通信行业动力锂离子电池的梯次应用

钱帮芬，周寿斌，朱明海

（1.创同（扬州）信息工程有限公司，江苏 扬州 225600；2.江苏华富储能新技术股份有限公司，江苏 扬州 225600；3.华富（江苏）锂电新技术有限公司，江苏 扬州 225600）

0 引 言

能耗双控的时代背景下，新能源技术应用日益广泛。尤其是如今的新能源汽车行业最受瞩目，电动汽车、油电混合动力汽车产业的扩张带动了动力锂离子电池的生产与广泛应用[1]。但是锂电池也存在着寿命到期及后续回收处理的相关问题。新能源汽车的动力锂电池容量随着使用年限和频次的增加而逐渐下降，直到有一天锂电池不足以供应电动新能源汽车的续航里程要求时就需要对其进行更换淘汰。就目前新能源汽车在我国汽车生产、销售的市场占有量来看，在数年后将会有大批量的退役锂电池面临着处置难题。经过实践研究发现，从电动汽车上淘汰的动力锂电池能够满足通信基站所需要的备电储能系统对蓄电池的标准要求，因此研究新能源汽车退役锂电池在通信行业的梯次利用问题具有非常重要的现实意义[2]。这将是解决退役电池处理难题、提高锂电池资源利用率的重要途径。

1 锂电池的梯次利用现状分析

我国注重能源的回收利用与环境保护，各地政府、国家电网电力单位与企业,及相关行业公司陆续开展了对锂电池的梯次应用相关研究并取得了一定的成果[3]。如国网北京公司进行的“电动汽车动力锂电池梯次利用技术研究与示范”项目研究，该项目主要致力于将退运电池梯次利用与直流快充站相结合并且配以千瓦级储能系统，稳定电压节点等技术与设备来提高充电站的工作效率、缩减项目成本进而提升综合运营收益。我国锂电池在通信领域的梯次应用也已经有所尝试，在2015年时由中国铁塔股份有限公司开展了动力锂离子电池梯次利用备电储能研究，主要进行通信基站锂电池回收再利用的实践，并应用锂电池来替换传统的铅酸电池[4]。传统的铅酸电池非常笨重，使用非常不便且铅酸电池的使用寿命也相对较短，在更换锂离子电池后得到一定程度的改善。

虽然我国已经逐步开展了锂电池的梯次利用的尝试和研究，但从总体上来看，我国锂电池体系利用尚未形成完整的运行体系，还需要一定时间来进行实践探索。本文就锂电池在通信行业应用的可行性及相关要求进行分析。

2 锂离子电池在通信行业梯次利用的可行性分析

正常环境下使用的锂电池其性能的变化、结构的老化并不会特别的剧烈。如果锂离子电池在正常使用的过程中（未受到严重的外部冲击、碰撞、穿刺、浸水等等；未经过剧烈的充放电过程以及并未长期在超过合理使用温度阈值的环境下使用）发生了容量陡降即容量跳水的现象，大概率是因为锂离子电池其本身的设计和生产的问题，如在锂离子电池生产的过程未能精确进行生产环境条件的控制，生产过程引入了多余的水分、杂质等[5]。一般情况下大部分的锂离子电池都具备梯次利用的条件，锂离子电池本身质量不达标或者在使用过程发生了损坏的情况是少数的。小概率事件并不影响锂离子电池在通信行业梯次利用的可行性[6]。

3 锂电池在通信行业的应用要求

我国通信行业的备用电源主要以铅酸电池、磷酸铁锂电池、三元锂电池和钛酸锂电池为主，不同构造材质的电池各有优势特点。主要根据使用的环境和场景进行选择，不同材质的电池在不同领域的应用也有相应的标准要求和技术标准。针对通信领域的备电电池而言，主要从电池的容量特性、安全性能、电磁兼容性、BMS要求、机械安全性、电器电子安全性和环境安全性等方面综合考量并且还应兼顾电池运行状态下的稳定性和使用寿命[7]。

在温度特性方面，锂电池能够耐受从0到55的阈值范围。经研究表明，锂电池能够在这个温度范围内正常、稳定的进行工作。在安全性能方面，锂电池具备储电电池所应具备的过充电性能、阻燃、绝缘、深度放电、抗穿刺、抗挤压性能特点。绝缘强度完全能够满足锂电池在通信领域作为备电、供电设备的要求[8]。从电池的电磁兼容性方面考虑，锂离子电池的防静电放电干扰性能、传导骚扰限值、辐射骚扰限值、浪涌抗扰性能参数指标也都更优于传统的铅酸电池。而通信行业对备电电池在BMS方面的指标要求则是应具备BMS开启状态电池静置耗能来节约能源；应具备充电总电压高保护及恢复功能和放电总电压低报警功能来保障电池充电过程的安全性；应具备单体电池电压低保护和高保护及恢复功能以及过温保护、低温保护恢复功能，从而确保电池在工作运行过程中能够应对不同电压状况和环境条件并保持稳定运转[9]。除此之外，在电池设备适配性方面的三遥要求、通讯接口、存储功能、电压精度、电流精度、容量精度、温度精度参数也是不可忽视的、重要指标的一部分。

上述在通信领域对备电、供电电池所提出的参数要求，锂离子电池和动力锂离子电池均表现出了高度的适配性。充分证明了锂电池在倍率放电、高低温充放电、安全性能、性能一致性、电气保护性能、BMS控制策略等方面的优越性。由此可见，锂离子电池在通信领域的梯次利用是非常可行的并且是十分优越的。不仅仅能够应用锂离子电池来替换传统的铅酸电池，弥补通信行业中铅酸电池在电磁兼容性和BMS要求方面的短板且极大提升了动力锂离子电池的资源利用率，通过梯次应用的方式为国家能源节约、可持续发展战略助力。积极响应国家对新能源技术发展与推广的响应政策，在保障能耗双控、节能减排的前提下进一步提高资源利用率。为广大新能源汽车动力锂离子电池的再回收、再利用问题提供解决方案，为新能源技术的进一步发展和推广排除后顾之忧。

4 锂离子电池在通信行业的梯次应用措施分析

4.1 动力锂电池的回收与筛选

动力锂离子电池进行梯次利用之前，对其进行批量回收与筛选工作是非常必要的。因为每组锂离子电池的使用情况和损耗情况都不尽相同，不同锂电池之间往往在性能衰减方面并不具有一致性。为了避免损耗严重甚至故障频发的劣质电池影响了在通信行业的梯次利用品质，需要按照容量、内阻、自放电率、荷电状态参数进行严格的分类筛选。通过初步品质筛选后，还需要再进一步进行分类成组。为了保障梯次利用的锂电池组能够稳定、安全为通信设备进行备电、供电，应当按照统一的参数标准来核查同一电池组中的全部锂电池。此外，还应当确保成组中最低单体参数在参数允许范围之内，最终实现梯级利用电池组性能的高效发挥。

企业可以通过测试筛选或者大数据分选等方式对所回收的动力锂离子电池进行针对性的筛选。就锂电池的外观完好情况、静态开路电压状况、内阻及自放电率状态等等参数进行筛选。通过大数据信息技术能够在动力锂电池在新能源汽车上的使用状况、电池电压、SOC等指标进行监控和分析。企业可以利用大数据相关平台来进行辅助筛选，淘汰掉发生故障或性能严重下降的动力锂离子电池。及时发现单体电池在新能源汽车上运行过程的异常参数和维修记录[10]。然后可以根据锂电池在通信设备上梯次利用的标准要求及分类分组进行分选。应用信息大数据系统进行筛选能够显著简化锂离子电池的筛选过程，大数据的实时监控、记录功能为锂电池的再利用节省时间成本和人工成本。

4.2 锂离子电池的重组与检测

从新能源汽车回收的锂离子电池并不能单纯的应用于通信行业，需要通过拆分与重组的方式组装成新的电池组。因此，动力锂离子电池的梯次利用过程中需要考量每个单电池的质量状况，在确认其电池容量、荷电状态及内阻等指标均在正常范围内后才能够将他们串联起来供通信设备备电使用。对于其中参数发生偏离、外观状态异常或是有记录发生过较为严重故障的电池要筛选剔除，从而确保重组电池组的整体性能和安全性。

完成动力锂电池的拆分重组工作后，还应当及时对其进行电池组质量验收检测。因为本身通信行业的设备数目就很庞大，并且设备运行过程对环境条件、电压电流的稳定性要求较高。不仅如此，梯次利用的锂电池组正式投入通信领域的应用时往往需要进行长时间不间断的工作，运行过程也不会有工作人员专职看守。所以在重组电池投入使用之前对其进行供电功能、充电功能、安全性能等方面的检测是必不可少的，比如容量测试、BMS监测功能测试、BMS保护功能测试。只有经过系统检测的梯次利用电池组才能够正式应用于通信设备的备电、供电。

4.3 锂电池梯次利用的局限性分析

目前我国的新能源汽车整体还处于新型阶段，新能源技术已经相当成熟，动力电池的故障率显著降低并且使用寿命往往都在5～8年甚至更长。因此目前动力锂离子电池梯次应用的主要局限性是退役动力锂电池数量相对较少。不过随着新能源汽车市场的庞大占有量和未来我国新能源技术的持续发展，退役锂离子电池数目将会变得十分庞大。成熟的电池技术也为锂电池的回收再利用提供了保障。

其次，锂电池在通信行业的梯次利用还存在着成本方面的局限性。锂电池整体数目少，回收利用较为不便。企业难以形成规模化，动力锂电池梯次利用成本偏高。再加上需要对回收的锂电池进行筛选、拆解、重组和相关性能的测试，加大运行成本的支出。新能源汽车生产厂家聚焦于动力电池的设计与应用，并未将其退役后梯次利用的相关问题加以考量[11]。这就使得在技术方面给动力锂离子电池的梯次利用加大了难度，如动力锂电池之间多为镍条激光焊接连接，退役后电池想要进行拆除、分选和成组工作量会增加。

5 结 论

总的来说，将退役后的动力锂离子电池梯次应用于通信行业是可行的，同时也是十分具有现实意义的。锂电池的诸多优点能够在通信领域得到再一次的展现，这不仅提升了我国的资源利用率同时也是响应国家可持续发展战略的号召，为助力新能源技术的发展而做出的贡献。虽然目前还存在着成本和锂电池数量上的局限性，不过这些问题随着新能源动力汽车在大众市场的推广与认可将会得到解决。