新一代智慧锂电技术演进白皮书

2022年5月电技术演进白皮书版权声明电技术演进白皮书.....................................................................................................(二)通信系统备电现状.................................................................................................................................................................................................G............................................................................(三)现有电池存在问题.............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................(一)技术演进方向.........................................................................................................(二)技术架构组成.........................................................................................................G....................(一)备电架构技术演进方向.........................................................................................(二)各等级机房备电方案..........................................................................................................................................................................................及备电策略..................................................................................................前言 1 3(一)电池系统应用现状 31.通信用铅酸电池现状 3 7993.多级备电方案 34四、智慧锂电推进规划 36(一)实施规划 36(二)产业链推进建议 37五、总结和展望 39电技术演进白皮书-1-前言发展的两大主要驱动力，为第五代移动通信(5G)提供了广阔的应G加多样化的场景，融合多种无线接入方式，并充分利用G系统提出了更高的保障等级要求。电技术演进白皮书-2-划。编写组成员(排名不分先后)：昌-3- (一)电池系统应用现状合适的选择。应用提出了多样化的需求，如短时大电流放电、集成化等要求。5G电技术演进白皮书-4-环境恶劣，温度变化范围宽，环境恶劣，温度变化范围宽，有时可能达到45℃以上高温。作为后备用的阀控式密封铅酸蓄电池一般采用铅钙合金作为板栅材料，这种合金通常加入0.06%~0.1%的Ca，这将保证电池具有较高的析气过电位，耐腐蚀性良好，从而分为锂金属电池(极少的生产和使用)和锂离子电池(现今大量使用)。因电器、纯电动汽车、储能电站中。2.通信用锂电池应用现状5G时代下，小型基站日益成为一种主流。这是因为5G的流量电技术演进白皮书-5-多种通讯设备提供后备电源。电技术演进白皮书-6-图0-1通信用锂电池发展历史表2-1通信用锂电池技术指标发展表征2009~20112011~20132013~2020点20Ah~2000Ah15串25℃800次1000次电技术演进白皮书-7-MSMS增加告警、开关机、充电限流功能增加通讯协议、反接保UG、特殊场景表表2-2锂电池技术标准发布情况表位2009.4YDB032—2009通信用后备式锂离2011.12YD/T2344.1—2011通信用磷酸铁2012.12QB-H-005-2012通信基站用磷酸铁2015.10YD/T2344.2—2015通信用磷酸铁2016.9Q/ZTT2217.3-2016蓄电池技术要求第3部分：磷酸铁锂电池组(集成式)2017.7锂电池组3.梯次锂电的现状梯次电池是指电动汽车等领域的动力电池不能满足现有电动车电技术演进白皮书-8-染，实现动力电池再生利用的目的。点：1)循环寿命点：1)循环寿命而全新的传统铅酸电池一般为3-6年使用寿命和200次的实际循环2)温度性能磷酸铁锂电池工作温度范围宽，一般在-10℃~55℃之间都能正依赖。3)能量密度电技术演进白皮书-9-4)4)绿色环保磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属，通过无毒(SGS)认表2-3铅酸电池与梯次电池技术指标对比表 (二)通信系统备电现状站设备供电。比能量最大可超过130Wh/Kg，体积比能量为210Wh/L；铅酸电池产品重量比能量为40Wh/Kg左右 (0.2C，25℃)，体积比能量为70Wh/L。指标对比显示，梯次电池本低的优点。标称循环寿命(次)200能量密度(Wh/kg)工作温度(℃)电技术演进白皮书-10-电电池。1)一类局站应包括省级及以上枢纽、容灾备份中心、长途通信海缆登陆站。1)一类局站应包括省级及以上枢纽、容灾备份中心、长途通信海缆登陆站。2)二类局站应包括地市级枢纽、国家级传输干线站、互联网数据中心(R1级)、卫星地球站、客服大楼、无线电台、网管中心。电技术演进白皮书-11-间根据站内设备重要性设置了两级，无线设备在1~5小时，传输设1)阀控式铅酸蓄电池为非标准化设备，占地面积大，承重要求本高。2)不同容量、不同生产日期、不同厂家、不同批次的电池组均增加了运维成本。3)在线运行的电池组剩余容量无法监控，导致有些局站在市电停电的时候，才发现电池组容量衰减严重，甚至造成通信设备断电，严重影响了供电可靠性。电技术演进白皮书-12-4.5G网络对电池备电的挑战外直流电源(不带电池)的方式、市电+室外直流电源(带电池)的方式两级结构演进到外直流电源(不带电池)的方式、市电+室外直流电源(带电池)的方式从现在的多层树状结构向未来的扁平化多连接演进，通信局房将向DC电技术演进白皮书-13-图图0-2通信局房演进图用室外的多种安装方式，迫切需要寻求新型电池来迎接所面临的挑战。 (三)现有电池存在问题场施工周期长。另外现有电池系统普遍采用建设初期按终期需求进行规模建设及投资。此模式下电池系统在寿命期可能长期处于高空置率，极大影响投资有效性；在终期需求到来时，电池系统已达到报废年限，造成前期投资浪费。电池系统也可以采用按需逐步投资模式，但现有电池电技术演进白皮书-14-承重设计一般为150~200kg/m2，而铅酸蓄电池对机房的承重要求不低于400kg/m2，所以在现有的池的问题1)环境温度要求比较高电费支出。2)机房面积和承重要求高电技术演进白皮书-15-更轻。3)高倍率放电性能较差4)铅酸蓄电池没有纳入监控系统5)造成环境污染24)铅酸蓄电池没有纳入监控系统5)造成环境污染2.锂电池存在的问题1)低温性能较差低而降低。电技术演进白皮书-16-Ah电池的温度与循环寿命之间的关系电解液中溶剂化Li+迁移速度加快，加重了SEI膜的负担，甚至溶剂图图2-3温度-寿命曲线图电技术演进白皮书-17-2)锂电混用问题为拉远站供电。该方式的特点是供电距离较远，需要在近端将直流压至48V为设备供电。这种供电方式建设成本高，需要配套对端的为拉远站供电。该方式的特点是供电距离较远，需要在近端将直流压至48V为设备供电。这种供电方式建设成本高，需要配套对端的电技术演进白皮书-18-11)电池拆解问题3.梯次电池的问题和挑战也非常的多，如果不能有效解决，就不能实现真正的产业化。ck技术各不相同，意味着同一套拆解流水线不可能适合所有的电池k。业，而pack本身是高能量载体，如果操作不当，可能会发生短路、梯次利用的各种方案中，最合理的方案应该是原有动力电池拆解得不偿失。电技术演进白皮书-19-3)性能问题3)性能问题2)回收利用状态问题动力电池剩余容量低于80%时应该报废，但目前没有强制报废池数量较少，有可能出现产量不足的问题。系还是未知数，出现容量骤4)厂家响应程度问题-20- (一)技术演进方向基CT电技术演进白皮书-21-2)电池系统的功率、容量可依据现场业务保障需求，通过并联4)基础电池产品的部分模组发生故障，可仅更换故障部分的模不同批次的模组混合使用不会造成主要性能指标的劣化。2.标准化4)基础电池产品的部分模组发生故障，可仅更换故障部分的模不同批次的模组混合使用不会造成主要性能指标的劣化。2.标准化家的基础电池产品的组合使用，从根本上解决现有电池系统架构复杂、2)减少电池产品容量规格，统一输入、输出连接模式及规格，电技术演进白皮书-22-2)电池组系统可以依据负荷需2)电池组系统可以依据负荷需求变化，自动调整工作状态，实3.智能化电3)在业务闲时，电池组系统可与电源系统协同工作，完成电池电池组使用寿命的精确掌控。4.数字化电技术演进白皮书-23-据的基础上，提升采集/监控数据的处理能力，从而进一步的提升电2)电池组系统与监控系统结合，利用数字化技术(如大数据、2)电池组系统与监控系统结合，利用数字化技术(如大数据、管控的安全认证。如离线状态下执行控制或重要参数调整等操作时，5.轻量化电技术演进白皮书-24-1)电池的轻量化指标包含体积能量密度和重量能量密度两个指不低于180Wh/1)电池的轻量化指标包含体积能量密度和重量能量密度两个指不低于180Wh/kg，只有该指标不断提升，才能不断降低电池组系量要求指标。2)电池的轻量化指标还包含大幅降低电池组配置容量的需求。需要提升短时间高功率供电能力，才能有效降低电池组的配置容量，面积等方面的需求。6.安全防护在长期使用过程中由于充放电制度和环境因素使电池老化等均可能电技术演进白皮书-25-1)造成漏液，电池体内温度上升，保护层逐渐毁坏，致腐蚀性2)造成自燃，锂电池短路时产生的火花会在瞬间点燃电解液，3)造成爆炸，锂电池体内温度上升较快，由于外壳熔化速度较3)造成爆炸，锂电池体内温度上升较快，由于外壳熔化速度较2)如果电池组之间存在不一致性，在工作时容易造成环流，当当前，锂电池技术发展过程中研发了多种技术来降低运行隐患及护。电技术演进白皮书-26-4)当电池出现自燃时，应有保护措施立即对电池做持续的降温4)当电池出现自燃时，应有保护措施立即对电池做持续的降温ABC干粉灭火器或二氧化碳型灭火器扑灭明火，即使出现了明火，自燃”更可怕。 (二)技术架构组成电技术演进白皮书-27-3)智能管控：采用间歇充电、自动后备运行等技术可以有效减3)智能管控：采用间歇充电、自动后备运行等技术可以有效减典型架构1)分布式架构直流电源图直流母 信载独立锂电池组独立锂电池组独立锂电池组独立锂电池组3-1智慧锂电分布式架构图2)易维护性：在线热插拔，维护简单快速，无需手动设置运行相比传统锂电池组(锂电池+BMS)的架构，额外增加了DC/DC电技术演进白皮书-28-组成系统的多个锂电池组中的1个锂电池组自动/手动成为系统数采集等功能；如该模块出现故障，组作为主控模块；亦可恢复至传统模式，，运行状态依据预设的参数自动调整。2)集中式架构直流电源通信线直流母信负载图3-2智慧锂电集中式架构图 (RS485/RS422/CAN总线)连接至主控模块，整个系统的电压调独立锂电池组独立锂电池组独立锂电池组独立锂电池组主控模块电技术演进白皮书-29-元的数据通信功能。SOCSOH核对判定，充电/放电状态下的能量分配定，依据主控模块下发的参数进行充电/放电运行参数调整，并可以。电技术演进白皮书-30- (一)备电架构技术演进方向为适应云计算和大规模5G无线网络建设等新技术及业务的发为适应云计算和大规模5G无线网络建设等新技术及业务的发类型的高功耗、高可靠性特点，需建立统一、标准的备电架构(含标置方案和运行策略为多类型复杂场景的应用模型和分等级建设的业营商的各等级5G网络机房。电技术演进白皮书-31-2.资源池化间可基于标准化接口实现跨接与容量共享，在不同供电系统之间流动，3.预制化G的大规模建设必然带来网络能耗大幅度增长，如何在备间可基于标准化接口实现跨接与容量共享，在不同供电系统之间流动，3.预制化随着5G全面部署，商业应用的变现对基础设施交付速度和质量提出了新的需求，要更好地支撑5G无线网络快速开通。通信行有这样才能满足基站、边缘计算/接入机房和数据中心快速部署的要即用式安装)即可快速投入应用。结合电池系统模组化特性，可实现电技术演进白皮书-32-设备的历史运行状态进行分析，预测电池组的维护保养、模组更换、4.数字化1)建设数字化：实时监控，可以实现建设安装交付过程极简化。2)运维数字化：管行视化运维管理，实现可管、可控。数字化备电架构的终极目标是以最优化建维成本负担5G网络电技术演进白皮书-33- (二)各等级机房备电方案2.业务分级及备电策略全部业务按照重要性从高到低的原则分为一级到N级多个负荷等级。电的差异化保障。电技术演进白皮书-34-间按20h。3.多级备电方案1)一级业务备电方案间按20h。2)二级业务备电方案3)三级业务备电方案源，无固定油机。电技术演进白皮书-35-4)四级业务备电方案电技术演进白皮书-36- (一)实施规划广发展的重点。首先推动智慧锂电技术的研究，在运营商和CCSA投广发展的重点。首先推动智慧锂电技术的研究，在运营商和CCSA投V在该阶段，大部分锂电池及铅酸电池48V应用场景均已由智慧锂电替代，集成电池系统逐步推进，在运营商和CCSA等组织内完电技术演进白皮书-37-电系统。 (二)产业链推进建议1)首先制定运营商的内部企业标准，并逐步推进 (二)产业链推进建议1)首先制定运营商的内部企业标准，并逐步推进CCSA行业编制工作。2)