问题3） 外部短路锂离子电池在使用过程中，可能在电池运输过程中、电池组线路老化和振动、碰撞等情况 下发生外部短路的情况发生外部短路时，电池处于持续大电流放电状态下，内部温度快速上 升，可能造成电池失效，严重时会导致电池的热失控4）高低温环境锂离子电池的最佳工作温度为0°C ~40°C，最大工作温度范围为-20°C ~60°C在低温环境 下，锂离子电池的容量急剧降低，电池内阻增大，在电池充放电时负极材料析出金属单体锂， 形成锂枝晶，随着在低温下循环次数的不断增加，锂枝晶的范围不断扩大，有可能会刺穿电池 内部的正负极，使电池发生内部短路现象，导致电芯熔化，电池着火和爆炸等安全问题；在高 温环境下，高于55C时锂离子电池的容量衰减速率加快，电池寿命减少当电池内部温度大于 90C时，固体电解质界面膜发生分解，加速了负极材料与电解质溶液之间的化学反应，将导致 电池热失控的发生基于以上四点，为了更安全地使用锂电池，充分发挥它的的优势，当锂电池应用于基站时， 后期使用及维护期间，应特别注意以下2 点：1、设置合适的放电截止电压，避免过放电；2、定期维护空调系统，保持机房温度稳定。

三、两种梯次利用技术方案目前，梯次利用技术主要涉及到以下两种方案：方案一：将退役动力电池进行集中拆解，电芯集中筛选，重新组装成标准模块;方案二：在退役动力电池基础上直接改造方案一有利于退役电芯的集中筛选与维护，能够保证质量；同时，退役电芯来源不局限于 特定的电动车项目，能够保证供应量；最终的电池模块能实现标准化，能够保证兼容方案二有利于电池组梯次利用的简单模块化，容量上占优势，生产方式上简单易行，人工 成本低廉；但由于电池组本身的结构形状限制，对占地的要求较高四、总结本文介绍了锂电池梯次利用的背景、应用价值，及需要防范的问题，在今后电动汽车逐渐 普及，梯次锂电池供应将越发充足，相信梯次锂电池的应用能够使通信设施的建设朝着更加高 效低耗的方向发展锂离子电池工作电压高、无污染、自放电小，即使电池容量衰减至初始容量的50%,仍然 有很高的剩余价值通信用磷酸铁锂电池应用相比传统的铅酸蓄电池更能体现“节能”、“节 材”、“节地”等节能减排工作的需求。