通訊世界網訊息（CWW）鉛酸蓄電池具有成本低、安全性好、技術成熟等優勢，被廣泛應用於通訊機房、基站的備電保障場景，是通訊行業一類重要運營資產。隨著使用年限增長，鉛酸蓄組單體電池之間的一致性變差，出現“落後單體”電池，導致整組電池放電時長縮短，通常在通訊基站鉛酸電池組的使用壽命約為5～6年，而在太陽能基站等部分自然環境惡劣的通訊基站，鉛酸蓄電池使用壽命甚至僅有1～2年。
每年都有大量基站面臨鉛酸電池的更新改造，改造規模大、投資高。以中國鐵塔為例，現有約210萬個通訊基站，鉛酸電池應用比例達50%以上，每年大量電池面臨淘汰替換，如何實現存量鉛酸電池價值的深度挖潛，有效延長鉛酸電池在網使用壽命、降低運營成本，是當前通訊行業亟需解決的課題。
不同鉛酸電池修復及延壽技術對比
在鉛酸電池使用過程中，電池容量下降主要受“落後電池”的影響，“落後電池”的出現拉低了整組電池輸出電壓，當電池組電壓低於43.2V時，電池組停止放電。電池組中“落後電池”數量越多，單體落後程度越高，則電池組實際可用容量就越小，電池組放電時長越短。
當前，鉛酸電池延壽技術手段較多，如電池補液、脈衝充電、直流/直流（DC/DC）升壓、主動均衡等。主流鉛酸電池修復和延壽技術路線如表1所示，各種技術路線在成本、效果、可靠性等方面差異較大，但此前鮮見系統性對比研究。
中國鐵塔根據通訊基站鉛酸電池實際應用工況，設計對比試驗方案，開展了不同技術路線的鉛酸電池修復及延壽技術實驗室對比測試。
透過“電池補液+脈衝除硫”方案實驗室測試發現，該方案僅對因失水乾涸及輕度硫酸鹽化鉛酸電池有修復作用，對其他劣化原因電池修復效果不明顯，因此應用範圍有限，不具有通用性。另外，測試中發現，線上式脈衝充電方式給直流供電系統引入噪聲干擾，超過通訊行業標準限制要求，降低了通訊直流系統電能質量。
DC/DC升壓方案技術原理如圖1所示，在電池組輸出側增加雙向DC/DC裝置，在電池組放電階段，“落後單體”的出現導致電池組整體電壓階躍下降，但正常電池單體電量仍未放完，透過雙向DC/DC進行升壓，使電池組繼續放電，延長了電池放電時間。
如圖2所示，在測試中發現，DC/DC裝置在延長電池放電時間的同時，導致多個“落後單體電池”出現了過度放電（電壓降至1V以下），加速“落後電池”損壞，部分電池測試時出現高溫發熱至50℃，增加了安全風險。
主動均衡方案原理如圖3所示，主動均衡裝置接於每個單體電池兩端。主動均衡裝置採集每個單體電池的電壓、電流和溫度等資料，進行分析處理後控制每個單體電池充放電，將電量從容量高的單體轉移到容量低的單體，從而減小單體之間的容量差。
主動均衡技術透過在電池單體之間主動調配容量，避免了“落後電池”導致的“木桶效應”，充分挖掘了全部單體電池可用容量，有效延長了整組電池放電時長，同時避免了“落後電池”發生過度放電。
同時，中國鐵塔通還對已經開展鉛酸電池修復和延壽應用的8個省開展問卷調研，基於實際應用情況，分別從應用效果、可靠性和安裝維護便利度3個維度對三種技術路線進行綜合評價。調研結果顯示，主動均衡技術評價優於其他兩種技術方案。
從實驗室測試和實際應用調研綜合分析，主動均衡技術相比其他兩種技術路線，可有效延長電池放電時長，避免“落後電池”過度放電，可靠性高、安裝維護便利，具備推廣應用價值。
推廣應用落地效果
當前，電池主動均衡技術已普遍應用於電動汽車的動力電池管理系統，以減少電池單體的不一致性。近年來，隨著主動均衡技術成本降低，以及均衡能力的提升，通訊基站鉛酸電池應用主動均衡技術能力逐漸成熟。
中國鐵塔高度重視技術標準化體系建設，深入開展電池主動均衡技術標準化研究，結合實驗室測試和行業技術進展，組織制定併發布了通訊行業首個鉛酸電池主動均衡技術標準——《主動均衡式鉛酸電池延壽裝置技術要求及檢測規範》（Q/ZTT2243-2023），對通訊基站用鉛酸電池主動均衡裝置的容量規格、充放電均衡效能、單體電池監控要求、遠端核容、需求側響應、可靠性等效能指標及推薦配置方案進行規定，以推動該項技術普及應用。
中國鐵塔自2022年開始推廣應用鉛酸蓄電池主動均衡技術，截至目前已有16個省份共1.1萬個基站的1.8萬組鉛酸蓄電池應用了主動均衡技術，這部分基站平均備電時長由應用前的67分鐘提升至211分鐘。
一方面，主動均衡技術改變了傳統的電池組容量衰減至一定程度時只能進行更換的解決方案，為鉛酸電池資產運營提供了一種新思路，有效延長了鉛酸電池使用年限，顯著降低了運維成本，減少了報廢處理鉛酸蓄電池帶來的環境汙染與資源浪費。
與此同時，中國鐵塔積極響應國家“雙碳”戰略，推廣應用鉛酸電池主動均衡技術，延長存量鉛酸電池使用年限，降低鉛酸電池更換頻率。以生產鉛酸蓄電池過程中碳排放量30kg/kWh為標準進行測算，中國鐵塔已累計在約1.8萬組存量鉛酸電池中應用主動均衡技術，每年減少碳排放約1.3萬噸，推動通訊行業綠色低碳發展。
另一方面，鉛酸電池是一類“啞裝置”，智慧化程度低，無法實現實時線上監測單體電池電壓、電流、剩餘容量等電池狀態引數，經常發生電池老化導致的停電事故，需要維護人員定期上站進行核容試驗，維護成本高昂。主動均衡裝置具備鉛酸電池單體監控能力，可實現對單體電池電壓、電流的實時監控，及時發現“落後電池”，透過調節開關電源輸出電壓，實現遠端鉛酸電池核容，提升了鉛酸電池的“可視、可管、可控”能力，將鉛酸電池從“啞裝置”變為“智慧裝置”，使鉛酸電池具備一定的需求側響應能力，實現了鉛酸電池執行維護數字化智慧化管理，降低了鉛酸電池日常巡檢容量測試成本，極大提升了工作效率，提高了通訊網路質量。
中國鐵塔面向通訊基站備電質量提升及鉛酸電池資產精細化運營維護的實際需求，堅持創新驅動，系統性開展了不同鉛酸電池修復及延壽技術對比實驗研究，確定了鉛酸電池主動均衡技術路線，制定併發布了通訊行業首個鉛酸電池主動均衡技術標準，開展了鉛酸電池主動均衡技術規模化推廣應用，為通訊行業存量鉛酸電池資產精細化運營，即有效降低運營成本、提升供電可靠性和智慧化水平、減少碳排放，提供了一種新的思路。
*本文刊載於《通訊世界》
總第956期 2024年11月25日 第22期
