磷酸鐵鋰電池組在鐵塔基站的實際應(yīng)用
針對鋰電池組的特性,在基站直流開關(guān)電源應(yīng)用設(shè)置時,只須把浮充電壓和均充電壓調(diào)整到鋰電池組所需要的充電電壓即可,(同時必須在通信設(shè)備直流供電電壓范圍內(nèi))因為鋰電池組即便是長期處于充電狀態(tài)下,由于自身的BMS保護功能,電池性能是不會發(fā)生改變的。
例如:某基站后備電池組,采用48V-300Ah梯次磷酸鐵鋰電池組,每組電池由16個3.2V/100Ah的單體電池串聯(lián)組成,其中300Ah的電池是由3組100Ah的電池組并聯(lián)組成的,每個電池組有一個BMS控制系統(tǒng),如圖10所示。
在安裝電池組對電池組進行了補充充電后,將電池組分別進行了0.33C10在線測試放電情況。測試場景如圖11所示。一組300Ah電池組容量測試曲線如圖12所示。
用智能電池組放電儀測試后,在線并入直流供電系統(tǒng)中。此時開關(guān)電源充電壓設(shè)置為56.8V,充電電流限制為每組30A。
梯次磷酸鐵鋰電池配置要求
1 梯級電池模組按照標稱容量可分為15、25、30、50、100、130、150、200Ah等容量系列。標稱容量應(yīng)為退役鋰電池成組后容量;
2 梯級電池規(guī)格系列按照安裝方式可分為嵌入式、落地架式和落地箱式三種,容量在50Ah及以下的梯級電池,以嵌入式為主;
3 容量要求:梯級電池在不同工作溫度條件下應(yīng)滿足表3所示的容量要求;
4 梯級電池電芯要求:梯級電池所使用的單體電芯容量需達到電芯初始標稱容量的70%;
5 輸出電壓范圍:梯級電池應(yīng)采用16串方式,電池組額定電壓為51.2V,工作電壓范圍41.6V～60.0V;
6 環(huán)境要求:梯級電池組應(yīng)在無腐蝕性、爆炸性和破壞絕緣的氣體及導電塵埃環(huán)境下正常工作。工作溫度范圍:-5～45℃;注:-5℃以下應(yīng)采取加熱、保溫措施。相對濕度范圍:≤95%(45℃±2℃),大氣壓力范圍:70kPa～106kPa;
7 使用壽命:在環(huán)境溫度為25℃±2℃條件下,電池組80%DOD0.33C3循環(huán)壽命應(yīng)不少于表4所列工況下的次數(shù)要求。
在環(huán)境溫度25℃±2℃的條件下,磷酸鐵鋰電池組在備電工況下的壽命應(yīng)不小于6年。
梯次磷酸鐵鋰電池的功能要求
休眠功能
梯級電池應(yīng)具有休眠功能,在運輸、貯存或離線狀態(tài)下,電池組BMS應(yīng)處于徹底斷開狀態(tài);當電池組由在線狀態(tài)(即電池組輸出端正負極、通信接口與外界連通的狀態(tài))轉(zhuǎn)入離線狀態(tài)(即電池組輸出端正負極、通信接口與外界斷開的狀態(tài))時,BMS應(yīng)具有甄別功能,根據(jù)電力及電池組狀況自動進入休眠。當電池組由離線狀態(tài)(即電池組輸出端正負極、通信接口與外界斷開的狀態(tài))轉(zhuǎn)入在線狀態(tài)(即電池組輸出端正負極、通信接口與外界連通的狀態(tài))時,BMS應(yīng)能判別并自動激活,且根據(jù)電力及電池組狀況調(diào)整工作狀態(tài)。
電加熱功能
當梯級電池用于-5℃及以下的場景時,應(yīng)配置直流電加熱裝置(需根據(jù)實際情況進行控制調(diào)整溫度),電池組應(yīng)有專門的散熱設(shè)計,以保證加熱均勻使得設(shè)備正常工作。
充電限流管理功能
梯級電池應(yīng)具有自主限流充電功能,保證工作范圍內(nèi)的電壓輸入時,電池組能夠正常充電。充電限流值應(yīng)設(shè)定在0.1C3(A)～0.2C3(A)之間,默認值為0.2C3(A)。
充電總電壓過高保護
梯級電池應(yīng)具有充電總電壓過高保護功能,當充電到總電壓告警點時告警,到保護點時保護,作用于切斷,當總電壓下降到恢復點時恢復充電。
放電總電壓過低保護
梯級電池應(yīng)具有放電總電壓過低保護功能。當放電到總電壓低告警點時應(yīng)切斷放電電路并告警,一段時間后電池組應(yīng)進入休眠模式。
放電單體電壓過低保護
梯級電池應(yīng)具有放電時單體電池電壓過低保護功能,放電到單體電壓告警點時告警,到保護點時保護,作用于切斷,一段時間后電池應(yīng)進入休眠模式。
放電過流管理
梯級電池應(yīng)具有根據(jù)用戶的需要設(shè)置的輸出過流保護功能,保護期間應(yīng)切斷電路并告警。
電池高溫保護功能
梯級電池自身應(yīng)具有電池高溫保護功能,當電池溫度達到告警點時告警;到保護點時保護,作用于切斷;溫度回落到一定值后自動恢復。
電池低溫保護功能
梯級電池自身應(yīng)具有電池低溫保護功能,當電池溫度達到告警點時告警;到保護點時保護,作用于切斷;溫度回升到一定值后自動恢復。
電池組荷電狀態(tài)(SOC)計算
梯級電池應(yīng)具備動態(tài)荷電量計算功能,計算值與電池實際電量的誤差應(yīng)不大于5%。
輸出短路保護
梯級電池輸出端正負極發(fā)生直接短路時,應(yīng)在瞬間自動切斷電路并告警,BMS和電芯應(yīng)不損壞(包括不打火、變形、漏液、冒煙、起火或爆炸);故障排除后,應(yīng)能手動或自動恢復工作。
梯級電池監(jiān)控技術(shù)要求
遙測量
可進行電池組/電池電壓、荷電狀態(tài)(SOC)、電池組充電/放電電流、循環(huán)次數(shù)(放電超過標稱容量80%為1次循環(huán))、環(huán)境溫度/電池組溫度、電池組內(nèi)阻(可選)的遙測監(jiān)控以及歷史數(shù)據(jù)查詢、故障日志查詢等功能。
遙信量
可采集梯級電池的充電/放電狀態(tài)、電池組過充/過流告警、電池組放電欠壓/過流告警、單體充電過壓告警(可選)、單體放電欠壓告警(可選)、電池組極性反接告警、環(huán)境/電池組/PCBA板高溫告警(可選)、環(huán)境低溫告警、電池組容量過低告警、電池組溫度/電壓/電流傳感器失效告警、單體失效告警(可選)、電池組失效告警(可選)等遙信量指標。
遙控量
可進行告警聲音開/關(guān)、智能間歇充電方式、限流充電方式、充電開啟/關(guān)閉、放電開始/停止等遙控操作。
遙調(diào)量
梯級電池的BMS各種檢測項目的功能狀態(tài)及參數(shù)設(shè)置范圍應(yīng)包括表5所示的內(nèi)容。
梯次磷酸鐵鋰電池安裝和維護要求
1 電池組表面應(yīng)清潔,無明顯變形,無機械損傷,接口觸點無銹蝕;電池組表面應(yīng)有必需的產(chǎn)品標識,且標識清楚;電池組的正、負極端子及極性應(yīng)有明顯標記,接線方式應(yīng)為前出線方式,便于連接;電池組的電源接口、通訊(或告警)接口應(yīng)有明確標識;
2 梯級鋰電池組的19英寸標準機械電氣單元的容器外殼、安裝架或箱應(yīng)為金屬材質(zhì),且結(jié)構(gòu)上便于搬運;
3 安裝梯級電池為了便于調(diào)測以及后期維護,需將鐵鋰電池面板朝外,將梯級電池可靠固定到電池架上或一體化機柜內(nèi);
4 梯級電池布放梯級電池連接線,將電池線分別連接至電源柜內(nèi)保險銅排上口端子或蓄電池管理空開上,做好線纜的標簽標識;
5 布放電池監(jiān)控線,將鐵鋰電池組連接至FSU-RS485通信端;
6 鐵鋰電池梯級電池接入系統(tǒng),各類線纜連接完成之后,用萬用表對蓄電池的輸出電壓,進行檢測將檢測的數(shù)據(jù)做好記錄,調(diào)整開關(guān)電源輸出電壓至梯次電池當前電壓值;
7 調(diào)整開關(guān)電源參數(shù),各類線纜連接完成之后,用萬用表對蓄電池的輸出電壓進行檢測,將檢測的數(shù)據(jù)做好記錄;
8 梯次磷酸鐵鋰電池運行環(huán)境的要求:根據(jù)電池的環(huán)境要求,室溫溫度不宜超過55℃,避免陽光對電池直射,朝陽窗戶應(yīng)作遮陽處理,確保電池組之間預留足夠的維護空間;
9 梯次磷酸鐵鋰電池使用注意事項通過動環(huán)集中監(jiān)控系統(tǒng)與BMS實時的對電池組的總電壓、電流、單體電壓SOC、SOH、溫度進行監(jiān)測。同時,通過電池監(jiān)測裝置了解電池充放電曲線及性能,定期進行測量,發(fā)現(xiàn)故障及時處理;
10 梯次磷酸鐵鋰電池經(jīng)常檢查的項目:應(yīng)經(jīng)常檢查梯次磷酸鐵鋰電池模塊的極柱連接線(條)是否松動、是否有損傷、變形或腐蝕等現(xiàn)象;連接處有無松動、電池模組有無損傷、滲漏和變形、電池及連接處溫升是否異常;BMS數(shù)據(jù)線接觸情況;并對電池組的輸出保險溫度檢查和信號保險進行告警實驗。根據(jù)廠家提供的技術(shù)參數(shù)和現(xiàn)場環(huán)境條件,通過BMS系統(tǒng)檢查電池組總電壓及單體電壓是否滿足要求,檢測電池組間歇充電時的充電電流是否在要求的范圍內(nèi)。檢測開關(guān)電源、電池組的充電電壓和限流值的設(shè)置是否正確。檢測電池組的低壓告警、高壓告警、高溫告警等設(shè)置是否正確。
梯次磷酸鐵鋰電池組技術(shù)和經(jīng)濟論證
目前與應(yīng)用的鉛酸電池相比，電動汽車退役電池能量密度高、功率密度高、(體積小、重量輕)、溫度特性好、循環(huán)壽命長、自放電率低，這些優(yōu)異特性使其更適合于做鐵塔基站的備用電源，目前的梯次電池，其循環(huán)壽命可達800次以上，實力強的制造商，其電池循環(huán)壽命更長；隨著電動汽車的發(fā)展，到十三五末期和2020年以后，退役電池的循環(huán)壽命將普遍優(yōu)于1000次，質(zhì)量好的有望達到2000次。
目前根據(jù)當前市場情況,將循環(huán)壽命較低(只要400次以上即可,目前均能達到)的電池用于一、二、三、四類市電工況和高溫工況,循環(huán)壽命較高的電池用于新能源(800次以上)和削峰填谷(1200次以上)工況。
退役電池經(jīng)過再制造后應(yīng)用于基站后備電源的電池組,其成本構(gòu)成中包含了電芯采購、運輸、測試、篩選、重組等再制造過程。按照十三五規(guī)劃的指標,預計未來退役電池數(shù)量會大幅度增加,回收與再制造體系形成規(guī)模效應(yīng),成本有望進一步降低。
在報廢動力電池的處理方面,由于基站所采用的主要是商用車退役的磷酸鐵鋰電池,其主要材料價值不高,因此報廢磷酸鐵鋰電池殘值很低。但已經(jīng)有一些報廢電池處理廠家開始開展這項業(yè)務(wù),并有望免費回收報廢電池。
總之，梯次電池應(yīng)用應(yīng)遵循小模塊、低電壓、高冗余、小電流、非移動的原則使用，因此通信基站相比于其他場景更適合梯次電池應(yīng)用。梯次電池相比鉛酸電池在循環(huán)壽命、能量密度、高溫性能等方面具備一定優(yōu)勢，各項性能指標優(yōu)于鉛酸電池。梯次電池在技術(shù)上完全滿足現(xiàn)網(wǎng)各種工況備電需求，不同循環(huán)壽命梯次電池適用于不同應(yīng)用場景，經(jīng)濟上也具備一定優(yōu)勢。梯次電池應(yīng)用是節(jié)能環(huán)保、新能源等國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大創(chuàng)新，對于推動低碳經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟、循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義，既利國又利民。
文章來源：摘取武亞波:廊坊聯(lián)通電信綜合樓網(wǎng)絡(luò)維護與網(wǎng)優(yōu)中心電源主管,工程師,《UPS應(yīng)用》雜志編委。
