超級電容器在智能水表上的應(yīng)用

（一）智能水表簡介

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，已有不少廠家嘗試一種全新的方案，那就是用超級電容代替鋰電池應(yīng)用于智能水表。超級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，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(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，如果對超級電容每天充放電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，對充電電路要求簡單，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，在需要開啟水閥時(shí)，先檢測超級電容是否存儲(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。

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水表的影響，延長了水表的使用時(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(chǔ)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(biāo)，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(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。 (end)

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