磷酸铁锂电池在通信太阳能基站上的应用

蔡雪峰

（上海中兴派能能源科技有限公司）

随着移动通讯业务的发展，加强海域覆盖和偏远山区的覆盖对各通讯运营商已经越来越重要。这些基站大都处于乡间野外，有些站点存在着市电供电不稳或距离取市电处较远，供电电缆架设费用巨大的问题，如何保证这些基站的供电是个很大挑战。据了解，目前中国运营商在新疆、内蒙、西藏及沿海无市电的岛屿建设了一万多个离网式太阳能基站，其所配电池目前都采用铅酸蓄电池。

通信太阳能基站多为离网式太阳能供电系统，是指当地没有交流电，而将太阳能供电作为主供电源，油机、风机等供电作为补充供电的一种供电形式（如图1）。离网式太阳能供电系统主要由太阳能板、太阳能控制器、蓄电池组及直流配电等组成，通过太阳能控制器实现对通信设备的供电，特别适用于阳光充足的山区、海岛、牧区、沙漠等多种复杂地形和电网覆盖不到或供电不能保证的地区。

图1 离网式太阳能供电系统架构

近几年，离网式太阳能供电方案得到快速推广，被通信业界认为是解决无市电地区基站供电的首选方案。可是在实际使用过程中，蓄电池的短寿命成为整个方案中的一个最为薄弱的短板，即使采用价格高出普通铅酸电池的胶体电池，其实际使用寿命也往往只有一年左右。通过技术对比和实际应用，中兴派能认为磷酸铁锂电池会是解决此问题最为理想的选择。

1 铅酸电池不适合离网式太阳能基站

在离网式太阳能站的应用中，铅酸电池的缺点非常明显。离网式太阳能基站的运行环境非常恶劣，蓄电池需要面对高温、低温、电池欠充、深度放电及高循环次数等情况。我们分析说明如下：

1.1 环境温度

中国的太阳能站大多分布在新疆、西藏、内蒙、甘肃、青海等地，这里夏天温度高至40℃，冬天低至－20℃左右。

（1）高温：我们知道铅酸电池的高温特性非常差，所以铅酸电池要求在15℃～25℃范围内工作。铅酸电池温度升高会损坏电池，降低电池的使用寿命，当环境温度超过25℃时，温度每升高10℃，电池使用寿命将减少一半。例如电池设计寿命在25℃为10年，在45℃下长期运行，寿命只有2.5年。

（2）低温：电池使用温度降低，电池容量减少，例如温度从25℃降低到－20℃，容量将下降到额定容量的65%左右。同时温度过低，使电池长期充电不足，造成负极硫酸盐化，最终导致电池放不出电，严重影响电池使用寿命。

1.2 充电条件

太阳能供电是靠天吃饭，很多地区在冬天只有2个多小时的有效光照时间，夏天能达到6小时左右，如表1所示。考虑到投资性价比，运营商多以年平均光照时间来配置太阳能板，这就造成电池在冬天会有几个月的时间发生欠充及深度放电。铅酸蓄电池长期欠充会造成电池硫酸盐化，影响电池使用寿命；电池经常深度放电，也会造成电池使用寿命下降。

表1 中国部分地区各月光照有效时间表

1.3 循环情况

铅酸电池正常设计寿命10年，在0.1 C10充放电条件下100%DOD充放电循环次数在300至500次。离网式太阳能站每天一半以上的运行时间是依靠蓄电池来维持能源供给，因此蓄电池一直处于频繁的循环工作状态，铅酸电池的使用年限大大降低；此外铅酸电池随充放电次数的增加，各电池间不均衡性快速增大，目前铅酸电池大多不进行均衡处理，很容易造成由于单颗电池失效而影响整组电池寿命的问题。

2 磷酸铁锂电池是离网式太阳能基站储能的最佳解决方案

磷酸铁锂电池优势分析如下。

2.1 优异的环境适应性

（1）高温

磷酸铁锂电池高温特性好，长期在45℃条件下工作，电池寿命几乎不受影响；

（2）低温

磷酸铁锂电池低温特性较铅酸略好，在－20℃条件下可放出80%左右的电量，低温充电对磷酸铁锂电池会有较大的伤害，可通过磷酸铁锂电池BMS（电池管理系统）热管理系统进行改善

（3）无记忆效应，不怕欠充

磷酸铁锂电池没有记忆效应，也没有欠充损害电池寿命的情况，可以随充随放，特别适合太阳能间隙式充放电的应用。

2.2 循环寿命

磷酸铁锂电池单芯1C10充放电循环寿命3000次左右，成组电池组在0.5 C10充放电条件下100%DOD充放电寿命1500次～2000次，是铅酸电池0.1C10充放电寿命的4倍以上。如果都以0.1C10充放电，磷酸铁锂电池循环寿命长的优势将更为明显。

2.3 智能化

磷酸铁锂电池可以通过内置的电池管理系统进行均衡和管理，有效地防止电池的过充、过放，并且极大地改善了单体电芯的不均衡性，进而延长了整组电池的寿命。

3 中兴派能离网式太阳能基站的实际案例

中兴派能一直与各大运营商就磷酸铁锂电池应用于新能源太阳能基站进行深度合作。目前在网运行的派能磷酸铁锂电池应用情况良好，得到客户的高度认可。

图2是中兴派能磷酸铁锂电池在离网式太阳能基站应用的案例之一，该站位于新疆维吾尔自治区，典型的无市电太阳能孤岛站，采用4750 W太阳能板发电，包括太阳能控制器，功率约750 W 负载设备，2组1000 AH铅酸电池做后备电池，油机做备用电源。经过二年多的使用，原有2000AH电池损坏严重，只能为负载提供约15小时供电，因此每天都会发生基站倒站的情况，需要每天运送油机至站点发电2小时。

2011年9月，备用电池改用中兴派能提供的磷酸铁锂电池后，该基站保障能力得到极大提高。该方案采用中兴派能48 V／1 200 Ah铁锂电池（24个48 V／50 Ah电池并联）电池组替换原有铅酸电池，经过2011年9月至2012年3月共6个月的使用后，运行状况良好，未发生基站倒站的情况，特别需要指出的是这期间为该地区全年日照情况最差的一段时期（1月平均有效日照时间只有2 h），电池室内运行温度为－5度左右，6个月后所有电池容量均高于原有容量的97%。

图2 派能磷酸铁锂电池组在新疆某太阳能站的应用情况

4 结 语

磷酸铁锂电池不但拥有高温特性好、循环寿命长、无记忆性不怕欠充、体积小重量轻、节能环保等优势，而且其充放电能量转换效率高的优点可以直接减少光伏太阳能组件和蓄电池的容量。综合来看，磷酸铁锂电池能够有效节省太阳能基站的建设维护总成本，是太阳能基站后备电池最为理想的选择。

我们相信，随着通信用磷酸铁锂电池行业标准的确定、电池技术的进步、电池成本的降低及电池产业的发展，磷酸铁锂电池这一节能环保的绿色产品必将在通信市场大展宏图！