李 坦，胡振華

（中國(guó)鐵塔股份有限公司安徽省分公司，安徽 合肥 230088）

0 引 言

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)，發(fā)展新能源汽車是我國(guó)從汽車大國(guó)邁向汽車強(qiáng)國(guó)的必經(jīng)之路。李克強(qiáng)總理指出，提升自主創(chuàng)新能力和水平，落實(shí)和完善扶持政策，優(yōu)化配套環(huán)境，創(chuàng)新商業(yè)模式，擴(kuò)大先進(jìn)實(shí)用的節(jié)能技術(shù)與新能源汽車市場(chǎng)應(yīng)用。馬凱副總理多次調(diào)研并主持召開新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展專題會(huì)議。我國(guó)2009-2012年新能源汽車共推廣1.7萬(wàn)輛，裝配動(dòng)力蓄電池約1.2 GW·h；2017年底，累計(jì)推廣新能源汽車180多萬(wàn)輛，裝配動(dòng)力蓄電池約86.9 GW·h；2020年預(yù)計(jì)累計(jì)將超過(guò)20萬(wàn)噸蓄電池，如果按70%梯級(jí)利用計(jì)算，每年約有6萬(wàn)噸電池需要報(bào)廢處理。

動(dòng)力蓄電池若處置不當(dāng)，隨意丟棄，會(huì)給環(huán)境帶來(lái)影響、安全隱患及資源浪費(fèi)。2018年2月26日，工業(yè)和信息化部、科技部、環(huán)境保護(hù)部、交通運(yùn)輸部、商務(wù)部、質(zhì)檢總局及能源局，聯(lián)合發(fā)布了《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》。2018年3月2日，工業(yè)和信息化部、科技部、環(huán)境保護(hù)部、交通運(yùn)輸部、商務(wù)部、質(zhì)檢總局及能源局，聯(lián)合發(fā)布了關(guān)于組織開展新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)工作的通知，部署了《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)實(shí)施方案》。動(dòng)力蓄電池回收利用有利于保護(hù)環(huán)境和社會(huì)安全，加快綠色發(fā)展，建設(shè)生態(tài)文明和美麗中國(guó)。

中國(guó)鐵塔通信基站總量接近200萬(wàn)座，通信基站有備電需求，而梯次電池的性能優(yōu)于傳統(tǒng)基站的鉛酸電池。通信基站儲(chǔ)能電池需求量巨大，新能源的合理利用和削峰填谷的使用均離不開儲(chǔ)能。中國(guó)鐵塔公司積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，合理利用梯次電池，核心是品種繁雜的梯次電池在各類通信基站的合理應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)梯次電池在通信基站的合理應(yīng)用，將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 利用多路梯次電池管理器實(shí)現(xiàn)鉛酸和梯次電池的共用方案

1.1 技術(shù)內(nèi)容描述

動(dòng)力磷酸鐵鋰電池小模組經(jīng)篩選和檢測(cè)重組為額定電壓51.2 V的標(biāo)準(zhǔn)電池模組。不同容量和性能的51.2 V梯級(jí)電池組和48 V鉛酸電池組，通過(guò)電池共用管理器實(shí)現(xiàn)并聯(lián)共用。

每組梯級(jí)電池模組均配備BMU模塊，用于檢測(cè)該組電池中16串單體電芯的電壓及溫度數(shù)據(jù)，并通過(guò)CAN/RS485通信將數(shù)據(jù)上傳至電池共用管理器。當(dāng)監(jiān)測(cè)到梯級(jí)電池單體電芯過(guò)壓、欠壓和過(guò)溫，電池組過(guò)壓、欠壓及過(guò)流時(shí)，立即對(duì)該組電池組進(jìn)行分?jǐn)啾Ｗo(hù)。

電池共用管理器可單獨(dú)設(shè)定每組電池的均浮充電壓，并根據(jù)各組電池容量均衡分配充放電電流，保持各組電池同步、均衡放電和抑制環(huán)流。當(dāng)鋰電池、鉛酸電池共用時(shí)，默認(rèn)鋰電池優(yōu)先放電，也可人為選擇優(yōu)先放電電池組的順序，實(shí)現(xiàn)不同類型電池共用時(shí)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。電池共用管理器通過(guò)RS485通信口，將梯級(jí)電池、鉛酸電池的運(yùn)行及故障信息統(tǒng)一上傳至FSU（如圖1所示），實(shí)現(xiàn)運(yùn)維監(jiān)控平臺(tái)的統(tǒng)一監(jiān)控和管理。

1.2 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

構(gòu)建梯級(jí)電池綜合管理系統(tǒng)，將梯級(jí)電池內(nèi)置BMS的“專用”模式整合為多組梯次電池管理器的“共用”模式，通過(guò)共享BMS，使成本更低，節(jié)約投資，實(shí)現(xiàn)對(duì)基站能源系統(tǒng)的一站式綜合管理。

將BMS的分?jǐn)啾Ｗo(hù)和管理功能移到合路器，只保留BMU的單體電壓檢測(cè)和溫度檢測(cè)功能，減少了BMS內(nèi)置的串聯(lián)開關(guān)，去掉了一個(gè)故障點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

電池共用管理器集中管理多組梯次電池，不但解決了未來(lái)梯次電池?cái)U(kuò)容問(wèn)題，而且還解決了目前FSU端口數(shù)量有限，無(wú)法滿足梯級(jí)電池接入問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)了不同規(guī)格、不同容量的梯級(jí)電池組并聯(lián)共用，實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)電池組與鉛酸電池組的共用。

安全性進(jìn)一步提高，通過(guò)多路電池并聯(lián)配置，將集中故障分散為局部故障，降低了電池整體的故障概率，提高了通信的安全性。

圖1 鉛酸和梯次電池共用方案原理

1.3 應(yīng)用情況

安徽省鐵塔分公司開展了梯次電池模組項(xiàng)目的首次應(yīng)用，項(xiàng)目地點(diǎn)位于安徽省公司大樓九樓移動(dòng)基站。

在基站原有1組500 Ah鉛酸電池的基礎(chǔ)上，增加4組額定電壓為51.2 V，容量分別為115 Ah、130 Ah、145 Ah、160 Ah的梯次電池組。1組鉛酸電池和4組不同容量的梯次電池通過(guò)多路電池共用管理器實(shí)現(xiàn)并聯(lián)共用，運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)通過(guò)RS485通信口上傳到FSU，目前設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

安徽省鐵塔公司已完成采購(gòu)多路電池管理器11 120個(gè)端口，共計(jì)3 080套，應(yīng)用于電池?cái)U(kuò)容的更新改造及新建梯次電池項(xiàng)目。

2 大模組級(jí)梯級(jí)電池拆解重組利用方案

2.1 技術(shù)內(nèi)容描述

退役公交車動(dòng)力電池模組，經(jīng)拆解、篩選、檢測(cè)出性能相一致的電芯。鐵塔代維公司直接運(yùn)輸?shù)交?，利用梯?jí)電池管理器直接使用，根據(jù)機(jī)房或機(jī)柜空間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝配組，連接各電芯電極。完成配組后，電池組額定電壓為51.2 V，并將電池組的輸出、各電芯電壓測(cè)量線及電池溫度測(cè)量線連接至梯次電池管理設(shè)備。

梯級(jí)電池管理設(shè)備安裝、接線方便，實(shí)現(xiàn)對(duì)梯級(jí)電池單體電壓、電池組電壓、溫度及充放電電流進(jìn)行相應(yīng)管理和保護(hù)。梯次電池管理設(shè)備功率輸出接口將電池組的輸出連接至開關(guān)電源母排，通信接口將梯次電池的運(yùn)行狀態(tài)和告警信息上傳至FSU，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維監(jiān)控平臺(tái)的統(tǒng)一監(jiān)控和管理（如圖2所示）。

2.2 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

符合通信基站要求的梯次電池管理設(shè)備，節(jié)約了投資。

根據(jù)機(jī)房、機(jī)柜空間任意擺放梯次電池，安裝方便、應(yīng)用靈活且節(jié)省空間，同時(shí)降低了對(duì)梯次電池安裝空間的要求。

鐵塔公司主導(dǎo)了整個(gè)梯次電池利用的全流程。

2.3 應(yīng)用情況

中國(guó)鐵塔公司安徽省分公司組織代表，對(duì)合肥市第18路公交車第一批電動(dòng)汽車退役的電池模組進(jìn)行拆解、檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)該批梯次電池單組電芯剩余容量約為300 Ah，篩選重組為51.2 V/300 Ah電池模組，安裝到合肥市金桂路室外站。根據(jù)室外柜空間，現(xiàn)場(chǎng)自行拼裝、接線，并安裝上針對(duì)基站應(yīng)用的梯次電池管理器，確保了自行篩選、拼裝的梯次電池穩(wěn)定可靠運(yùn)行，驗(yàn)證了鐵塔主導(dǎo)整個(gè)梯級(jí)電池利用全流程的可行性。

圖2 大模組梯級(jí)電池拆解重組利用原理

3 整PACK直接利用方案

如果實(shí)現(xiàn)動(dòng)力小汽車退役的整PACK直接利用，將大大降低梯次電池回收利用的成本。大PACK直接應(yīng)用方案，解決了梯次電池二次加工的問(wèn)題，提高了梯次電池的利用效率，降低了梯次應(yīng)用成本。

3.1 技術(shù)內(nèi)容描述

對(duì)電動(dòng)汽車上直接退役下來(lái)的完整高壓PACK電池進(jìn)行性能和容量測(cè)試。當(dāng)性能和容量滿足基站使用需求時(shí)，對(duì)高壓PACK內(nèi)部接觸器的分?jǐn)噙壿嫼虰MS中電池保護(hù)邏輯稍作修改，以適應(yīng)基站備用電源工況。高壓PACK梯次電池通過(guò)高壓PACK應(yīng)用變換電源設(shè)備直接柔性接入到基站-48 V直流電源系統(tǒng)中，為基站通信設(shè)備提供備用電源。

高壓PACK轉(zhuǎn)換電源在市電正常時(shí)將市電轉(zhuǎn)換為高壓直流電，為梯次電池進(jìn)行充電。當(dāng)市電停電后，可將高壓PACK梯次電池的高壓直流電轉(zhuǎn)換為-48 V直流電，為通信負(fù)載供電（如圖3所示）。

利用高壓Pack梯次電池容量大、循環(huán)充放電次數(shù)多的特點(diǎn)，對(duì)電價(jià)進(jìn)行削峰填谷，提升了能源管理水平，實(shí)現(xiàn)了節(jié)電盈利，降本增效。

圖3 大PACK梯級(jí)電池直接利用方案原理

3.2 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

全國(guó)首創(chuàng)的汽車高壓PACK直接平滑利舊，是真正意義上的完全梯次電池利舊方案，具有里程碑的意義，對(duì)鐵塔未來(lái)梯次電池利用模式具有重要的參考和借鑒價(jià)值。

動(dòng)力電池梯級(jí)利用效率大大提高，使用成本進(jìn)一步降低。

充電、放電電路分離設(shè)計(jì)，減少了開關(guān)電源用于充電的整流模塊數(shù)量，提高了通信供電整流模塊的利用率和安全性。

3.3 應(yīng)用情況

中國(guó)鐵塔股份有限公司安徽省分公司調(diào)查了多家電動(dòng)汽車動(dòng)力電池供應(yīng)商，了解到當(dāng)前退役的動(dòng)力電池主要以完整PACK和不完全拆解的模組為主。因此，公司組織電池廠和相關(guān)廠商進(jìn)行技術(shù)研討，確定了高壓PACK直接梯級(jí)利用方案。鐵塔自主組織將高壓PACK梯級(jí)電池安裝到合肥市楓林路基站，并配備上高壓PACK轉(zhuǎn)換電源，用于對(duì)高壓PACK梯級(jí)電池進(jìn)行充放電管理。目前，所有設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

本次應(yīng)用的高壓PACK梯級(jí)電池為安徽江淮iEV5純電動(dòng)汽車上直接退役的電池，額定電壓331 V，原始容量86 Ah，儲(chǔ)能達(dá)到29 kW·h。經(jīng)檢測(cè)，各單體電芯性能完好，電池剩余容量超過(guò)80%。完整的高壓PACK動(dòng)力電池直接平滑梯次利用，通過(guò)削峰填谷避開電力高峰期用電，利用峰谷電價(jià)差在電價(jià)低時(shí)進(jìn)行電池蓄電，降低了電力高峰期電網(wǎng)負(fù)荷，助力了社會(huì)發(fā)展。

4 結(jié) 論

目前，三種技術(shù)方案基本實(shí)現(xiàn)了退役動(dòng)力電池在基站應(yīng)用的方向，驗(yàn)證了梯次電池在通信基站應(yīng)用的可行性。中國(guó)鐵塔公司聯(lián)合電池廠商、電源設(shè)備廠商及代維公司等，打造了動(dòng)力電池的回收、再制造及梯次利用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，充分挖掘了動(dòng)力電池的剩余價(jià)值，不僅滿足了基站備電需求，還形成了完整的綠色制造產(chǎn)業(yè)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

多方案的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了梯次電池在鐵塔基站中的安全、有效梯次利用，是節(jié)能環(huán)保、新能源等國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大創(chuàng)新，是動(dòng)力電池回收利用的典范，是利國(guó)利民的重大舉措。它實(shí)現(xiàn)了技術(shù)可行與成本管控兩大關(guān)鍵點(diǎn)，為通信基站有效運(yùn)營(yíng)保駕護(hù)航。

梯級(jí)電池的合理應(yīng)用降低了動(dòng)力蓄電池對(duì)土壤、水質(zhì)等造成的環(huán)境污染，在節(jié)能減排、控制土壤污染防治和控制大氣污染方面具有深遠(yuǎn)意義，是節(jié)能環(huán)保、新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重大創(chuàng)新，是利國(guó)利企的好事。