新的解决方案---为了解决这一制约智能水表发展的瓶颈问题,已有不少厂家尝试了一种全新的方案,那就是用超级电容(Super-Capacitor)代替锂电池应用于智能水表。超级电容是近几年才批量生产的一种无源器件,性能介于电池与普通电容之间,具有电容的大电流快速充放电特性,同时也有电池的储能特性,并且重复使用寿命长,放电时利用移动导体间的电子(而不依靠化学反应)释放电流,从而为设备提供电源,见图1超级电容的特性---以美国库柏(Cooper)超级电容为例,与电池进行比较,有如下一些明显特性:* 超低串联等效电阻(ESR),功率密度(PowerDensity)是锂离子电池的数十倍以上,适合大电流放电,(一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上)为水表控制电机阀或电磁阀的可靠开启提供了保障。*超长寿命,充放电大于50万次,是锂离子电池的500倍,是镍氢和镍镉电池的1000倍,如果对超级电容每天充放电20次,连续使用可达68年。* 可以大电流充电,充放电时间短,对充电电路要求简单,无记忆效应。* 免维护,可密封。* 温度范围宽-40~+70℃,普通电池是-20~60℃。
方案描述---与内装锂电池的智能水表相比,这种方案是用超级电容替换锂电池封装在水表中,同时外接干电池供电。平时干电池提供水表电路所需能量和对超级电容的充电,在需要开启水阀时,由外接干电池提供能量将水阀开启;在需要关断水阀时,如果外接电池不能提供能量将水阀关断,那么超级电容将在此刻提供能量来关断水阀。如同一个储水箱,平时将水存储起来,在停水时才起作用。---图2是应用示意图。正常情况下,电池通过电阻R、二级管D1向负载和超级电容充电。电阻R的作用是限制电流过大,因为超级电容内阻很小,充电时电流较大可能造成电池损坏。二级管D1防止反向电流。当电池电压过低,或突然断电时(如取下电池),由超级电容继续为电路提供电源,同时,超级电容存储的能量足以关断阀门。方案优点---这种方案明显优于以前的设计,优点如下:*将电池从水表中分离出来,从而可以不考虑电池寿命对水表的影响,大大延长了水表的使用时间。*另一方面,超级电容的大电流放电特性保障了水阀关断的可靠性,在外接干电池电量不足时,仍能利用存储在超级电容上的能量将水阀关断。*以前一味追求的漏电流指标,主要是为了保障电池的使用寿命,改用超级电容后,漏电流指标变得不再重要。如果电池电量不足,用户可以随时更换。这样,不仅使电路设计简化,减少产品的出厂检验工序,还使产品的成本降低。
结论---这种方案克服了现阶段智能水表的缺点,为智能水表的发展找到了一条新的途径。目前国内已有多家水表生产厂应用该方案,实践证明,它是切实可行的。