多方案创新推动梯级电池在通信基站的应用

李 坦，胡振华

（中国铁塔股份有限公司安徽省分公司，安徽 合肥 230088）

0 引 言

习近平总书记强调，发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必经之路。李克强总理指出，提升自主创新能力和水平，落实和完善扶持政策，优化配套环境，创新商业模式，扩大先进实用的节能技术与新能源汽车市场应用。马凯副总理多次调研并主持召开新能源汽车产业发展专题会议。我国2009-2012年新能源汽车共推广1.7万辆，装配动力蓄电池约1.2 GW·h；2017年底，累计推广新能源汽车180多万辆，装配动力蓄电池约86.9 GW·h；2020年预计累计将超过20万吨蓄电池，如果按70%梯级利用计算，每年约有6万吨电池需要报废处理。

动力蓄电池若处置不当，随意丢弃，会给环境带来影响、安全隐患及资源浪费。2018年2月26日，工业和信息化部、科技部、环境保护部、交通运输部、商务部、质检总局及能源局，联合发布了《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》。2018年3月2日，工业和信息化部、科技部、环境保护部、交通运输部、商务部、质检总局及能源局，联合发布了关于组织开展新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知，部署了《新能源汽车动力蓄电池回收利用试点实施方案》。动力蓄电池回收利用有利于保护环境和社会安全，加快绿色发展，建设生态文明和美丽中国。

中国铁塔通信基站总量接近200万座，通信基站有备电需求，而梯次电池的性能优于传统基站的铅酸电池。通信基站储能电池需求量巨大，新能源的合理利用和削峰填谷的使用均离不开储能。中国铁塔公司积极响应国家号召，合理利用梯次电池，核心是品种繁杂的梯次电池在各类通信基站的合理应用。实现梯次电池在通信基站的合理应用，将带来巨大的社会效益和经济效益。

1 利用多路梯次电池管理器实现铅酸和梯次电池的共用方案

1.1 技术内容描述

动力磷酸铁锂电池小模组经筛选和检测重组为额定电压51.2 V的标准电池模组。不同容量和性能的51.2 V梯级电池组和48 V铅酸电池组，通过电池共用管理器实现并联共用。

每组梯级电池模组均配备BMU模块，用于检测该组电池中16串单体电芯的电压及温度数据，并通过CAN/RS485通信将数据上传至电池共用管理器。当监测到梯级电池单体电芯过压、欠压和过温，电池组过压、欠压及过流时，立即对该组电池组进行分断保护。

电池共用管理器可单独设定每组电池的均浮充电压，并根据各组电池容量均衡分配充放电电流，保持各组电池同步、均衡放电和抑制环流。当锂电池、铅酸电池共用时，默认锂电池优先放电，也可人为选择优先放电电池组的顺序，实现不同类型电池共用时的优势互补。电池共用管理器通过RS485通信口，将梯级电池、铅酸电池的运行及故障信息统一上传至FSU（如图1所示），实现运维监控平台的统一监控和管理。

1.2 主要技术创新点

构建梯级电池综合管理系统，将梯级电池内置BMS的“专用”模式整合为多组梯次电池管理器的“共用”模式，通过共享BMS，使成本更低，节约投资，实现对基站能源系统的一站式综合管理。

将BMS的分断保护和管理功能移到合路器，只保留BMU的单体电压检测和温度检测功能，减少了BMS内置的串联开关，去掉了一个故障点，提高了系统的安全性和可靠性。

电池共用管理器集中管理多组梯次电池，不但解决了未来梯次电池扩容问题，而且还解决了目前FSU端口数量有限，无法满足梯级电池接入问题。

实现了不同规格、不同容量的梯级电池组并联共用，实现了梯级电池组与铅酸电池组的共用。

安全性进一步提高，通过多路电池并联配置，将集中故障分散为局部故障，降低了电池整体的故障概率，提高了通信的安全性。

图1 铅酸和梯次电池共用方案原理

1.3 应用情况

安徽省铁塔分公司开展了梯次电池模组项目的首次应用，项目地点位于安徽省公司大楼九楼移动基站。

在基站原有1组500 Ah铅酸电池的基础上，增加4组额定电压为51.2 V，容量分别为115 Ah、130 Ah、145 Ah、160 Ah的梯次电池组。1组铅酸电池和4组不同容量的梯次电池通过多路电池共用管理器实现并联共用，运行数据和状态通过RS485通信口上传到FSU，目前设备运行稳定。

安徽省铁塔公司已完成采购多路电池管理器11 120个端口，共计3 080套，应用于电池扩容的更新改造及新建梯次电池项目。

2 大模组级梯级电池拆解重组利用方案

2.1 技术内容描述

退役公交车动力电池模组，经拆解、筛选、检测出性能相一致的电芯。铁塔代维公司直接运输到基站，利用梯级电池管理器直接使用，根据机房或机柜空间进行现场拼装配组，连接各电芯电极。完成配组后，电池组额定电压为51.2 V，并将电池组的输出、各电芯电压测量线及电池温度测量线连接至梯次电池管理设备。

梯级电池管理设备安装、接线方便，实现对梯级电池单体电压、电池组电压、温度及充放电电流进行相应管理和保护。梯次电池管理设备功率输出接口将电池组的输出连接至开关电源母排，通信接口将梯次电池的运行状态和告警信息上传至FSU，实现运维监控平台的统一监控和管理（如图2所示）。

2.2 主要技术创新点

符合通信基站要求的梯次电池管理设备，节约了投资。

根据机房、机柜空间任意摆放梯次电池，安装方便、应用灵活且节省空间，同时降低了对梯次电池安装空间的要求。

铁塔公司主导了整个梯次电池利用的全流程。

2.3 应用情况

中国铁塔公司安徽省分公司组织代表，对合肥市第18路公交车第一批电动汽车退役的电池模组进行拆解、检测，经检测该批梯次电池单组电芯剩余容量约为300 Ah，筛选重组为51.2 V/300 Ah电池模组，安装到合肥市金桂路室外站。根据室外柜空间，现场自行拼装、接线，并安装上针对基站应用的梯次电池管理器，确保了自行筛选、拼装的梯次电池稳定可靠运行，验证了铁塔主导整个梯级电池利用全流程的可行性。

图2 大模组梯级电池拆解重组利用原理

3 整PACK直接利用方案

如果实现动力小汽车退役的整PACK直接利用，将大大降低梯次电池回收利用的成本。大PACK直接应用方案，解决了梯次电池二次加工的问题，提高了梯次电池的利用效率，降低了梯次应用成本。

3.1 技术内容描述

对电动汽车上直接退役下来的完整高压PACK电池进行性能和容量测试。当性能和容量满足基站使用需求时，对高压PACK内部接触器的分断逻辑和BMS中电池保护逻辑稍作修改，以适应基站备用电源工况。高压PACK梯次电池通过高压PACK应用变换电源设备直接柔性接入到基站-48 V直流电源系统中，为基站通信设备提供备用电源。

高压PACK转换电源在市电正常时将市电转换为高压直流电，为梯次电池进行充电。当市电停电后，可将高压PACK梯次电池的高压直流电转换为-48 V直流电，为通信负载供电（如图3所示）。

利用高压Pack梯次电池容量大、循环充放电次数多的特点，对电价进行削峰填谷，提升了能源管理水平，实现了节电盈利，降本增效。

图3 大PACK梯级电池直接利用方案原理

3.2 主要技术创新点

全国首创的汽车高压PACK直接平滑利旧，是真正意义上的完全梯次电池利旧方案，具有里程碑的意义，对铁塔未来梯次电池利用模式具有重要的参考和借鉴价值。

动力电池梯级利用效率大大提高，使用成本进一步降低。

充电、放电电路分离设计，减少了开关电源用于充电的整流模块数量，提高了通信供电整流模块的利用率和安全性。

3.3 应用情况

中国铁塔股份有限公司安徽省分公司调查了多家电动汽车动力电池供应商，了解到当前退役的动力电池主要以完整PACK和不完全拆解的模组为主。因此，公司组织电池厂和相关厂商进行技术研讨，确定了高压PACK直接梯级利用方案。铁塔自主组织将高压PACK梯级电池安装到合肥市枫林路基站，并配备上高压PACK转换电源，用于对高压PACK梯级电池进行充放电管理。目前，所有设备运行稳定。

本次应用的高压PACK梯级电池为安徽江淮iEV5纯电动汽车上直接退役的电池，额定电压331 V，原始容量86 Ah，储能达到29 kW·h。经检测，各单体电芯性能完好，电池剩余容量超过80%。完整的高压PACK动力电池直接平滑梯次利用，通过削峰填谷避开电力高峰期用电，利用峰谷电价差在电价低时进行电池蓄电，降低了电力高峰期电网负荷，助力了社会发展。

4 结 论

目前，三种技术方案基本实现了退役动力电池在基站应用的方向，验证了梯次电池在通信基站应用的可行性。中国铁塔公司联合电池厂商、电源设备厂商及代维公司等，打造了动力电池的回收、再制造及梯次利用的完整产业链，充分挖掘了动力电池的剩余价值，不仅满足了基站备电需求，还形成了完整的绿色制造产业与循环经济。

多方案的技术方案实现了梯次电池在铁塔基站中的安全、有效梯次利用，是节能环保、新能源等国家战略新兴产业发展的重大创新，是动力电池回收利用的典范，是利国利民的重大举措。它实现了技术可行与成本管控两大关键点，为通信基站有效运营保驾护航。

梯级电池的合理应用降低了动力蓄电池对土壤、水质等造成的环境污染，在节能减排、控制土壤污染防治和控制大气污染方面具有深远意义，是节能环保、新兴产业发展的重大创新，是利国利企的好事。