Trojan电瓶梯次锂电池在通信UPS的应用

摘要：蓄电池身为储能设备，是通信电源系统里重要的构成部分，业内长时间广泛运用铅酸蓄电池方案，当下锂电池方案因它的储能特性、高温使用特性、循环寿命长、绿色环保等特点，逐渐获得应用推广。本文结合当前电动汽车动力电池退役后就只能够报废以及拆解，提炼当中的原材料，达成原材料的循环利用的情形，把退役电池再度当作通信电源系统后备电池来使用，分析其可行性与配置方法 。相较来说，那退役电池的梯次利用，将会更充分彰显电池的最大价值，达成循环经济利益的最大化目标，属于更为绿色且环保的一种做法。

关键词：梯次电池；退役电池；磷酸铁锂电池；通信UPS

前言

近些年来，因得益于低碳环保特性以及政策给予的补贴，我国新能源汽车展现出快速增长的态势，从而致使电动汽车动力锂电池的报废数量持续增多，梯次锂电池就是对电动汽车退役动力锂电池进行的再次利用 。就如同小孩玩具车上的电池电能，当无法驱动玩具运行后，然而还能够继续用作遥控器的工作电源来使用，电动汽车退役下来的锂电池，虽说已经不满足汽车动力使用的条件了，但是依旧拥有一定的剩余能量，它的寿命并没有完全终结，能够在其他一些领域当作电能的载体来使用，进而充分发挥出它的利用价值，达成循环经济利益的最大化 。

本文会阐述，运用退役的磷酸铁锂动力电池，当作通信电源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主要给交换机、服务器、传输设备以及机房环境监控装置等通信相关负载供电，市电正常运行时，市电经UPS为所有负载供电，同时UPS给后备电池充电，只有市电停电后，后备电池才会为所有通信负载提供不间断电源，后备电池一般依照设计要求的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）通信市电电源通常被设计成一级负荷，平均每一年停电的次数仅仅一两次，后备电池在它的浮充寿命期限之内循环充放电的次数最多几十次，。

(2)经过测算，当使用后备电池单独为所有通信负载供电时，电池放电电流一般处于1C以内，其放电电流相对较小， 。

（3）通信电源机房当中，都会去配置环境调控装置，其所在工作环境是比较适宜的。通信UPS后备电池具备循环使用次数少、最大放电电流小以及使用环境友好等特点，运用磷酸铁锂梯次电池恰好能够完全满足需求。

1.2磷酸铁锂电池的配置

本方案对于通信电源有着这样的需求，那就是采用40kVA的工频机UPS，在市电停电的时候，后备电池要能够持续供电1 - 2小时才行。依据UPS直流母线电压所存在的范围是DC294V - DC452V，这也就是充电电压范围，本方案选择14个标称电压为DC25.6V并且已经退役的电池包，它们是串联起来组成UPS后备电池组的，这里每个电池包均是由8个3.2V电芯串联而成的，电池组标称电压为358.4V 的。经过负载功率还有后备时间需求的计算，能够选用容量为150Ah的退役电池包作为梯次电池的。鉴于磷酸铁锂退役电池单体之间差异化不断增大，所以还需要去配置一套专门的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，其充电截止电压是3.6V，因为梯次电池配组的时候，初始容量存在偏差，在充电时，当整组电池之中，某一个电芯达到3.6V，也就是SOC达到100%时，其余电芯的最低电压大概是3.45V，此时（即上述情况下）SOC接近95% 。

图2

②放电时（图3）

考量磷酸铁锂电芯的放电曲线情形，于放电电压抵达大约3.05V这个节段的时候，电压出现较快的变动状况，这对BMS测量电压进而做出判定颇为有利，能够将其用作放电结束时的电压标准 。

图3

处在梯次锂电池组进行1C放电的当前时段（图3所示），放电末期表现出电芯电压分散性颇为显著的状况，直至电压达到3.05V的时候，电压极差处于3%至5%的范围区间之内。当存在电芯电压降至3.05V（此时间段对应的SOC大概在12%）之情形时，针对配组环节考虑5%的SOC差异这一因素，其余电芯至多仅剩余17%的SOC，与之对应的电芯电压约为3.1V 。

图4

③磷酸铁锂梯次电池组放电容量

从上述充放电进程能够看出，磷酸铁锂梯次电池组中，单体电压所取用的区间是DC3.1V至DC3.45V，而且SOC的最为狭窄的运行区间是17%到95%，也即这般下来，磷酸铁锂梯次电池组的放电容量属于电池组标称容量的78%。本方案里，装有着150Ah的梯次电池包，其实际可以进行放电的电荷量是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控制策略参照市场常规方案实施，电池的充放电策略以及保护控制皆由BMS达成，UPS仅仅是被动接收BMS给予电池的充放电控制信息，进而被动控制后备电池的充放电。只是在采用梯次锂电池之际，电池单体电压存在较大差异，BMS的充放电电压控制需要依据梯次电池的电压分散特性加以针对性设计，以此确保所有电芯能够均衡使用。

结语：

通信UPS所采用的磷酸铁锂梯次电池，具备储能特性优异的特点，其使用寿命极为长久，有着绿色环保的特性，还拥有BMS智能维护的特性，它的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，电池组占地面积是铅酸电池的1/2。然而，梯次锂电池方案因电芯电压有较大差异，相较于铅酸电池方案引入了BMS管理模块，致使对应UPS电源系统的MTTF（平均失效时间）计算值有所缩短，此方案的可靠稳定性尚需通过长期运行验证以及方案的持续完善来保障。除此之外，锂电池的梯次利用，以及梯次电池的余能检测等相关行业标准，陆续被出台，这对于规范梯次电池的应用，有着积极的推动意义。