铁锂电池在通信基站中的梯次利用实践

2018-02-25崔林

电子技术与软件工程 2018年12期

关键词：梯次电芯动力电池

崔林

摘要随着新能源汽车的快速发展，即将有大批的动力电池老化替换，本文主要讨论磷酸铁锂电池作为动力电池在基站中梯次应用实践，对技术、经济可行性做出了讨论，并给出了部分梯次利用的实践经验。

【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。我国目前己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3 0KW/lMWh梯次利用锰酸锂电池储能系统和25 0KW/lMWh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lOOKWh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。

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。