超級(jí)電容器在智能水表上的應(yīng)用
2008/2/29 16:56:00
(一)智能水表簡(jiǎn)介 傳統(tǒng)的智能水表,在控制水閥開啟和關(guān)斷時(shí),普遍采用的方法是內(nèi)裝鋰電池。鋰電池的優(yōu)點(diǎn)在于重量輕、能量大、自放電率低等。雖然如此,由于智能水表都沒有設(shè)計(jì)再充電電路,鋰電池使用到一定時(shí)間后,將無法為控制電路提供能量,不得不更換電池。上門為用戶更換電池或水表,這對(duì)于水表生產(chǎn)廠家和自來水公司來說都是一件繁瑣的事。更危險(xiǎn)的是,電池電量不足的情況出現(xiàn)是隨機(jī)的,如果不精確和及時(shí)的監(jiān)測(cè)電池電量,將無法可靠的關(guān)斷水閥,造成無法計(jì)費(fèi)、逃水現(xiàn)象等情況出現(xiàn)。這是內(nèi)部安裝了鋰電池的智能水表的致命缺點(diǎn),直接影響到它的推廣和使用。針對(duì)這一問題,水表生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)了很多方案,如:盡量降低功耗,在靜態(tài)時(shí)控制漏電流在10uA以內(nèi),保證電池可以連續(xù)使用5年以上,這對(duì)電路的設(shè)計(jì)和元器件的選型提出了更高的要求,增加了設(shè)計(jì)難度和成品檢測(cè)的工序,元器件成本也增加了。如加上可靠的電池電量監(jiān)測(cè)電路,也會(huì)使成本增加。 (二)方案 為了解決這一制約智能水表發(fā)展的瓶頸問題,已有不少?gòu)S家嘗試一種全新的方案,那就是用超級(jí)電容代替鋰電池應(yīng)用于智能水表。超級(jí)電容是近幾年才批量生產(chǎn)的一種無源器件,介于電池與普通電容之間,具有電容的大電流快速充放電特性,同時(shí)也有電池的儲(chǔ)能特性,并且重復(fù)使用壽命長(zhǎng),放電時(shí)利用移動(dòng)導(dǎo)體間的電子(而不依靠化學(xué)反應(yīng))釋放電流,從而為設(shè)備提供電源。 超級(jí)電容的特性 超級(jí)電容與電池比較,有如下特性: 1、超低串聯(lián)等效電阻(LOW ESR),功率密度(Power Density)是鋰離子電池的數(shù)十倍以上,適合大電流放電,(一枚4.7F電容能釋放瞬間電流18A以上)為水表控制電機(jī)閥或電磁閥的可靠開啟提供了保障。 2、超長(zhǎng)壽命,充放電大于50萬次,是Li-Ion電池的500倍,是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍,如果對(duì)超級(jí)電容每天充放電20次,連續(xù)使用可達(dá)68年。 3、可以大電流充電,充放電時(shí)間短,對(duì)充電電路要求簡(jiǎn)單,無記憶效應(yīng)。 4、免維護(hù),可密封。 5、溫度范圍寬-40℃~+70℃,一般電池是-20℃~60℃。 方案描述 與內(nèi)裝鋰電池的智能水表相比較,這種方案是用超級(jí)電容替換鋰電池,封裝在水表中,同時(shí)外接干電池供電。平時(shí)干電池提供水表電路所需能量和對(duì)超級(jí)電容充電,在需要開啟水閥時(shí),先檢測(cè)超級(jí)電容是否存儲(chǔ)足夠能量,如果沒有存儲(chǔ)足夠能量,將不開啟水閥,當(dāng)檢測(cè)它存儲(chǔ)足夠能量時(shí),由外接干電池提供能量將水閥開啟;在需要關(guān)斷水閥時(shí),如果外接電池不能提供能量將水閥關(guān)斷,那么超級(jí)電容將在此刻提供能量來關(guān)斷水閥。如同一個(gè)儲(chǔ)水箱,平時(shí)將水存儲(chǔ)起來,在停水時(shí)提供必要的水。 來源:輸配電設(shè)備網(wǎng) 方案優(yōu)點(diǎn) 這種方案明顯優(yōu)于以前的設(shè)計(jì),優(yōu)點(diǎn)如下: 1、將電池從水表中分離出來,從而可以不考慮電池壽命對(duì)水表的影響,延長(zhǎng)了水表的使用時(shí)間。 2、另一方面,超級(jí)電容的大電流放電特性保障了水閥關(guān)斷的可靠性,在外接干電池電量不足時(shí),仍能利用存儲(chǔ)在超級(jí)電容上的能量將水閥關(guān)斷。 3、以前一味追求的漏電流指標(biāo),主要是為了保障電池的使用壽命,改用超級(jí)電容后,漏電流指標(biāo)變得不重要。如果電池電量不足,用戶可以隨時(shí)更換。這樣,不僅使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化,減少產(chǎn)品的出廠檢驗(yàn)工序,還使產(chǎn)品的成本降低。 (三)結(jié)論 這種方案克服了現(xiàn)階段智能水表的缺點(diǎn),為智能水表的發(fā)展找到了一條新的道路,實(shí)踐證明是切實(shí)可行的,值得大力推廣。
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