通信行业磷酸铁锂电池的新时代发展

潘军浩

（中兴通讯股份有限公司上海研发中心，上海 201203）

0 引 言

近年来，5G网络在全球快速部署，随着5G网络基站的建设，带来了通信领域新的能源尤其是储能的需求。传统铅酸电池存在能量密度低、体积大、重量重、循环寿命短以及短时放电功率下降等不足，管理和运维方式已经无法满足5G网络发展的需求。随着5G网络的大规模建设，锂电池凭借其优良的性能替代铅酸电池已成为必然趋势[1]。

1 磷酸铁锂电池在通信领域的发展

铅酸电池和磷酸铁锂电池各项指标对比如表1所示。

表1 铅酸电池与磷酸铁锂电池的对比

通常铅酸电池的循环次数在600次左右，而目前磷酸铁锂电池的循环次数在2 000～3 500次。此外，铅酸电池的寿命一般在2～3年，而磷酸电池的寿命则可以达到3～5年甚至更久[2]。

目前通信用的48 V直流铁锂电池容量主要有25 Ah、50 Ah、75 Ah、100 Ah以及150 Ah等。随着电池技术及工艺的发展，具有高能量密度、大容量、小尺寸等特性的电池越来越受到客户的青睐。其中容量为100 Ah、150 Ah的电池由于体积、容量、价格等方面的优势，逐渐成为主流型号，有效满足了客户5G网络建设的需要。目前市场上通信用铁锂电池的主要形态有安装在柜子中防水防尘等级为P40的磷酸铁锂电池和防水防尘等级为IP66的铁锂电池。主流磷酸铁锂电池技术规格如表2所示。

表2 主流磷酸铁锂电池技术规格

结合通信市场的需求，目前通信用铁锂电池的关键功能主要有与现有铅酸电池混用、与铁锂电池并联进行大容量储能、电网峰谷调峰削峰以及远端电源升压等[3]。传统的铅酸电池作为环境监控量的一部分，只能向网管系统上报一些电池电压等基础信息，无法满足用户对能源基础设施运营节能降耗且降低成本的要求。铁锂电池通过在电池外壳中嵌入电池管理系统（Battery Management System，BMS），可以设置及上报更多的电池参数数据。传统的基站设备厂商者都开发了各自的能源网管系统，如中兴的iEnergy、华为的Manage、NetEco以及诺基亚的NetAct，利用人工智能和数据分析的技术，为运营商降低运营成本提供数据支撑，同时最大限度地提升站点可用性。能源管理系统设计的主要内容包括整网概览、现场监控管理、报警管理、能源管理、报表管理、配置管理、安全管理、维护支持以及网络运营管理等[4]。在实践中，机柜测试项目包括系统启动测试、直流输出电压试验、报警和报警记录测试。电池测试项目包括蓄电池开路电压测量、蓄电池启动试验、获取电池信息测试、蓄电池充电试验、蓄电池放电试验、放电后蓄电池充电、电池指示器测试以及日志导出测试。电源系统控制与监控单元（Control & Supervision Unit，CSU）测试项目包括柴油发电机自动运行、停止切换、远程登录、远程控制、远程监控以及参数设置的测试。

2 磷酸铁锂电池在通信领域的市场发展

2.1 通信铁锂电池的主要客户群体与应用场景

通信铁锂电池的主要客户群体包括公共无线网络电信运营商、铁塔运营商（提供站点的能源设施）以及私有无线网络（如公共安全领域或者铁路领域的无线专网）运营商等。磷酸铁锂离子电池在通信行业的应用场景较多，目前常见的有室外基站、空间受限的室内宏基站、室外一体化基站、射频（Radio Frequency，RF）拉远站、直流供电的室内覆盖/分布式源站、微型太阳能光伏储能基站以及数据中心机房等[5]。

2.2 通信铁锂电池市场推广面对的问题

海外的无线基站主要由方舱站点或者室外机柜站点构成，通常包括电源分配单元、整流器、控制器、监控单元以及逆变器等，由基站厂商打包在无线网络项目里独家提供。在第三方厂商机柜中进行安装部署或者需要与第三方厂商的能源管理系统进行对接的场景中，需要充分考虑空间、支架、线缆、空开容量、整流器容量、机柜散热以及与能源管理系统的对接等问题。对于铁锂电池的入网测试，需要投入相关样品设备和人力资源进行现场技术验证，相关工作往往持续半年到一年，难点是在第三方厂商机柜中安装部署电池时需要额外定制电池控制单元（Battery Control Unit，BCU）来采集电池数据及环境监控量数据。此外，需要验证的内容包括能源管理系统之间的事件消息交互、电源子系统（市电、油机、光伏、逆变器、锂电池以及铅酸电池等）之间的切换控制、电池充电及放电系数的设置、实际充电与放电的电压及电流等。

同样容量的铁锂电池价格一般为铅酸电池的2～3倍，初期投入成本较高。由于铁锂电池具有易燃性、腐蚀性等特点，因此只能采用海运、陆运的方式，无法采用空运的方式。在运输时与其他物品的隔离有相应的规范要求，运输时间相对较长。受多种因素的影响，海运成本大幅升高，海外铁锂电池的市场推广受到了一定程度的影响。在铁锂电池替换铅酸电池的实践中，通常的问题包括BMS故障、电池寿命不及市场宣传的预期等，主要通过在现场进行整块铁锂电池的更换或者更换电池包、BMS模块等方式进行维修，之后再通过BMS管理软件、能源管理系统进行相关的状态检测。铅酸蓄电池回收工艺成熟，回收流程简单，具备一定的经济性。但磷酸铁锂电池组中除锂、铜回收价值较高外，其整体电池回收尚不具备经济性，回收技术门槛高、回收流程复杂且回收工艺也不成熟。

2.3 通信铁锂电池海外推广

首先，通信设备厂商通过整机原始设备制造商（Original Equipment Manufacturer，OEM）贴牌加工进行销售；其次，通信设备厂商通过设计壳体及BMS，集成电池厂商的电芯，将产品销售给运营商；再次，通信设备厂商自研电源管理系统，加强在电芯方面的研究开发，在国内尝试自行投资建设锂电池生产线；最后，通信设备厂商在海外建设电池仓储中转基地及维修中心，开设海外锂电池生产线。

2.4 市场发展趋势

从容量方面来看，储能产品从小型便携式锂电池逐渐发展到机架式储能电池、小型离网储能电池组以及削峰填谷锂电池储能集装箱等。随着新能源的广泛应用，大型光伏储能、大型电网储能、大型分布式光伏储能以及基站侧交直流叠光方案不断优化完善，同时市场上也逐渐涌现出非步入式储能系统、步入式储能系统等储能方案。

3 结 论

目前，磷酸锂电池已经在全球通信市场得到广泛应用，产品的稳定性与可靠性均得到了市场的有效认可。铅酸锂电化、锂电智能化是通信行业储能发展的重要趋势，未来应当以此为重心高效开展锂电池升级迭代工作，从而实现可持续发展。