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摘要：蓄电池作为储能设备，是通信电源系统的重要组成部分，业内长期广泛使用铅酸蓄电池方案，目前锂电池方案由于其储能特性、高温使用特性、循环寿命长、绿色环保等特点逐渐得到应用推广。本文结合当前电动汽车动力电池退役后只能报废和拆解，提炼其中原材料，实现原材料的循环利用的情况，将退役电池再次作为通信电源系统后备电池使用，分析其可行性和配置方法。相对而言，退役电池的梯次利用，更能发挥电池的最大价值，实现循环经济利益最大化，是更为绿色和环保的做法。
关键词：梯次电池；退役电池；磷酸铁锂电池；通信UPS
前言
近年来，受益于低碳环保性和政策补贴，我国新能源汽车呈现快速增长，进而导致电动汽车动力锂电池的报废量不断增多，梯次锂电池即是电动汽车退役动力锂电池的再次利用。就如小孩玩具车上的电池电能在无法驱动玩具运行后还可以继续用做遥控器工作电源使用一样，电动汽车退役锂电池虽然已经不满足汽车的动力使用条件，但仍然拥有一定的余能，其寿命并未完全终止，可以在其他领域作为电能的载体使用，从而充分发挥其利用价值，实现循环经济利益最大化。
本文将介绍利用退役磷酸铁锂动力电池作为通信电源UPS的后备储能电池的可行性方案。
1.梯次电池在通信UPS的应用
1.1可行性分析
通信UPS主要为交换机、服务器、传输设备和机房环境监控装置等通信相关负载供电，当市电正常运行时由市电通过UPS为所有负载供电，同时UPS为后备电池充电，只有当市电停电后才会由后备电池为所有通信负载提供不间断电源，后备电池一般按照设计要求后备时间配置电池容量（图1）。
图1UPS供电系统图
通信UPS后备电池具有以下特点：
（1）通信市电电源一般设计为一级负荷，平均每年停电次数只有一两次，后备电池在其浮充寿命期内循环充放电次数最多几十次；
（2）经测算采用后备电池单独为所有通信负载供电时，电池放电电流一般在1C以内，放电电流较小；
（3）通信电源机房都会配置环境调控装置，其工作环境比较适宜。通信UPS后备电池具有循环使用次数少、最大放电电流小和使用环境友好等特点，采用磷酸铁锂梯次电池可完全满足需求。
1.2磷酸铁锂电池的配置
本方案的通信电源需求为：采用40kVA的工频机UPS，市电停电时后备电池需持续供电1-2小时。根据UPS直流母线电压范围DC294V-DC452V（即充电电压范围），本方案选用14个DC25.6V标称电压退役电池包串联组成UPS后备电池组（每个电池包由8个3.2V电芯串联组成），电池组标称电压358.4V。通过负载功率和后备时间需求计算可选用退役电池包容量为150Ah梯次电池。由于磷酸铁锂退役电池单体差异化的增大，还需配置一套专用BMS电池管理模块。
1.3磷酸铁锂梯次电池充放电控制及实际放电容量计算
①充电时（图2）
磷酸铁锂梯次电池电芯充电截止电压为3.6V，由于梯次电池配组时初始容量有偏差，充电时当整组电池中某电芯达到3.6V（即SOC达到100%）时，其余电芯的最低电压3.45V左右（SOC接近95%）。
图2
②放电时（图3）
参考磷酸铁锂电芯放电曲线，当放电电压至3.05V左右时，电压变化较快，利于BMS测量电压做出判断，可作为放电终止电压。
图3
当梯次锂电池组在以1C放电时（图3），放电末期电芯电压分散性较大，至3.05V时，电压极差在3%-5%之间。当有电芯电压降至3.05V（SOC在12%左右）时，考虑配组时5%的SOC差异，其余电芯最多剩余17%的SOC，对应的电芯电压为3.1V左右。
图4
③磷酸铁锂梯次电池组放电容量
从以上充放电过程可看出，磷酸铁锂梯次电池组单体电压使用区间为DC3.1V-DC3.45V，SOC的最窄运行区间为17%~95%，即磷酸铁锂梯次电池组的放电容量为电池组标称容量的78%。本方案150Ah梯次电池包实际可放电容量为117Ah。
1.4磷酸铁锂梯次电池的BMS控制策略
磷酸铁锂梯次电池的BMS控制策略参考市场常规方案：电池的充放电策略和保护控制均由BMS实现，UPS只是被动接收BMS对电池的充放电控制信息，被动控制后备电池的充放电。只是采用梯次锂电池时，电池单体电压差异较大，BMS的充放电电压控制需要考虑梯次电池的电压分散特性而针对设计，以确保所有电芯均衡使用。
结语：
通信UPS采用磷酸铁锂梯次电池具有储能特性好、使用寿命长、绿色环保、BMS智能维护等特点，其能量体积比是铅酸电池的1.7倍，能量质量比是铅酸电池的1/3，电池组占地面积实铅酸电池的1/2。但是梯次锂电池方案由于电芯电压差异较大，相对铅酸电池方案引入了BMS管理模块，对应UPS电源系统的MTTF（平均失效时间）计算值有所缩短，方案的可靠、稳定性还需长期运行验证和方案的不断完善。另外锂电池的梯次利用和梯次电池的余能检测等相关行业标准的陆续出台，对于规范梯次电池的应用也有积极推动意义。
参考文献：
[1]候福平，张广明通信用磷酸铁锂电池应用的基本思路[J].电信技术，2015