王曉平, 趙黎明

（1 北京中通?？萍加邢薰?，北京 100080；2 中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司，北京100080）

近年來，隨著移動通信業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，移動網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，基站數(shù)量也隨之增加，以中國移動為例，截止2010年底全網(wǎng)基站數(shù)量已超50萬，每年基站總耗電量將超90億度電，基站用電支出相當(dāng)可觀，因此減少基站用電、降低電費(fèi)開支是運(yùn)營商近期的主要工作之一。

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，基站耗電量中空調(diào)用電所占比重較大，可通過減少空調(diào)工作時間來降低其耗電，而其工作時間與機(jī)房溫度設(shè)置直接關(guān)聯(lián)。在實施節(jié)能減排措施之前，移動基站機(jī)房室內(nèi)控制溫度為28℃，一般情況下，當(dāng)室溫升至30℃時空調(diào)壓縮機(jī)啟動，回落到26℃時停止工作。根據(jù)節(jié)能減排的要求，在一定條件下可將基站機(jī)房的溫度調(diào)高至30℃以上，部分機(jī)房還可調(diào)至35℃，溫度調(diào)高后，可減少空調(diào)的啟動、運(yùn)行時間，有效降低基站機(jī)房用電量。

目前基站大多采用AGM（吸收式玻璃纖維棉隔板）密封閥控鉛酸蓄電池作為后備電源，而AGM鉛酸蓄電池具有溫度折損特性，當(dāng)環(huán)境溫度超過25℃后，環(huán)境溫度每升高8℃，電池壽命將折損一半，因此將基站環(huán)境溫度提高至35℃后，如何選擇AGM密封閥控鉛酸蓄電池的替代品，是目前關(guān)注的焦點(diǎn)問題。

作為能夠耐受高溫的蓄電池產(chǎn)品，鐵鋰電池和純鉛電池是近年出現(xiàn)的適應(yīng)節(jié)能減排的熱點(diǎn)產(chǎn)品，另外在室外站已廣泛應(yīng)用的前置端子電池也有耐高溫的特性，本文將對這幾種電池的性能進(jìn)行分析比較，并提出在節(jié)能型基站的使用方案。

1 3種電池的基本特性

1.1 鐵鋰電池

磷酸鐵鋰電池是指正極材料為磷酸鐵鋰，負(fù)極材料為石墨，采用液體電解質(zhì)的鋰離子電池。磷酸鐵鋰電池工作電壓為3.2V，充電工作溫度范圍為0℃～45℃，放電工作溫度范圍為-20℃～60℃。-20℃放電時，鐵鋰電池容量為標(biāo)稱容量的50%。與AGM電池相比，磷酸鐵鋰電池具有25℃循環(huán)壽命1000次、耐高溫、電池容量受放電率影響小、體積小、重量輕、無污染等優(yōu)點(diǎn)。實驗數(shù)據(jù)表明，磷酸鐵鋰電池做同樣條件的循環(huán)壽命測試時，在+45℃環(huán)境溫度下循環(huán)次數(shù)是+25℃環(huán)境溫度下的一半。這說明鐵鋰電池在高溫下仍具有較好的循環(huán)壽命。鐵鋰電池的容量一般為200Ah和300Ah，恒電流放電數(shù)據(jù)如表1所示。

1.2 純鉛電池

純鉛電池是采用純鉛作為板柵的密封閥控式鉛酸蓄電池。純鉛薄板電池的極板可薄至0.7～1mm，而傳統(tǒng)電池的板柵一般厚度在2～5mm。純鉛電池工作電壓為12V，工作溫度范圍為-40℃～+45℃（采用金屬外殼后可耐+80℃）。-20℃放電時，純鉛電池容量為標(biāo)稱容量的65%。與AGM電池相比，純鉛電池具有體積小、重量輕、自放電小、25℃循環(huán)壽命400次，抗濫用能力強(qiáng)等特點(diǎn)。純鉛電池的環(huán)境溫度超過25℃后，每升高8℃，電池壽命將折損一半。純鉛電池的容量一般為62Ah、68Ah和95Ah，恒電流放電數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 鐵鋰電池恒電流放電數(shù)據(jù)表

表2 純鉛電池恒電流放電數(shù)據(jù)表

1.3 前置端子電池

前置端子電池是目前廣泛在室外站使用的密封閥控式鉛酸蓄電池，分為II類工況和III類工況兩種。III類前置端子電池用于市電供電類別為4類（見YD/T 1051-2000相關(guān)定義）或者無市電的基站，可在無空調(diào)機(jī)房、室外或地埋等惡劣情況下使用，極端溫度變化范圍低于0℃，高于35℃。Ⅲ類前置端子電池工作電壓為12V，電池工作溫度：－20℃～+45℃。-20℃放電時，前置端子電池容量為標(biāo)稱容量的55%。前置端子電池的外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，符合19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架的裝機(jī)需求，接線方便，便于維護(hù)，25℃循環(huán)壽命150次。但前置端子電池的環(huán)境溫度超過25℃后，每升高8℃，電池壽命將折損一半。III類前置端子電池的容量一般為100Ah、150Ah、200Ah。恒電流放電數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 III類前置端子電池恒電流放電數(shù)據(jù)表

2 基站應(yīng)用分析

2.1 性能及投資比較

為便于計算和比較，選取通信負(fù)荷50A/48V，放電時間為3h的典型宏基站，對鐵鋰電池、純鉛電池和III類前置端子電池的相關(guān)性能及投資比較，本節(jié)將從以下幾個方面進(jìn)行分析。

2.1.1 電池壽命

從上節(jié)所述3種電池的基本特性來看，均能耐受+45℃的高溫，可應(yīng)用在35℃節(jié)能型基站。但鐵鋰電池循環(huán)壽命1000次，純鉛電池循環(huán)壽命400次，III類前置端子電池循環(huán)壽命150次，說明鐵鋰電池循環(huán)壽命遠(yuǎn)優(yōu)于其它兩種電池。且鐵鋰電池隨著溫度的升高，壽命受影響較小，而純鉛電池和前置端子電池則隨著溫度的升高，電池壽命將會縮短。鐵鋰電池應(yīng)用于35℃的節(jié)能型基站具有更大的優(yōu)勢。

2.1.2 電池配置需求及投資

暫不考慮環(huán)境溫度對電池容量的影響，按滿足前述典型宏基站的用電需求來計算，根據(jù)前述文中電池的放電性能，3種電池的配置需求如表4所示。

表4 電池配置需求

可看出，相同耗電需求下，鐵鋰電池只需一組，而另外兩種電池需要兩組。根據(jù)目前的市場價格，1組48V/200Ah鐵鋰電池價格約2.5萬元，2組48V/90Ah純鉛電池價格約1.6萬元，2組48V/100Ah III類前置端子電池價格約0.6萬元，滿足相同耗電需求時，鐵鋰電池的投資相對較大。

2.1.3 對機(jī)房面積及承重要求

3種蓄電池組的占地面積及承重要求如表5所示。

在滿足相同耗電需求的情況下，1組48V/200Ah鐵鋰電池組、2組48V/90Ah純鉛電池組和2組48V/100Ah III類前置端子電池組在同樣的安裝方式下，三者占地面積的比值是0.69:1:1，三者重量的比值是0.48:1:1，鐵鋰電池均最小，因此使用鐵鋰電池可以有效降低機(jī)房面積的占用和對承重的要求，減少配套設(shè)施的投資。

表5 機(jī)房環(huán)境要求

表6 3種電池綜合比較表

2.1.4 低溫特性

根據(jù)調(diào)查，當(dāng)環(huán)境溫度為-20℃放電時，鐵鋰電池、純鉛電池和III類前置端子電池的容量分別為標(biāo)稱容量的50%、65%和55%?？煽闯?，鐵鋰電池的低溫特性略低于其它兩類電池。且鐵鋰電池低溫充電的性能差，必須加熱至0℃以上方可進(jìn)行充電。

2.2 比較結(jié)論

綜合前節(jié)比較內(nèi)容，匯總?cè)绫?所示。

由分析可知，鐵鋰電池在容量、壽命、機(jī)房環(huán)境要求等方面均有優(yōu)勢，雖然存在建設(shè)投資大的缺點(diǎn)，但由于它具有更長的循環(huán)壽命，可降低電池更換的成本，從長期角度，投資可以得到保護(hù)。對于低溫環(huán)境下，鐵鋰電池容量下降較快的情況，當(dāng)其應(yīng)用于室內(nèi)站時，機(jī)房出現(xiàn)低溫的概率很低，該因素的影響可不考慮。

根據(jù)比較結(jié)果，本文建議節(jié)能型基站（以35℃高溫為主要運(yùn)行條件的室內(nèi)站）配置蓄電池組時，應(yīng)采用鐵鋰電池。

此外，從其它兩種電池的比較來看，純鉛電池的特性相對III類前置端子電池有優(yōu)勢，對于耐受室外自然條件為主要運(yùn)行情況的室外站，建議采用純鉛電池或采用有加熱手段的鐵鋰電池。

3 結(jié)束語

節(jié)能減排是近幾年運(yùn)營商的重點(diǎn)工作之一，在數(shù)量龐大的基站上實施節(jié)能措施，是降低能源消耗、壓縮成本的有效手段。其中升高基站機(jī)房工作溫度，減少空調(diào)耗電，是一種有效的節(jié)能措施，但該措施的實施將給目前基站常用的電池壽命帶來影響，本文對可替代現(xiàn)有AGM密封閥控鉛酸蓄電池的3種電池進(jìn)行多方面分析比較后，建議在節(jié)能型室內(nèi)站采用鐵鋰電池，在室外站優(yōu)先采用純鉛電池。

需要注意的是，雖然目前國內(nèi)鐵鋰電池的生產(chǎn)廠家較多，但只有少數(shù)廠家能夠進(jìn)行批量生產(chǎn)，且鐵鋰電池產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)方案仍在不斷改進(jìn)；對于純鉛電池，它的薄極板特性決定了板式純鉛電池的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝均需具有較高的自動化水平，目前僅有國外少數(shù)廠家生產(chǎn)，并擁有相關(guān)生產(chǎn)專利。此外，在節(jié)能減排的需求下，電動車輛、國家電網(wǎng)、移動通信等行業(yè)都正在對磷酸鐵鋰電池進(jìn)行研究和使用，因此后續(xù)有必要繼續(xù)跟蹤蓄電池的研發(fā)進(jìn)展，以選擇性價比更優(yōu)的產(chǎn)品，在滿足基站機(jī)房需求的同時，更好地適應(yīng)節(jié)能減排的要求。