劉文德，朱瑞波，吳俊華

（華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，杭州 310000）

1 引言

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電池的梯次利用迫在眉睫。從電動汽車上退役下來的電池，雖然已經(jīng)不滿足電動汽車較高的使用要求，但仍保有初始容量70%-80%的剩余容量，對能量密度要求不高的通信基站儲能領(lǐng)域完全可梯次利用。中國現(xiàn)有通信基站 200 多萬個，目前每年存量電池的更換和新建基站需要25Gwh的電池，根據(jù)業(yè)界測算，相當于 2020 年全國實際可梯次利用的電池總量的3倍多。因此，梯次電池在通信基站儲能領(lǐng)域有著巨大的應用潛力。

目前，國內(nèi)外已有多項關(guān)于對梯次電池利用成本進行了評估。例如；美國Sandia國家實驗室（SNL）的研究[1]分析了梯次電池應用成本，并構(gòu)建了相應的經(jīng)濟性分析模型。美國電力科學研究院（EPRI）的研究[2]對比了鉛酸、鎳氫、鋰離子及鋰聚合物電池在電力系統(tǒng)、通信基站、UPS電源等領(lǐng)域的應用前景。美國國家可再生能源實驗室的Neubauer等[3]闡述了梯次電池利用對降低電池成本的影響以及用于儲能方面的應用價值。許乃強，田智會[4]通過電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可根據(jù)通信基站儲能需求輸出直流48 V電壓、交流三相40OV/50Hz電壓兩種供電模式，極大地滿足了基站蓄能系統(tǒng)的需要。此外，中國鐵塔公司開始梯次電池在通信基站的規(guī)?；瘧?，同時也將進一步帶動梯次電池產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；?、標準化、專業(yè)化的發(fā)展；本文通過國內(nèi)外文獻梳理，結(jié)合國內(nèi)通信基站儲能系統(tǒng)的特點及運用規(guī)模，分析總結(jié)了不同場景類型下，通信基站動力電池梯次利用的技術(shù)方案及經(jīng)濟效益，并對今后的發(fā)展方向提出相關(guān)對策建議；

2 技術(shù)方案介紹

通信基站動力電池梯次利用的方案主要分為兩大類。

方案一：將退役動力電池進行集中拆解、余能檢測、狀態(tài)評估、匹配再集成標準化模塊，提高梯次利用電池模塊的安全性和一致性，達到再利用的標準。目前有一種傾向就是使用48V電壓等級的標準化模組。48V模組對于將動力電池梯次利用到通信基站有著非常大優(yōu)勢。

具體使用模式：

2.1 梯次電池包直連-48V母線供電系統(tǒng)

對于新建基站或存量基站改造，使用相同狀態(tài)的48V梯次電池包/模塊作為儲能后備一體時，可以采取電池直連母線的方式，見下圖：

2.2 48V電池包通過電池共用管理器接入-48V母線

對于存量站備電市電擴容，或?qū)⑿阅軤顟B(tài)差異比較大的48V梯次電池包/模塊應用于基站改造，可以采取通過電池共用管理器將電池接入直連母線的方式，見下圖：

圖1 48V梯次電池直連母線模式

圖2 不同狀態(tài)的48V電池模組接入48V母線

方案二：在退役動力電池基礎(chǔ)上直接改造使用，使用不同狀態(tài)的也不是48V額定電壓的梯次電池包/模塊，通過采取雙向DC/DC、AC/DC（PCS）變流器將電池包/模塊直連直流、交流母線作為備用電源[4]。

3 應用價值分析

3.1 梯次電池應用技術(shù)分析

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明顯優(yōu)勢，各項性能指標全面優(yōu)于鉛酸電池，詳見下表：

電池性能指標 鉛酸電池 梯次電池標稱循環(huán)壽命（次） 200 400 800 1500 2000能量密度（Wh/kg） 30～45 90～120工作溫度（℃） 5～30 -20～55成本（元/Wh） 0.4 0.65 0.75 0.83 0.9性價比（將鉛酸電池歸1，可比計算 1 1.23 2.13 3.61 4.44適用場景 一、二類市電工況三、四類市電工況 新能源、削峰填谷

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，可以全面替代鉛酸電池。不同循環(huán)壽命梯次電池適用于不同應用場景。

3.2 梯次電池應用經(jīng)濟分析

一、二類市電典型工況如下：

序號 參數(shù) 鉛酸電池 梯次電池 單位

1設(shè)備負荷 2000 W 2備電時長 3 小時3電池容量 226 150 Ah 4電池單價 0.6 0.65 元/Wh 5電池殘值 0.2 0 元/Wh 6安裝費 0.5 0.25 萬元7循環(huán)壽命 200 400 次8日歷壽命 5 8 年

年均成本=（設(shè)備費+安裝費-電池殘值）/電池使用壽命，根據(jù)測算結(jié)果，鉛酸電池年均成本0.20萬元，梯次電池年均成本0.14萬元，相比鉛酸電池年均成本節(jié)約28.1%。

三、四類市電典型工況如下：

序號 參數(shù) 鉛酸電池 梯次電池 單位1設(shè)備負荷 2000 W 2備電時長 3 小時3電池容量 1500 1150 Wh 4電池單價 0.6 0.75 元/Wh 5電池殘值 0.2 0 元/Wh 6安裝費 0.5 0.25 萬元7 標稱循環(huán)壽命 200 800 次8日歷壽命 5 8 年

年均成本=（設(shè)備費+安裝費-電池殘值）/電池使用壽命，根據(jù)測算結(jié)果，鉛酸電池年均成本0.26萬元，梯次電池年均成本0.16萬元，相比鉛酸電池年均成本節(jié)約38.3%。

3.3 結(jié)論

在一、二、三、四類市電工況中，梯次電池使用壽命明顯優(yōu)于鉛酸電池，年均使用成本大幅降低，用梯次電池代替鉛酸電池具有良好的經(jīng)濟效益；

4 總結(jié)與展望

本文結(jié)合國內(nèi)通信基站儲能系統(tǒng)的特點及運用規(guī)模，分析總結(jié)了不同場景類型下，通信基站動力電池梯次利用的技術(shù)方案及經(jīng)濟效益，梯次電池相比傳統(tǒng)鉛酸電池具備能量密度高、循環(huán)性能好、性價比優(yōu)的特性，更適合通信基站的儲能備電應用，同時點多面廣的通信基站資源具備規(guī)模化開展梯次電池應用的先天優(yōu)勢，因此通信基站是梯次電池的最佳應用場景之一。

為盡快推動梯次電池在通信基站儲能方面的規(guī)模化應用，最大程度地顯現(xiàn)其社會效應和經(jīng)濟效益，提出以下相關(guān)對策建議；。

（1）建議明確通信基站運營商作為退役動力電池的回收、再制造及梯次利用主體。

（2）建議由政府部門牽頭，通信基站運營商承建全國統(tǒng)一的動力電池溯源管理平臺，強制對動力電池進行全生命周期跟蹤管理。

（3）建議由政府部門牽頭，通信基站運營商承建全國統(tǒng)一的動力電池運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)測平臺，準確掌握電池狀態(tài)及各階段運行數(shù)據(jù)，降低退役動力電池再制造及梯次利用成本。

（4）建議國家層面進一步推動梯次電池技術(shù)標準化，針對梯次電池的拆解、檢測、分類、二次成組及貯存運輸中的關(guān)鍵技術(shù)建立統(tǒng)一的技術(shù)標準，提高梯次利用的作業(yè)效率。

（5）建議針對通信基站運營商梯次電池回收、再制造及廢舊電池再生利用項目，在廠房土地、改造資金等方面給予政策支持。

[1] CREADY E，LIPPERT J，PIHL J，et al.Technical and economic feasibility of applying used EV batteries in stationary applications[R].California：Sandia National laboratoriea，2003.

[2] Electical Power Research Institute.Market feasibility for nickel metal hydride and other advanced electric vehicle betteries in selected stationary applications[R].USA.EPRI，2014.

[3] NEUBAUER J，PESARAN A.The ability of battery second use strategies to impact plug-in electric vehicle prices and serve utility energy storage applications[J].J.Power Sources 2011，196（23）：1035 1-10358.

[4] 許乃強，田智會.動力電池梯次利用于通信基站儲能供電系統(tǒng)[J].通信電源技術(shù)，2017，34（5）：154-155.