潘軍浩

（中興通訊股份有限公司上海研發(fā)中心，上海 201203）

0 引 言

近年來，5G網(wǎng)絡(luò)在全球快速部署，隨著5G網(wǎng)絡(luò)基站的建設(shè)，帶來了通信領(lǐng)域新的能源尤其是儲(chǔ)能的需求。傳統(tǒng)鉛酸電池存在能量密度低、體積大、重量重、循環(huán)壽命短以及短時(shí)放電功率下降等不足，管理和運(yùn)維方式已經(jīng)無法滿足5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，鋰電池憑借其優(yōu)良的性能替代鉛酸電池已成為必然趨勢(shì)[1]。

1 磷酸鐵鋰電池在通信領(lǐng)域的發(fā)展

鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

表1 鉛酸電池與磷酸鐵鋰電池的對(duì)比

通常鉛酸電池的循環(huán)次數(shù)在600次左右，而目前磷酸鐵鋰電池的循環(huán)次數(shù)在2 000～3 500次。此外，鉛酸電池的壽命一般在2～3年，而磷酸電池的壽命則可以達(dá)到3～5年甚至更久[2]。

目前通信用的48 V直流鐵鋰電池容量主要有25 Ah、50 Ah、75 Ah、100 Ah以及150 Ah等。隨著電池技術(shù)及工藝的發(fā)展，具有高能量密度、大容量、小尺寸等特性的電池越來越受到客戶的青睞。其中容量為100 Ah、150 Ah的電池由于體積、容量、價(jià)格等方面的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為主流型號(hào)，有效滿足了客戶5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要。目前市場(chǎng)上通信用鐵鋰電池的主要形態(tài)有安裝在柜子中防水防塵等級(jí)為P40的磷酸鐵鋰電池和防水防塵等級(jí)為IP66的鐵鋰電池。主流磷酸鐵鋰電池技術(shù)規(guī)格如表2所示。

表2 主流磷酸鐵鋰電池技術(shù)規(guī)格

結(jié)合通信市場(chǎng)的需求，目前通信用鐵鋰電池的關(guān)鍵功能主要有與現(xiàn)有鉛酸電池混用、與鐵鋰電池并聯(lián)進(jìn)行大容量?jī)?chǔ)能、電網(wǎng)峰谷調(diào)峰削峰以及遠(yuǎn)端電源升壓等[3]。傳統(tǒng)的鉛酸電池作為環(huán)境監(jiān)控量的一部分，只能向網(wǎng)管系統(tǒng)上報(bào)一些電池電壓等基礎(chǔ)信息，無法滿足用戶對(duì)能源基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)節(jié)能降耗且降低成本的要求。鐵鋰電池通過在電池外殼中嵌入電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS），可以設(shè)置及上報(bào)更多的電池參數(shù)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的基站設(shè)備廠商者都開發(fā)了各自的能源網(wǎng)管系統(tǒng)，如中興的iEnergy、華為的Manage、NetEco以及諾基亞的NetAct，利用人工智能和數(shù)據(jù)分析的技術(shù)，為運(yùn)營(yíng)商降低運(yùn)營(yíng)成本提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)最大限度地提升站點(diǎn)可用性。能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括整網(wǎng)概覽、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控管理、報(bào)警管理、能源管理、報(bào)表管理、配置管理、安全管理、維護(hù)支持以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)管理等[4]。在實(shí)踐中，機(jī)柜測(cè)試項(xiàng)目包括系統(tǒng)啟動(dòng)測(cè)試、直流輸出電壓試驗(yàn)、報(bào)警和報(bào)警記錄測(cè)試。電池測(cè)試項(xiàng)目包括蓄電池開路電壓測(cè)量、蓄電池啟動(dòng)試驗(yàn)、獲取電池信息測(cè)試、蓄電池充電試驗(yàn)、蓄電池放電試驗(yàn)、放電后蓄電池充電、電池指示器測(cè)試以及日志導(dǎo)出測(cè)試。電源系統(tǒng)控制與監(jiān)控單元（Control & Supervision Unit，CSU）測(cè)試項(xiàng)目包括柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)運(yùn)行、停止切換、遠(yuǎn)程登錄、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及參數(shù)設(shè)置的測(cè)試。

2 磷酸鐵鋰電池在通信領(lǐng)域的市場(chǎng)發(fā)展

2.1 通信鐵鋰電池的主要客戶群體與應(yīng)用場(chǎng)景

通信鐵鋰電池的主要客戶群體包括公共無線網(wǎng)絡(luò)電信運(yùn)營(yíng)商、鐵塔運(yùn)營(yíng)商（提供站點(diǎn)的能源設(shè)施）以及私有無線網(wǎng)絡(luò)（如公共安全領(lǐng)域或者鐵路領(lǐng)域的無線專網(wǎng)）運(yùn)營(yíng)商等。磷酸鐵鋰離子電池在通信行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景較多，目前常見的有室外基站、空間受限的室內(nèi)宏基站、室外一體化基站、射頻（Radio Frequency，RF）拉遠(yuǎn)站、直流供電的室內(nèi)覆蓋/分布式源站、微型太陽能光伏儲(chǔ)能基站以及數(shù)據(jù)中心機(jī)房等[5]。

2.2 通信鐵鋰電池市場(chǎng)推廣面對(duì)的問題

海外的無線基站主要由方艙站點(diǎn)或者室外機(jī)柜站點(diǎn)構(gòu)成，通常包括電源分配單元、整流器、控制器、監(jiān)控單元以及逆變器等，由基站廠商打包在無線網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目里獨(dú)家提供。在第三方廠商機(jī)柜中進(jìn)行安裝部署或者需要與第三方廠商的能源管理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接的場(chǎng)景中，需要充分考慮空間、支架、線纜、空開容量、整流器容量、機(jī)柜散熱以及與能源管理系統(tǒng)的對(duì)接等問題。對(duì)于鐵鋰電池的入網(wǎng)測(cè)試，需要投入相關(guān)樣品設(shè)備和人力資源進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)驗(yàn)證，相關(guān)工作往往持續(xù)半年到一年，難點(diǎn)是在第三方廠商機(jī)柜中安裝部署電池時(shí)需要額外定制電池控制單元（Battery Control Unit，BCU）來采集電池?cái)?shù)據(jù)及環(huán)境監(jiān)控量數(shù)據(jù)。此外，需要驗(yàn)證的內(nèi)容包括能源管理系統(tǒng)之間的事件消息交互、電源子系統(tǒng)（市電、油機(jī)、光伏、逆變器、鋰電池以及鉛酸電池等）之間的切換控制、電池充電及放電系數(shù)的設(shè)置、實(shí)際充電與放電的電壓及電流等。

同樣容量的鐵鋰電池價(jià)格一般為鉛酸電池的2～3倍，初期投入成本較高。由于鐵鋰電池具有易燃性、腐蝕性等特點(diǎn)，因此只能采用海運(yùn)、陸運(yùn)的方式，無法采用空運(yùn)的方式。在運(yùn)輸時(shí)與其他物品的隔離有相應(yīng)的規(guī)范要求，運(yùn)輸時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。受多種因素的影響，海運(yùn)成本大幅升高，海外鐵鋰電池的市場(chǎng)推廣受到了一定程度的影響。在鐵鋰電池替換鉛酸電池的實(shí)踐中，通常的問題包括BMS故障、電池壽命不及市場(chǎng)宣傳的預(yù)期等，主要通過在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整塊鐵鋰電池的更換或者更換電池包、BMS模塊等方式進(jìn)行維修，之后再通過BMS管理軟件、能源管理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的狀態(tài)檢測(cè)。鉛酸蓄電池回收工藝成熟，回收流程簡(jiǎn)單，具備一定的經(jīng)濟(jì)性。但磷酸鐵鋰電池組中除鋰、銅回收價(jià)值較高外，其整體電池回收尚不具備經(jīng)濟(jì)性，回收技術(shù)門檻高、回收流程復(fù)雜且回收工藝也不成熟。

2.3 通信鐵鋰電池海外推廣

首先，通信設(shè)備廠商通過整機(jī)原始設(shè)備制造商（Original Equipment Manufacturer，OEM）貼牌加工進(jìn)行銷售；其次，通信設(shè)備廠商通過設(shè)計(jì)殼體及BMS，集成電池廠商的電芯，將產(chǎn)品銷售給運(yùn)營(yíng)商；再次，通信設(shè)備廠商自研電源管理系統(tǒng)，加強(qiáng)在電芯方面的研究開發(fā)，在國內(nèi)嘗試自行投資建設(shè)鋰電池生產(chǎn)線；最后，通信設(shè)備廠商在海外建設(shè)電池倉儲(chǔ)中轉(zhuǎn)基地及維修中心，開設(shè)海外鋰電池生產(chǎn)線。

2.4 市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

從容量方面來看，儲(chǔ)能產(chǎn)品從小型便攜式鋰電池逐漸發(fā)展到機(jī)架式儲(chǔ)能電池、小型離網(wǎng)儲(chǔ)能電池組以及削峰填谷鋰電池儲(chǔ)能集裝箱等。隨著新能源的廣泛應(yīng)用，大型光伏儲(chǔ)能、大型電網(wǎng)儲(chǔ)能、大型分布式光伏儲(chǔ)能以及基站側(cè)交直流疊光方案不斷優(yōu)化完善，同時(shí)市場(chǎng)上也逐漸涌現(xiàn)出非步入式儲(chǔ)能系統(tǒng)、步入式儲(chǔ)能系統(tǒng)等儲(chǔ)能方案。

3 結(jié) 論

目前，磷酸鋰電池已經(jīng)在全球通信市場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品的穩(wěn)定性與可靠性均得到了市場(chǎng)的有效認(rèn)可。鉛酸鋰電化、鋰電智能化是通信行業(yè)儲(chǔ)能發(fā)展的重要趨勢(shì)，未來應(yīng)當(dāng)以此為重心高效開展鋰電池升級(jí)迭代工作，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。