傳統(tǒng)的智能水表在控制水閥開啟和關斷時,普遍采用的方法是內裝鋰電池。鋰電池的優(yōu)點是重量輕、能量大、自放電率低等。雖然如此,由于智能水表都沒有設計再充電電路,鋰電池使用到一定時間后,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,這對于水表生產廠家和自來水公司來說都是一件繁瑣的事情。更危險的是,電池電量不足的情況出現(xiàn)是隨機的,如果不和及時的監(jiān)測電池電量,將無法可靠地關斷水閥,造成無法計費、逃水現(xiàn)象等情況出現(xiàn)。這是內部安裝了鋰電池的智能水表的致命缺點,直接影響到它的推廣和使用。針對這一問題,水表生產廠家設計了很多方案,如:盡量降低功耗,在靜態(tài)時控制漏電流在10μA以內,保證電池可以連續(xù)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,如加上可靠的電池電量監(jiān)測電路,也會使成本增加。
新的解決方案
---為了解決這一制約智能水表發(fā)展的瓶頸問題,已有不少廠家嘗試了一種全新的方案,那就是用超級電容(Super-Capacitor)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的一種無源器件,性能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,同時也有電池的儲能特性,并且重復使用壽命長,放電時利用移動導體間的電子(而不依靠化學反應)釋放電流,從而為設備提供電源
超級電容的特性
---以美國庫柏(Cooper)超級電容為例,與電池進行比較,有如下一些明顯特性:
* 超低串聯(lián)等效電阻(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啟提供了保障。
* 超長壽命,充放電大于50萬次,是鋰離子電池的500倍,是鎳氫和鎳鎘電池的1000倍,如果對超級電容每天充放電20次,連續(xù)使用可達68年。
* 可以大電流充電,充放電時間短,對充電電路要求簡單,無記憶效應。
* 免維護,可密封。
* 溫度范圍寬-40~+70℃,普通電池是-20~60℃。
方案描述
---與內裝鋰電池的智能水表相比,這種方案是用超級電容替換鋰電池封裝在水表中,同時外接干電池供電。平時干電池提供水表電路所需能量和對超級電容的充電,在需要開啟水閥時,由外接干電池提供能量將水閥開啟;在需要關斷水閥時,如果外接電池不能提供能量將水閥關斷,那么超級電容將在此刻提供能量來關斷水閥。如同一個儲水箱,平時將水存儲起來,在停水時才起作用。
---圖2是應用示意圖。正常情況下,電池通過電阻R、二級管D1向負載和超級電容充電。電阻R的作用是限制電流過大,因為超級電容內阻很小,充電時電流較大可能造成電池損壞。二級管D1防止反向電流。當電池電壓過低,或突然斷電時(如取下電池),由超級電容繼續(xù)為電路提供電源,同時,超級電容存儲的能量足以關斷閥門。
方案優(yōu)點
---這種方案明顯優(yōu)于以前的設計,優(yōu)點如下:
*將電池從水表中分離出來,從而可以不考慮電池壽命對水表的影響,大大延長了水表的使用時間。
* 另一方面,超級電容的大電流放電特性保障了水閥關斷的可靠性,在外接干電池電量不足時,仍能利用存儲在超級電容上的能量將水閥關斷。
* 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,漏電流指標變得不再重要。如果電池電量不足,用戶可以隨時更換。這樣,不僅使電路設計簡化,減少產品的出廠檢驗工序,還使產品的成本降低。