铅酸电池主动均衡技术研究及应用

通信世界网消息（CWW）铅酸蓄电池具有成本低、安全性好、技术成熟等优势，被广泛应用于通信机房、基站的备电保障场景，是通信行业一类重要运营资产。随着使用年限增长，铅酸蓄组单体电池之间的一致性变差，出现“落后单体”电池，导致整组电池放电时长缩短，通常在通信基站铅酸电池组的使用寿命约为5～6年，而在太阳能基站等部分自然环境恶劣的通信基站，铅酸蓄电池使用寿命甚至仅有1～2年。

每年都有大量基站面临铅酸电池的更新改造，改造规模大、投资高。以中国铁塔为例，现有约210万个通信基站，铅酸电池应用比例达50%以上，每年大量电池面临淘汰替换，如何实现存量铅酸电池价值的深度挖潜，有效延长铅酸电池在网使用寿命、降低运营成本，是当前通信行业亟需解决的课题。

不同铅酸电池修复及延寿技术对比

在铅酸电池使用过程中，电池容量下降主要受“落后电池”的影响，“落后电池”的出现拉低了整组电池输出电压，当电池组电压低于43.2V时，电池组停止放电。电池组中“落后电池”数量越多，单体落后程度越高，则电池组实际可用容量就越小，电池组放电时长越短。

当前，铅酸电池延寿技术手段较多，如电池补液、脉冲充电、直流/直流（DC/DC）升压、主动均衡等。主流铅酸电池修复和延寿技术路线如表1所示，各种技术路线在成本、效果、可靠性等方面差异较大，但此前鲜见系统性对比研究。

中国铁塔根据通信基站铅酸电池实际应用工况，设计对比试验方案，开展了不同技术路线的铅酸电池修复及延寿技术实验室对比测试。

通过“电池补液+脉冲除硫”方案实验室测试发现，该方案仅对因失水干涸及轻度硫酸盐化铅酸电池有修复作用，对其他劣化原因电池修复效果不明显，因此应用范围有限，不具有通用性。另外，测试中发现，在线式脉冲充电方式给直流供电系统引入噪声干扰，超过通信行业标准限制要求，降低了通信直流系统电能质量。

DC/DC升压方案技术原理如图1所示，在电池组输出侧增加双向DC/DC设备，在电池组放电阶段，“落后单体”的出现导致电池组整体电压阶跃下降，但正常电池单体电量仍未放完，通过双向DC/DC进行升压，使电池组继续放电，延长了电池放电时间。

如图2所示，在测试中发现，DC/DC设备在延长电池放电时间的同时，导致多个“落后单体电池”出现了过度放电（电压降至1V以下），加速“落后电池”损坏，部分电池测试时出现高温发热至50℃，增加了安全风险。

主动均衡方案原理如图3所示，主动均衡设备接于每个单体电池两端。主动均衡设备采集每个单体电池的电压、电流和温度等数据，进行分析处理后控制每个单体电池充放电，将电量从容量高的单体转移到容量低的单体，从而减小单体之间的容量差。

主动均衡技术通过在电池单体之间主动调配容量，避免了“落后电池”导致的“木桶效应”，充分挖掘了全部单体电池可用容量，有效延长了整组电池放电时长，同时避免了“落后电池”发生过度放电。

同时，中国铁塔通还对已经开展铅酸电池修复和延寿应用的8个省开展问卷调研，基于实际应用情况，分别从应用效果、可靠性和安装维护便利度3个维度对三种技术路线进行综合评价。调研结果显示，主动均衡技术评价优于其他两种技术方案。

从实验室测试和实际应用调研综合分析，主动均衡技术相比其他两种技术路线，可有效延长电池放电时长，避免“落后电池”过度放电，可靠性高、安装维护便利，具备推广应用价值。

推广应用落地效果

当前，电池主动均衡技术已普遍应用于电动汽车的动力电池管理系统，以减少电池单体的不一致性。近年来，随着主动均衡技术成本降低，以及均衡能力的提升，通信基站铅酸电池应用主动均衡技术能力逐渐成熟。

中国铁塔高度重视技术标准化体系建设，深入开展电池主动均衡技术标准化研究，结合实验室测试和行业技术进展，组织制定并发布了通信行业首个铅酸电池主动均衡技术标准——《主动均衡式铅酸电池延寿设备技术要求及检测规范》（Q/ZTT2243-2023），对通信基站用铅酸电池主动均衡设备的容量规格、充放电均衡性能、单体电池监控要求、远程核容、需求侧响应、可靠性等性能指标及推荐配置方案进行规定，以推动该项技术普及应用。

中国铁塔自2022年开始推广应用铅酸蓄电池主动均衡技术，截至目前已有16个省份共1.1万个基站的1.8万组铅酸蓄电池应用了主动均衡技术，这部分基站平均备电时长由应用前的67分钟提升至211分钟。

一方面，主动均衡技术改变了传统的电池组容量衰减至一定程度时只能进行更换的解决方案，为铅酸电池资产运营提供了一种新思路，有效延长了铅酸电池使用年限，显著降低了运维成本，减少了报废处理铅酸蓄电池带来的环境污染与资源浪费。

与此同时，中国铁塔积极响应国家“双碳”战略，推广应用铅酸电池主动均衡技术，延长存量铅酸电池使用年限，降低铅酸电池更换频率。以生产铅酸蓄电池过程中碳排放量30kg/kWh为标准进行测算，中国铁塔已累计在约1.8万组存量铅酸电池中应用主动均衡技术，每年减少碳排放约1.3万吨，推动通信行业绿色低碳发展。

另一方面，铅酸电池是一类“哑设备”，智能化程度低，无法实现实时在线监测单体电池电压、电流、剩余容量等电池状态参数，经常发生电池老化导致的停电事故，需要维护人员定期上站进行核容试验，维护成本高昂。主动均衡设备具备铅酸电池单体监控能力，可实现对单体电池电压、电流的实时监控，及时发现“落后电池”，通过调节开关电源输出电压，实现远程铅酸电池核容，提升了铅酸电池的“可视、可管、可控”能力，将铅酸电池从“哑设备”变为“智能设备”，使铅酸电池具备一定的需求侧响应能力，实现了铅酸电池运行维护数字化智能化管理，降低了铅酸电池日常巡检容量测试成本，极大提升了工作效率，提高了通信网络质量。

中国铁塔面向通信基站备电质量提升及铅酸电池资产精细化运营维护的实际需求，坚持创新驱动，系统性开展了不同铅酸电池修复及延寿技术对比实验研究，确定了铅酸电池主动均衡技术路线，制定并发布了通信行业首个铅酸电池主动均衡技术标准，开展了铅酸电池主动均衡技术规模化推广应用，为通信行业存量铅酸电池资产精细化运营，即有效降低运营成本、提升供电可靠性和智能化水平、减少碳排放，提供了一种新的思路。

*本文刊载于《通信世界》

总第956期 2024年11月25日 第22期