磷酸鐵鋰電池在通信太陽能基站上的應(yīng)用

蔡雪峰

（上海中興派能能源科技有限公司）

隨著移動通訊業(yè)務(wù)的發(fā)展，加強海域覆蓋和偏遠山區(qū)的覆蓋對各通訊運營商已經(jīng)越來越重要。這些基站大都處于鄉(xiāng)間野外，有些站點存在著市電供電不穩(wěn)或距離取市電處較遠，供電電纜架設(shè)費用巨大的問題，如何保證這些基站的供電是個很大挑戰(zhàn)。據(jù)了解，目前中國運營商在新疆、內(nèi)蒙、西藏及沿海無市電的島嶼建設(shè)了一萬多個離網(wǎng)式太陽能基站，其所配電池目前都采用鉛酸蓄電池。

通信太陽能基站多為離網(wǎng)式太陽能供電系統(tǒng)，是指當(dāng)?shù)貨]有交流電，而將太陽能供電作為主供電源，油機、風(fēng)機等供電作為補充供電的一種供電形式（如圖1）。離網(wǎng)式太陽能供電系統(tǒng)主要由太陽能板、太陽能控制器、蓄電池組及直流配電等組成，通過太陽能控制器實現(xiàn)對通信設(shè)備的供電，特別適用于陽光充足的山區(qū)、海島、牧區(qū)、沙漠等多種復(fù)雜地形和電網(wǎng)覆蓋不到或供電不能保證的地區(qū)。

圖1 離網(wǎng)式太陽能供電系統(tǒng)架構(gòu)

近幾年，離網(wǎng)式太陽能供電方案得到快速推廣，被通信業(yè)界認(rèn)為是解決無市電地區(qū)基站供電的首選方案。可是在實際使用過程中，蓄電池的短壽命成為整個方案中的一個最為薄弱的短板，即使采用價格高出普通鉛酸電池的膠體電池，其實際使用壽命也往往只有一年左右。通過技術(shù)對比和實際應(yīng)用，中興派能認(rèn)為磷酸鐵鋰電池會是解決此問題最為理想的選擇。

1 鉛酸電池不適合離網(wǎng)式太陽能基站

在離網(wǎng)式太陽能站的應(yīng)用中，鉛酸電池的缺點非常明顯。離網(wǎng)式太陽能基站的運行環(huán)境非常惡劣，蓄電池需要面對高溫、低溫、電池欠充、深度放電及高循環(huán)次數(shù)等情況。我們分析說明如下：

1.1 環(huán)境溫度

中國的太陽能站大多分布在新疆、西藏、內(nèi)蒙、甘肅、青海等地，這里夏天溫度高至40℃，冬天低至－20℃左右。

（1）高溫：我們知道鉛酸電池的高溫特性非常差，所以鉛酸電池要求在15℃～25℃范圍內(nèi)工作。鉛酸電池溫度升高會損壞電池，降低電池的使用壽命，當(dāng)環(huán)境溫度超過25℃時，溫度每升高10℃，電池使用壽命將減少一半。例如電池設(shè)計壽命在25℃為10年，在45℃下長期運行，壽命只有2.5年。

（2）低溫：電池使用溫度降低，電池容量減少，例如溫度從25℃降低到－20℃，容量將下降到額定容量的65%左右。同時溫度過低，使電池長期充電不足，造成負(fù)極硫酸鹽化，最終導(dǎo)致電池放不出電，嚴(yán)重影響電池使用壽命。

1.2 充電條件

太陽能供電是靠天吃飯，很多地區(qū)在冬天只有2個多小時的有效光照時間，夏天能達到6小時左右，如表1所示。考慮到投資性價比，運營商多以年平均光照時間來配置太陽能板，這就造成電池在冬天會有幾個月的時間發(fā)生欠充及深度放電。鉛酸蓄電池長期欠充會造成電池硫酸鹽化，影響電池使用壽命；電池經(jīng)常深度放電，也會造成電池使用壽命下降。

表1 中國部分地區(qū)各月光照有效時間表

1.3 循環(huán)情況

鉛酸電池正常設(shè)計壽命10年，在0.1 C10充放電條件下100%DOD充放電循環(huán)次數(shù)在300至500次。離網(wǎng)式太陽能站每天一半以上的運行時間是依靠蓄電池來維持能源供給，因此蓄電池一直處于頻繁的循環(huán)工作狀態(tài)，鉛酸電池的使用年限大大降低；此外鉛酸電池隨充放電次數(shù)的增加，各電池間不均衡性快速增大，目前鉛酸電池大多不進行均衡處理，很容易造成由于單顆電池失效而影響整組電池壽命的問題。

2 磷酸鐵鋰電池是離網(wǎng)式太陽能基站儲能的最佳解決方案

磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢分析如下。

2.1 優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性

（1）高溫

磷酸鐵鋰電池高溫特性好，長期在45℃條件下工作，電池壽命幾乎不受影響；

（2）低溫

磷酸鐵鋰電池低溫特性較鉛酸略好，在－20℃條件下可放出80%左右的電量，低溫充電對磷酸鐵鋰電池會有較大的傷害，可通過磷酸鐵鋰電池BMS（電池管理系統(tǒng)）熱管理系統(tǒng)進行改善

（3）無記憶效應(yīng)，不怕欠充

磷酸鐵鋰電池沒有記憶效應(yīng)，也沒有欠充損害電池壽命的情況，可以隨充隨放，特別適合太陽能間隙式充放電的應(yīng)用。

2.2 循環(huán)壽命

磷酸鐵鋰電池單芯1C10充放電循環(huán)壽命3000次左右，成組電池組在0.5 C10充放電條件下100%DOD充放電壽命1500次～2000次，是鉛酸電池0.1C10充放電壽命的4倍以上。如果都以0.1C10充放電，磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命長的優(yōu)勢將更為明顯。

2.3 智能化

磷酸鐵鋰電池可以通過內(nèi)置的電池管理系統(tǒng)進行均衡和管理，有效地防止電池的過充、過放，并且極大地改善了單體電芯的不均衡性，進而延長了整組電池的壽命。

3 中興派能離網(wǎng)式太陽能基站的實際案例

中興派能一直與各大運營商就磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于新能源太陽能基站進行深度合作。目前在網(wǎng)運行的派能磷酸鐵鋰電池應(yīng)用情況良好，得到客戶的高度認(rèn)可。

圖2是中興派能磷酸鐵鋰電池在離網(wǎng)式太陽能基站應(yīng)用的案例之一，該站位于新疆維吾爾自治區(qū)，典型的無市電太陽能孤島站，采用4750 W太陽能板發(fā)電，包括太陽能控制器，功率約750 W 負(fù)載設(shè)備，2組1000 AH鉛酸電池做后備電池，油機做備用電源。經(jīng)過二年多的使用，原有2000AH電池?fù)p壞嚴(yán)重，只能為負(fù)載提供約15小時供電，因此每天都會發(fā)生基站倒站的情況，需要每天運送油機至站點發(fā)電2小時。

2011年9月，備用電池改用中興派能提供的磷酸鐵鋰電池后，該基站保障能力得到極大提高。該方案采用中興派能48 V／1 200 Ah鐵鋰電池（24個48 V／50 Ah電池并聯(lián)）電池組替換原有鉛酸電池，經(jīng)過2011年9月至2012年3月共6個月的使用后，運行狀況良好，未發(fā)生基站倒站的情況，特別需要指出的是這期間為該地區(qū)全年日照情況最差的一段時期（1月平均有效日照時間只有2 h），電池室內(nèi)運行溫度為－5度左右，6個月后所有電池容量均高于原有容量的97%。

圖2 派能磷酸鐵鋰電池組在新疆某太陽能站的應(yīng)用情況

4 結(jié) 語

磷酸鐵鋰電池不但擁有高溫特性好、循環(huán)壽命長、無記憶性不怕欠充、體積小重量輕、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，而且其充放電能量轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點可以直接減少光伏太陽能組件和蓄電池的容量。綜合來看，磷酸鐵鋰電池能夠有效節(jié)省太陽能基站的建設(shè)維護總成本，是太陽能基站后備電池最為理想的選擇。

我們相信，隨著通信用磷酸鐵鋰電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的確定、電池技術(shù)的進步、電池成本的降低及電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，磷酸鐵鋰電池這一節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)品必將在通信市場大展宏圖！