节能基站电池使用探讨

王晓平, 赵黎明

（1 北京中通海科技有限公司，北京 100080；2 中国移动通信集团设计院有限公司，北京100080）

近年来，随着移动通信业务的快速发展，移动网络规模不断扩大，基站数量也随之增加，以中国移动为例，截止2010年底全网基站数量已超50万，每年基站总耗电量将超90亿度电，基站用电支出相当可观，因此减少基站用电、降低电费开支是运营商近期的主要工作之一。

根据统计数据，基站耗电量中空调用电所占比重较大，可通过减少空调工作时间来降低其耗电，而其工作时间与机房温度设置直接关联。在实施节能减排措施之前，移动基站机房室内控制温度为28℃，一般情况下，当室温升至30℃时空调压缩机启动，回落到26℃时停止工作。根据节能减排的要求，在一定条件下可将基站机房的温度调高至30℃以上，部分机房还可调至35℃，温度调高后，可减少空调的启动、运行时间，有效降低基站机房用电量。

目前基站大多采用AGM（吸收式玻璃纤维棉隔板）密封阀控铅酸蓄电池作为后备电源，而AGM铅酸蓄电池具有温度折损特性，当环境温度超过25℃后，环境温度每升高8℃，电池寿命将折损一半，因此将基站环境温度提高至35℃后，如何选择AGM密封阀控铅酸蓄电池的替代品，是目前关注的焦点问题。

作为能够耐受高温的蓄电池产品，铁锂电池和纯铅电池是近年出现的适应节能减排的热点产品，另外在室外站已广泛应用的前置端子电池也有耐高温的特性，本文将对这几种电池的性能进行分析比较，并提出在节能型基站的使用方案。

1 3种电池的基本特性

1.1 铁锂电池

磷酸铁锂电池是指正极材料为磷酸铁锂，负极材料为石墨，采用液体电解质的锂离子电池。磷酸铁锂电池工作电压为3.2V，充电工作温度范围为0℃～45℃，放电工作温度范围为-20℃～60℃。-20℃放电时，铁锂电池容量为标称容量的50%。与AGM电池相比，磷酸铁锂电池具有25℃循环寿命1000次、耐高温、电池容量受放电率影响小、体积小、重量轻、无污染等优点。实验数据表明，磷酸铁锂电池做同样条件的循环寿命测试时，在+45℃环境温度下循环次数是+25℃环境温度下的一半。这说明铁锂电池在高温下仍具有较好的循环寿命。铁锂电池的容量一般为200Ah和300Ah，恒电流放电数据如表1所示。

1.2 纯铅电池

纯铅电池是采用纯铅作为板栅的密封阀控式铅酸蓄电池。纯铅薄板电池的极板可薄至0.7～1mm，而传统电池的板栅一般厚度在2～5mm。纯铅电池工作电压为12V，工作温度范围为-40℃～+45℃（采用金属外壳后可耐+80℃）。-20℃放电时，纯铅电池容量为标称容量的65%。与AGM电池相比，纯铅电池具有体积小、重量轻、自放电小、25℃循环寿命400次，抗滥用能力强等特点。纯铅电池的环境温度超过25℃后，每升高8℃，电池寿命将折损一半。纯铅电池的容量一般为62Ah、68Ah和95Ah，恒电流放电数据如表2所示。

表1 铁锂电池恒电流放电数据表

表2 纯铅电池恒电流放电数据表

1.3 前置端子电池

前置端子电池是目前广泛在室外站使用的密封阀控式铅酸蓄电池，分为II类工况和III类工况两种。III类前置端子电池用于市电供电类别为4类（见YD/T 1051-2000相关定义）或者无市电的基站，可在无空调机房、室外或地埋等恶劣情况下使用，极端温度变化范围低于0℃，高于35℃。Ⅲ类前置端子电池工作电压为12V，电池工作温度：－20℃～+45℃。-20℃放电时，前置端子电池容量为标称容量的55%。前置端子电池的外形尺寸标准化，符合19英寸标准机架的装机需求，接线方便，便于维护，25℃循环寿命150次。但前置端子电池的环境温度超过25℃后，每升高8℃，电池寿命将折损一半。III类前置端子电池的容量一般为100Ah、150Ah、200Ah。恒电流放电数据如表3所示。

表3 III类前置端子电池恒电流放电数据表

2 基站应用分析

2.1 性能及投资比较

为便于计算和比较，选取通信负荷50A/48V，放电时间为3h的典型宏基站，对铁锂电池、纯铅电池和III类前置端子电池的相关性能及投资比较，本节将从以下几个方面进行分析。

2.1.1 电池寿命

从上节所述3种电池的基本特性来看，均能耐受+45℃的高温，可应用在35℃节能型基站。但铁锂电池循环寿命1000次，纯铅电池循环寿命400次，III类前置端子电池循环寿命150次，说明铁锂电池循环寿命远优于其它两种电池。且铁锂电池随着温度的升高，寿命受影响较小，而纯铅电池和前置端子电池则随着温度的升高，电池寿命将会缩短。铁锂电池应用于35℃的节能型基站具有更大的优势。

2.1.2 电池配置需求及投资

暂不考虑环境温度对电池容量的影响，按满足前述典型宏基站的用电需求来计算，根据前述文中电池的放电性能，3种电池的配置需求如表4所示。

表4 电池配置需求

可看出，相同耗电需求下，铁锂电池只需一组，而另外两种电池需要两组。根据目前的市场价格，1组48V/200Ah铁锂电池价格约2.5万元，2组48V/90Ah纯铅电池价格约1.6万元，2组48V/100Ah III类前置端子电池价格约0.6万元，满足相同耗电需求时，铁锂电池的投资相对较大。

2.1.3 对机房面积及承重要求

3种蓄电池组的占地面积及承重要求如表5所示。

在满足相同耗电需求的情况下，1组48V/200Ah铁锂电池组、2组48V/90Ah纯铅电池组和2组48V/100Ah III类前置端子电池组在同样的安装方式下，三者占地面积的比值是0.69:1:1，三者重量的比值是0.48:1:1，铁锂电池均最小，因此使用铁锂电池可以有效降低机房面积的占用和对承重的要求，减少配套设施的投资。

表5 机房环境要求

表6 3种电池综合比较表

2.1.4 低温特性

根据调查，当环境温度为-20℃放电时，铁锂电池、纯铅电池和III类前置端子电池的容量分别为标称容量的50%、65%和55%。可看出，铁锂电池的低温特性略低于其它两类电池。且铁锂电池低温充电的性能差，必须加热至0℃以上方可进行充电。

2.2 比较结论

综合前节比较内容，汇总如表6所示。

由分析可知，铁锂电池在容量、寿命、机房环境要求等方面均有优势，虽然存在建设投资大的缺点，但由于它具有更长的循环寿命，可降低电池更换的成本，从长期角度，投资可以得到保护。对于低温环境下，铁锂电池容量下降较快的情况，当其应用于室内站时，机房出现低温的概率很低，该因素的影响可不考虑。

根据比较结果，本文建议节能型基站（以35℃高温为主要运行条件的室内站）配置蓄电池组时，应采用铁锂电池。

此外，从其它两种电池的比较来看，纯铅电池的特性相对III类前置端子电池有优势，对于耐受室外自然条件为主要运行情况的室外站，建议采用纯铅电池或采用有加热手段的铁锂电池。

3 结束语

节能减排是近几年运营商的重点工作之一，在数量庞大的基站上实施节能措施，是降低能源消耗、压缩成本的有效手段。其中升高基站机房工作温度，减少空调耗电，是一种有效的节能措施，但该措施的实施将给目前基站常用的电池寿命带来影响，本文对可替代现有AGM密封阀控铅酸蓄电池的3种电池进行多方面分析比较后，建议在节能型室内站采用铁锂电池，在室外站优先采用纯铅电池。

需要注意的是，虽然目前国内铁锂电池的生产厂家较多，但只有少数厂家能够进行批量生产，且铁锂电池产品生产技术方案仍在不断改进；对于纯铅电池，它的薄极板特性决定了板式纯铅电池的生产设备、生产工艺均需具有较高的自动化水平，目前仅有国外少数厂家生产，并拥有相关生产专利。此外，在节能减排的需求下，电动车辆、国家电网、移动通信等行业都正在对磷酸铁锂电池进行研究和使用，因此后续有必要继续跟踪蓄电池的研发进展，以选择性价比更优的产品，在满足基站机房需求的同时，更好地适应节能减排的要求。