超級電容在智能水表中的應用方案

中心議題：

• 智能水表發(fā)展中的問(wèn)題
• 超級電容的特性

解決方案：

• 超級電容代替鋰電池應用于智能水表

(一) 智能水表簡(jiǎn)介

傳統的智能水表，在控制水閥開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)，普遍采用的方法是內裝鋰電池。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(méi)有設計再充電電路，鋰電池使用到一定時(shí)間后，將無(wú)法為控制電路提供能量，不得不更換電池。上門(mén)為用戶(hù)更換電池或水表，這對于水表生產(chǎn)廠(chǎng)家和自來(lái)水公司來(lái)說(shuō)都是一件繁瑣的事。更危險的是，電池電量不足的情況出現是隨機的，如果不精確和及時(shí)的監測電池電量，將無(wú)法可靠的關(guān)斷水閥，造成無(wú)法計費、逃水現象等情況出現。這是內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。針對這一問(wèn)題，水表生產(chǎn)廠(chǎng)家設計了很多方案，如：盡量降低功耗，在靜態(tài)時(shí)控制漏電流在10uA以?xún)?，保證電池可以連續使用5年以上，這對電路的設計和元器件的選型提出了更高的要求，增加了設計難度和成品檢測的工序，元器件成本也增加了。如加上可靠的電池電量監測電路，也會(huì )使成本增加。

(二) 超級電容在智能水表中的應用方案

為了解決這一制約智能水表發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，已有不少廠(chǎng)家嘗試一種全新的方案，那就是用超級電容代替鋰電池應用于智能水表。超級電容是近幾年才批量生產(chǎn)的一種無(wú)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)也有電池的儲能特性，并且重復使用壽命長(cháng)，放電時(shí)利用移動(dòng)導體間的電子(而不依靠化學(xué)反應)釋放電流，從而為設備提供電源。

超級電容的特性

超級電容與電池比較，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)為水表控制電機閥或電磁閥的可靠開(kāi)啟提供了保障。

2、超長(cháng)壽命，充放電大于50萬(wàn)次，是Li-Ion電池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd電池的1000倍，如果對超級電容每天充放電20次，連續使用可達68年。

3、可以大電流充電，充放電時(shí)間短，對充電電路要求簡(jiǎn)單，無(wú)記憶效應。

4、免維護，可密封。

5、溫度范圍寬-40℃～+70℃，一般電池是-20℃～60℃。

超級電容在智能水表中的應用方案描述

與內裝鋰電池的智能水表相比較，這種方案是用超級電容替換鋰電池，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超級電容充電，在需要開(kāi)啟水閥時(shí)，先檢測超級電容是否存儲足夠能量，如果沒(méi)有存儲足夠能量，將不開(kāi)啟水閥，當檢測它存儲足夠能量時(shí)，由外接干電池提供能量將水閥開(kāi)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，那么超級電容將在此刻提供能量來(lái)關(guān)斷水閥。如同一個(gè)儲水箱，平時(shí)將水存儲起來(lái)，在停水時(shí)提供必要的水。

超級電容在智能水表中的應用方案優(yōu)點(diǎn)

這種方案明顯優(yōu)于以前的設計，優(yōu)點(diǎn)如下：

1、將電池從水表中分離出來(lái)，從而可以不考慮電池壽命對水表的影響，延長(cháng)了水表的使用時(shí)間。

2、另一方面，超級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)，仍能利用存儲在超級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，主要是為了保障電池的使用壽命，改用超級電容后，漏電流指標變得不重要。如果電池電量不足，用戶(hù)可以隨時(shí)更換。這樣，不僅使電路設計簡(jiǎn)化，減少產(chǎn)品的出廠(chǎng)檢驗工序，還使產(chǎn)品的成本降低。

(三) 結論

這種方案克服了現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。