梯次电池在通信基站储能系统的应用价值

2021-01-12张文伟

数字通信世界 2021年7期

张文伟

（山西通信通达微波技术有限公司，山西太原 030012）

0 引言

近年来，我国能源汽车产业发展快速，对于电梯梯次利用具有了较高的要求。根据相关研究可以了解到，我国动力电池在退役数量方面具有较快的增长，动力电池梯次利用增长加快，对于很多汽车上退役下的电池来说，虽然无法对汽车驾驶需求进行满足，但依然具有70%左右的初始容量比重。与此同时，我国具有多个建成的通信基站，每年存量电池以及基站新建当中对于电池都具有较高的需求量，由此可以了解到，梯次电池在基站储能系统当中的应用前景十分广泛。

1 应用背景

目前，国内外在梯次电池技术研究方面发展快速，对于梯次电池的利用成本进行了深入的研究与评估。如有美国国家实验室即对梯次电池应用成本进行分析，做好对应经济分析模型的构建。美国电力科学研究院对铅酸、镍氢、锂离子及锂聚合物电池在电力系统、通信基站应用前景进行了对比，同时对梯次电池使用当中在电池成本降低影响与储能方面的价值进行了分析。我国专业人员也在该方面进行了深入的研究，通过电源转换系统的应用中，以基站储能需求对交流三相40.50Hz以及直流48V电压供电模式进行输出，较好的满足了基站蓄能系统运行需求。中国公司也在通信基站梯次电池规模化应用方面进行了研究，对于梯次电池产业在我国标准化、专业化以及规模化发展起到了积极的带动作用。

2 具体应用

2.1 光伏上塔系统

在通信基站当中，光伏电池组建是上塔系统发电当中的核心元件，在阳光照射在电池组件上之后，则将在内部形成电压，将太阳能实现对电能的转换。光伏组件在具体应用当中，能够有效的将太阳能实现对电能的转换，对光电转换目标进行实现，同时，通过一体化控制其的应用，能够将电源实现对48V直流电的转换，在保证能够为基站负载供电的情况下，起到蓄电池充电的效果。

通过光伏上塔系统梯次电池的使用，则能够在白天充电、夜间放电，在不对其他电源连接的情况下，也能够使基站以连续的方式运行，使基站能够以此获得好的备用电源，在对电能消耗量有效节约的基础上，对基站运行成本进行有效的控制。在具体应用当中，梯次电池也是通信基站系统当中的主要电能来源，而辅助应用太阳能系统。在日常运行当中，应用梯次电池为基站运行提供电力能源，而在晴朗天气当中，则将应用上塔系统进行对基站的供电，同时能够为梯次电池进行充电。在阴天与夜间，当上塔系统不能够正常供电时，则将自动启动梯次电池进行供电，以此保证基站在运行当中具有稳定、持续的特点。

2.2 5G微基站

在5G时代发展的情况下，入网设备不断增加，同时，其对于运行速率具有较高的要求，需要在具体工作当中对较多数量的微基站进行设置，以此才能够对5G发展需求进行满足，可以说，5G微站也因此成为了现阶段企业发展当中的主要趋势，对于基站的运行效率、质量也具有了更高的要求。在具体应用基础设施产品时，需要能够满足微基站、网络的发展应用需求，通信电源方面，需要保证具有良好的性能品质，以此才能够满足应用需求。对于5G微站来说，具有较广的分布范围，也因此使电力系统在分布方面存在一定的不足，在该情况下，部分5G微站通过储能系统的应用为基站运行提供电能，通过梯次电池的应用即能够对该方面需求进行满足。近年来，相关公司已经完成了5G微基站电源的创新与研发，以新推出的电池建设一体化电源，通过该电池在5G微站当中的应用，无论是在功率密度、适应性还是灵活性方面都具有好的表现，能够有效的满足微基站、5G发展趋势的应用特点[1]。

3 应用价值

3.1 技术分析

同铅酸电池相比，梯次电池在高温性能、循环寿命与能量密度等方面优势明显，在各项指标方面都具有优势：第一，标准循环寿命方面，铅酸电池为200次，梯次电池为400/800/1500/2000次；第二，能量密度，铅酸电池为30至35Wh/kg，梯次电池为90至120Wh/kg；第三，工作温度，铅酸电池在5至30℃之间，梯次电池在-20至55℃之间；第四，成本方面，铅酸电池为0.4元/Wh，梯次电池为0.65/0.75/0.83/0.9元/Wh；第五，性价比。在将铅酸电池设为1的情况下，梯次电池为1.23/2.13/3.6/4.4/；第六，适用场景。梯次电池适合应用在多种市电工况下，包括有削峰填谷与新能源方面。

由此可以了解到，梯次电池在技术层面，能够对不同类型工况下的备电需求进行满足，能够对铅酸电池进行全面的替代，且不同循环寿命电池也能够在不同应用场景当中具有较好的应用[2]。

3.2 经济分析

在一、二类市电工况下：第一，设备负荷，两者都为2000W，备电时长都为3h；第二，电池容量。铅酸电池为226Ah，梯次电池为150Ah；第三，电池单价。铅酸电池为0.6元/Wh，梯次电池为0.65/Wh；第四，电池残值。铅酸电池为0.2/Wh，梯次电池为0；第五，安装费。铅酸电池为0.5万元，梯次电池为0.25万元；第六，循环寿命。铅酸电池为200次，梯次电池为400次。由此可以了解到，铅酸电池每年的成本约为0.2万元，梯次电池为0.14万元。

在三、四类市电工况下：第一，设备负荷，两者都为3000W，备电时长都为3h；第二，电池容量。铅酸电池为1500Ah，梯次电池为1150Ah；第三，电池单价。铅酸电池为00.6元/Wh，梯次电池为0.75/Wh；第四，电池残值。铅酸电池为0.2/Wh，梯次电池为0；第五，安装费。铅酸电池为0.5万元，梯次电池为0.25万元；第六，循环寿命。铅酸电池为200次，梯次电池为800次。由此可以了解到，铅酸电池每年的成本约为0.26万元，梯次电池为0.16万元。

4 技术方案

就目前来说，通信基站在利用动力电池时，主要的方案有：

4.1 方案一

集中拆解退役动力电池，做好状态评估、余能检测、集中拆解以及集成标准化模块等工作，以此对电池模块梯次利用的一致性与安全性进行提升，使其能够满足再利用标准要求。就目前来说，一种倾向是对48V电压等级标准化摩阻进行使用，该类模组在通信基站动力电池梯次应用方面具有较好的优势。

具体应用方面：第一，电池直连-48V母线供电系统。在基站新建或者改造时，在使用状态相同梯次模块/电池包应用为储能后备一体时，可以对电池直连母线方式进行使用；第二，电池包应用共用管理器母线。对于现有站的扩容，以及对具有较大性能差异梯次模块/电池包进行改造时，则可以使用电池通用管理器的方式将其余母线进行直接连接。

4.2 方案二

在该方案当中，直接改造使用退役动力电池，对具有不同状态，不是48V额定电压的梯次模块/电池包进行使用。在应用双向AC/DC、DC/DC的方式连接交流与直流母线应用为备用电源。

5 发展展望

同传统铅酸电池相比，梯次电池在循环性能、性价比与能量密度等方面具有更好的表现，适合应用在通信基站储能备电当中。点多面广基站资源的存在，也为梯次电池的规模化应用带来了优势，可以说，通信基站是梯次电池具体应用当中的最佳场景。而为了能够在通信基站储能工作当中更好的做好梯次电池的应用，以此实现经济、社会效益的有效提升，则可以在未来工作当中做好以下工作：第一，明确基站运营商作为退役动力电池回收、利用、再制造的主要主体；第二，政府部门要积极牵头，由基站运营商统一建立动力电池的管理平台，以此实现对动力电池的群生命周期管理；第三，政府部门在牵头的将初上，由基站运营商在我国建立起统一的电池数据实时监测平台，以此对我国不同阶段运行数据与电池运行状态等进行准确的掌握，以此对动力电池梯次利用、再制造成本进行有效的降低；第四，国家层面，需要能够积极推进梯次电池相关技术的应用标准化，对于梯次电池的检测、分类、拆解、二次成组与贮存运输当中的相关技术，需要能够做好统一技术标准的建立，以此对梯次利用的效率水平进行提升；第五，对于基站运营商梯次电池再制造、回收、再生利用相关项目，需要能够在改造资金、厂房土地等方面给予政策支持。