通信行業(yè)動力鋰離子電池的梯次應(yīng)用

錢幫芬，周壽斌，朱明海

（1.創(chuàng)同（揚州）信息工程有限公司，江蘇 揚州 225600；2.江蘇華富儲能新技術(shù)股份有限公司，江蘇 揚州 225600；3.華富（江蘇）鋰電新技術(shù)有限公司，江蘇 揚州 225600）

0 引 言

能耗雙控的時代背景下，新能源技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。尤其是如今的新能源汽車行業(yè)最受矚目，電動汽車、油電混合動力汽車產(chǎn)業(yè)的擴張帶動了動力鋰離子電池的生產(chǎn)與廣泛應(yīng)用[1]。但是鋰電池也存在著壽命到期及后續(xù)回收處理的相關(guān)問題。新能源汽車的動力鋰電池容量隨著使用年限和頻次的增加而逐漸下降，直到有一天鋰電池不足以供應(yīng)電動新能源汽車的續(xù)航里程要求時就需要對其進行更換淘汰。就目前新能源汽車在我國汽車生產(chǎn)、銷售的市場占有量來看，在數(shù)年后將會有大批量的退役鋰電池面臨著處置難題。經(jīng)過實踐研究發(fā)現(xiàn)，從電動汽車上淘汰的動力鋰電池能夠滿足通信基站所需要的備電儲能系統(tǒng)對蓄電池的標(biāo)準(zhǔn)要求，因此研究新能源汽車退役鋰電池在通信行業(yè)的梯次利用問題具有非常重要的現(xiàn)實意義[2]。這將是解決退役電池處理難題、提高鋰電池資源利用率的重要途徑。

1 鋰電池的梯次利用現(xiàn)狀分析

我國注重能源的回收利用與環(huán)境保護，各地政府、國家電網(wǎng)電力單位與企業(yè),及相關(guān)行業(yè)公司陸續(xù)開展了對鋰電池的梯次應(yīng)用相關(guān)研究并取得了一定的成果[3]。如國網(wǎng)北京公司進行的“電動汽車動力鋰電池梯次利用技術(shù)研究與示范”項目研究，該項目主要致力于將退運電池梯次利用與直流快充站相結(jié)合并且配以千瓦級儲能系統(tǒng)，穩(wěn)定電壓節(jié)點等技術(shù)與設(shè)備來提高充電站的工作效率、縮減項目成本進而提升綜合運營收益。我國鋰電池在通信領(lǐng)域的梯次應(yīng)用也已經(jīng)有所嘗試，在2015年時由中國鐵塔股份有限公司開展了動力鋰離子電池梯次利用備電儲能研究，主要進行通信基站鋰電池回收再利用的實踐，并應(yīng)用鋰電池來替換傳統(tǒng)的鉛酸電池[4]。傳統(tǒng)的鉛酸電池非常笨重，使用非常不便且鉛酸電池的使用壽命也相對較短，在更換鋰離子電池后得到一定程度的改善。

雖然我國已經(jīng)逐步開展了鋰電池的梯次利用的嘗試和研究，但從總體上來看，我國鋰電池體系利用尚未形成完整的運行體系，還需要一定時間來進行實踐探索。本文就鋰電池在通信行業(yè)應(yīng)用的可行性及相關(guān)要求進行分析。

2 鋰離子電池在通信行業(yè)梯次利用的可行性分析

正常環(huán)境下使用的鋰電池其性能的變化、結(jié)構(gòu)的老化并不會特別的劇烈。如果鋰離子電池在正常使用的過程中（未受到嚴(yán)重的外部沖擊、碰撞、穿刺、浸水等等；未經(jīng)過劇烈的充放電過程以及并未長期在超過合理使用溫度閾值的環(huán)境下使用）發(fā)生了容量陡降即容量跳水的現(xiàn)象，大概率是因為鋰離子電池其本身的設(shè)計和生產(chǎn)的問題，如在鋰離子電池生產(chǎn)的過程未能精確進行生產(chǎn)環(huán)境條件的控制，生產(chǎn)過程引入了多余的水分、雜質(zhì)等[5]。一般情況下大部分的鋰離子電池都具備梯次利用的條件，鋰離子電池本身質(zhì)量不達標(biāo)或者在使用過程發(fā)生了損壞的情況是少數(shù)的。小概率事件并不影響鋰離子電池在通信行業(yè)梯次利用的可行性[6]。

3 鋰電池在通信行業(yè)的應(yīng)用要求

我國通信行業(yè)的備用電源主要以鉛酸電池、磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池和鈦酸鋰電池為主，不同構(gòu)造材質(zhì)的電池各有優(yōu)勢特點。主要根據(jù)使用的環(huán)境和場景進行選擇，不同材質(zhì)的電池在不同領(lǐng)域的應(yīng)用也有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。針對通信領(lǐng)域的備電電池而言，主要從電池的容量特性、安全性能、電磁兼容性、BMS要求、機械安全性、電器電子安全性和環(huán)境安全性等方面綜合考量并且還應(yīng)兼顧電池運行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和使用壽命[7]。

在溫度特性方面，鋰電池能夠耐受從0到55的閾值范圍。經(jīng)研究表明，鋰電池能夠在這個溫度范圍內(nèi)正常、穩(wěn)定的進行工作。在安全性能方面，鋰電池具備儲電電池所應(yīng)具備的過充電性能、阻燃、絕緣、深度放電、抗穿刺、抗擠壓性能特點。絕緣強度完全能夠滿足鋰電池在通信領(lǐng)域作為備電、供電設(shè)備的要求[8]。從電池的電磁兼容性方面考慮，鋰離子電池的防靜電放電干擾性能、傳導(dǎo)騷擾限值、輻射騷擾限值、浪涌抗擾性能參數(shù)指標(biāo)也都更優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸電池。而通信行業(yè)對備電電池在BMS方面的指標(biāo)要求則是應(yīng)具備BMS開啟狀態(tài)電池靜置耗能來節(jié)約能源；應(yīng)具備充電總電壓高保護及恢復(fù)功能和放電總電壓低報警功能來保障電池充電過程的安全性；應(yīng)具備單體電池電壓低保護和高保護及恢復(fù)功能以及過溫保護、低溫保護恢復(fù)功能，從而確保電池在工作運行過程中能夠應(yīng)對不同電壓狀況和環(huán)境條件并保持穩(wěn)定運轉(zhuǎn)[9]。除此之外，在電池設(shè)備適配性方面的三遙要求、通訊接口、存儲功能、電壓精度、電流精度、容量精度、溫度精度參數(shù)也是不可忽視的、重要指標(biāo)的一部分。

上述在通信領(lǐng)域?qū)潆?、供電電池所提出的參?shù)要求，鋰離子電池和動力鋰離子電池均表現(xiàn)出了高度的適配性。充分證明了鋰電池在倍率放電、高低溫充放電、安全性能、性能一致性、電氣保護性能、BMS控制策略等方面的優(yōu)越性。由此可見，鋰離子電池在通信領(lǐng)域的梯次利用是非?？尚械牟⑶沂鞘謨?yōu)越的。不僅僅能夠應(yīng)用鋰離子電池來替換傳統(tǒng)的鉛酸電池，彌補通信行業(yè)中鉛酸電池在電磁兼容性和BMS要求方面的短板且極大提升了動力鋰離子電池的資源利用率，通過梯次應(yīng)用的方式為國家能源節(jié)約、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略助力。積極響應(yīng)國家對新能源技術(shù)發(fā)展與推廣的響應(yīng)政策，在保障能耗雙控、節(jié)能減排的前提下進一步提高資源利用率。為廣大新能源汽車動力鋰離子電池的再回收、再利用問題提供解決方案，為新能源技術(shù)的進一步發(fā)展和推廣排除后顧之憂。

4 鋰離子電池在通信行業(yè)的梯次應(yīng)用措施分析

4.1 動力鋰電池的回收與篩選

動力鋰離子電池進行梯次利用之前，對其進行批量回收與篩選工作是非常必要的。因為每組鋰離子電池的使用情況和損耗情況都不盡相同，不同鋰電池之間往往在性能衰減方面并不具有一致性。為了避免損耗嚴(yán)重甚至故障頻發(fā)的劣質(zhì)電池影響了在通信行業(yè)的梯次利用品質(zhì)，需要按照容量、內(nèi)阻、自放電率、荷電狀態(tài)參數(shù)進行嚴(yán)格的分類篩選。通過初步品質(zhì)篩選后，還需要再進一步進行分類成組。為了保障梯次利用的鋰電池組能夠穩(wěn)定、安全為通信設(shè)備進行備電、供電，應(yīng)當(dāng)按照統(tǒng)一的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來核查同一電池組中的全部鋰電池。此外，還應(yīng)當(dāng)確保成組中最低單體參數(shù)在參數(shù)允許范圍之內(nèi)，最終實現(xiàn)梯級利用電池組性能的高效發(fā)揮。

企業(yè)可以通過測試篩選或者大數(shù)據(jù)分選等方式對所回收的動力鋰離子電池進行針對性的篩選。就鋰電池的外觀完好情況、靜態(tài)開路電壓狀況、內(nèi)阻及自放電率狀態(tài)等等參數(shù)進行篩選。通過大數(shù)據(jù)信息技術(shù)能夠在動力鋰電池在新能源汽車上的使用狀況、電池電壓、SOC等指標(biāo)進行監(jiān)控和分析。企業(yè)可以利用大數(shù)據(jù)相關(guān)平臺來進行輔助篩選，淘汰掉發(fā)生故障或性能嚴(yán)重下降的動力鋰離子電池。及時發(fā)現(xiàn)單體電池在新能源汽車上運行過程的異常參數(shù)和維修記錄[10]。然后可以根據(jù)鋰電池在通信設(shè)備上梯次利用的標(biāo)準(zhǔn)要求及分類分組進行分選。應(yīng)用信息大數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行篩選能夠顯著簡化鋰離子電池的篩選過程，大數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控、記錄功能為鋰電池的再利用節(jié)省時間成本和人工成本。

4.2 鋰離子電池的重組與檢測

從新能源汽車回收的鋰離子電池并不能單純的應(yīng)用于通信行業(yè)，需要通過拆分與重組的方式組裝成新的電池組。因此，動力鋰離子電池的梯次利用過程中需要考量每個單電池的質(zhì)量狀況，在確認(rèn)其電池容量、荷電狀態(tài)及內(nèi)阻等指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)后才能夠?qū)⑺麄兇?lián)起來供通信設(shè)備備電使用。對于其中參數(shù)發(fā)生偏離、外觀狀態(tài)異?；蚴怯杏涗洶l(fā)生過較為嚴(yán)重故障的電池要篩選剔除，從而確保重組電池組的整體性能和安全性。

完成動力鋰電池的拆分重組工作后，還應(yīng)當(dāng)及時對其進行電池組質(zhì)量驗收檢測。因為本身通信行業(yè)的設(shè)備數(shù)目就很龐大，并且設(shè)備運行過程對環(huán)境條件、電壓電流的穩(wěn)定性要求較高。不僅如此，梯次利用的鋰電池組正式投入通信領(lǐng)域的應(yīng)用時往往需要進行長時間不間斷的工作，運行過程也不會有工作人員專職看守。所以在重組電池投入使用之前對其進行供電功能、充電功能、安全性能等方面的檢測是必不可少的，比如容量測試、BMS監(jiān)測功能測試、BMS保護功能測試。只有經(jīng)過系統(tǒng)檢測的梯次利用電池組才能夠正式應(yīng)用于通信設(shè)備的備電、供電。

4.3 鋰電池梯次利用的局限性分析

目前我國的新能源汽車整體還處于新型階段，新能源技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，動力電池的故障率顯著降低并且使用壽命往往都在5～8年甚至更長。因此目前動力鋰離子電池梯次應(yīng)用的主要局限性是退役動力鋰電池數(shù)量相對較少。不過隨著新能源汽車市場的龐大占有量和未來我國新能源技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，退役鋰離子電池數(shù)目將會變得十分龐大。成熟的電池技術(shù)也為鋰電池的回收再利用提供了保障。

其次，鋰電池在通信行業(yè)的梯次利用還存在著成本方面的局限性。鋰電池整體數(shù)目少，回收利用較為不便。企業(yè)難以形成規(guī)模化，動力鋰電池梯次利用成本偏高。再加上需要對回收的鋰電池進行篩選、拆解、重組和相關(guān)性能的測試，加大運行成本的支出。新能源汽車生產(chǎn)廠家聚焦于動力電池的設(shè)計與應(yīng)用，并未將其退役后梯次利用的相關(guān)問題加以考量[11]。這就使得在技術(shù)方面給動力鋰離子電池的梯次利用加大了難度，如動力鋰電池之間多為鎳條激光焊接連接，退役后電池想要進行拆除、分選和成組工作量會增加。

5 結(jié) 論

總的來說，將退役后的動力鋰離子電池梯次應(yīng)用于通信行業(yè)是可行的，同時也是十分具有現(xiàn)實意義的。鋰電池的諸多優(yōu)點能夠在通信領(lǐng)域得到再一次的展現(xiàn)，這不僅提升了我國的資源利用率同時也是響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的號召，為助力新能源技術(shù)的發(fā)展而做出的貢獻。雖然目前還存在著成本和鋰電池數(shù)量上的局限性，不過這些問題隨著新能源動力汽車在大眾市場的推廣與認(rèn)可將會得到解決。