根据国家统计局数据显示,2018年,我国锂离子电池产量已累计达139.87亿只。按照国家规定,当动力锂离子电池容量衰减至80%以下,要进行强制回收。预计到2020年,我国退役动力锂离子电池将累计约达20万吨,可以说首个动力锂离子电池“退役潮”已经到来,废弃动力锂离子电池的回收与利用,已经成为一个重要的社会议题。
我国铁塔公司是动力锂离子电池梯次利用的最重要用户之一,有着“基站之王”的称号。自2018年起,公司旗下200万个基站,已开始全部采用退役动力锂离子电池。预计到2020年,铁塔基站的需求可以消化1000万辆新能源汽车的退役动力锂离子电池,成为“退役潮”中资源回收和环境保护的中坚力量。
钛酸锂离子电池的基本特性
钛酸锂(LTO)电池,通常是指以钛酸锂材料为负极,与锰酸锂、三元锂或磷酸铁锂等正极材料,组成的2.4V或1.9V的锂离子二次电池。目前,国内最大的钛酸锂离子电池生产公司是总部位于珠海的银隆新能源股份有限公司,其掌握了钛酸锂离子电池的核心技术,批量生产钛酸锂离子电池并广泛应用新能源汽车与储能方面。
钛酸锂材料(Li4Ti5O12)具有稳定的三维晶体结构,被称为“零应变材料”,充放电过程中结构几乎不发生变化,在锂离子电池负极材料中备受关注。同时具有电化学反应速度快,放电平台平坦且可达1.55V的先天性优势。可以预见,未来钛酸锂将会成为新一代锂离子电池的负极材料而被广泛应用在新能源汽车和储能应领域。
银隆通过纳米化工艺与结构控制技术相结合,研发、生产的钛酸锂离子电池,具有高安全、快充放、耐宽温、长寿命等突出性能。
梯次钛酸锂离子电池的比较优势
新能源汽车动力锂离子电池大多采用镍系列和锂系列,这些动力锂离子电池的梯次利用被誉为是目前的重点发展对象。其中锂离子电池因其不含任何重金属与稀有金属,对环境友好无污染,在储能应用中受到了广泛关注。比较铅酸电池和磷酸铁锂离子电池,以钛酸锂动力锂离子电池作为梯次利用对象,优势十分明显。
首先,铅酸电池稳定工作的温度范围为15~35℃,磷酸铁锂为-20~50℃;而钛酸锂离子电池具备-50~60℃的超宽温使用范围,在高温和低温环境下仍可保持电池的优良性能。其次,钛酸锂离子电池具有5~10C的充放电倍率,大于磷酸铁锂离子电池2C的充放电和5C以上的启动电流倍率,而铅酸电池无此功能。此外,相较于全生命周期仅有5年左右的铅酸电池,钛酸锂离子电池的梯次利用寿命,理论上还剩余10~20年,仍具有上万次的深度循环次数;而且占地小、重量轻、运输成本低,重量和体积为同容量铅酸电池的1/2~2/3。其优秀的性能,让同等级的铅酸电池、磷酸铁锂离子电池等望尘莫及。
银隆钛酸锂储能系统
银隆钛酸锂储能系统可为客户供应定制化的设计,为基站供应稳定、安全、可靠的通信电源,降低因供电不足或意外断电所造成通信中断、系统瘫痪的风险,非常适用于铁塔基站储能,特别是在离网模式下,优势尤为显著。
与并网模式下的铁塔基站相比,离网模式下的铁塔基站大多分布在气候、环境复杂,且较为偏远的地区,若储能电池安全性不高,循环寿命不足,则需定期维护及更换,新增维护、购置、运输、安装等成本。银隆钛酸锂离子电池具备全生命周期内基本无需维护,有效节省维护成本;应用年限内无需更换电池,大大节省购置、运输、安装成本的优势。而且当铁塔基站处于多云、连雨等光照时间较短的特殊气候条件下时,银隆钛酸锂离子电池6~10分钟即可补充90%以上的电量,从而保证铁塔基站正常工作;针对处于低温环境下的铁塔基站,银隆钛酸锂离子电池无需电加热功能即可稳定应用,防止了系统启动缓慢,甚至无法启动的情况发生,保障铁塔基站稳定工作,可谓铁塔基站储能的不二之选。
银隆钛酸锂离子电池管理系统
安全,从来都是钛酸锂的核心优势之一。而银隆钛酸锂储能系统更加有第二层保险屏障——电池管理系统(BMS)。
银隆电池管理系统(BMS)重要用于对蓄电池充放电过程进行管理,一般由监测、保护电路、电气通讯接口等组成,以保证电池安全使用、充分发挥电池性能、延长使用寿命为目的,除具备欠过压保护、过流报警、短路防护等标准功能外,还具有以下优势:
双向均衡:双向主动均衡,高能量单体直接转移到低能量单体,均衡速度快;
高精度:单体电池电压采集精度2mV,电流采集精度0.5%,SOC估算误差±5%;
快充放:通过主动均衡快速均衡,能使电池组快充放条件及复杂运行工况下也能保证容量不衰减;
高安全:硬件电路采用多重隔离,抗干扰能力强,有效保障系统安全。
铁塔基站的实际应用
目前,银隆钛酸锂储能系统已在四川凉山、绵阳、阿坝以及甘肃敦煌等地的铁塔基站投入使用,事实证明,在高海拔、无市电接入、多阴雨天气的偏远地区,仍可稳定高效运行。
投入使用的梯次银隆钛酸锂储能系统中,实现了光伏控制器与BMS之间的信息交互。同时配备远程智能监控平台,运用互联网+技术、GPS、无线通讯(GPRS、CDMA)和地理信息(GIS)技术,具备数据采集、解析、缓存等功能,对储能系统地理位置和运行状态实时监控,快速判断系统运行状况进行故障诊断,还可防止偷盗行为。
光伏DC/DC与储能BMS系统交互信息:针对一些无市电接入的基站,光伏与储能系统仅存在电气物理连接,没有通讯。银隆电池管理系统支持与光伏控制器进行信息交互,协同控制整个系统:当储能电池按照既定策略充满时,BMS请求光伏控制器停止充电,限制光伏输出功率;当储能电池按照既定策略未充满时,光伏控制器协同BMS实现功率有效调节,BMS与光伏控制器双层保护机制大大新增了整个系统的安全可靠性。
基站储能系统数据统一监管:基站储能电池数据由BMS监管,光伏电站数据由光伏控制器内监控单元管理,所以存在数据无法统一,管理混乱的问题。银隆远程智能监控平台,可对基站内电池信息(报警、保护)、光伏控制器电压电流等信息进行统一有效的远程监管。
大数据分析运行状况提前预警:针对一些偏远山区的储能系统,若无大数据分析,就地信息无法传输,基站无信息传出时才发现系统出现了异常,且无法监测具体的异常情况,这将大大新增了基站运营成本。银隆远程智能监控平台,可进行大数据分析比较,对电池的性能及运行状况做到提前预警,当发现电池一致性不好时,可远程查看系统哪一串哪一个电池的一致性下降,远程排查异常,去到现场直接更换特定的电池,大大新增了基站运营效率,降低运营成本。
《我国汽车动力锂离子电池回收拆解及梯次利用行业发展白皮书》分别对锂离子电池的经济价值进行了测算,对锂离子电池进行梯次利用,经济收益能达到每吨3~4万元。假如对“退役潮”中的动力锂离子电池进行有效地回收和梯次利用,可以出现的经济效益和环保效果是十分巨大的,铁塔基站项目和银隆钛酸锂储能电池都在贡献自己的力量。
梯次电池的应用,应遵循小模块、低电压、高冗余、小电流、非移动的原则使用,因此通信基站相比于其他场景更适合应用梯次电池。而且动力锂离子电池的梯次利用,是国家节能环保、发展新能源等战略中,新兴产业发展的重大创新,有关推动低碳经济、绿色经济、循环经济具有非常重要的现实意义。