計(jì)量論壇

標(biāo)題: 超級電容應(yīng)用-智能水表 [打印本頁]

作者: csxfjsw123    時間: 2007-5-1 20:39
標(biāo)題: 超級電容應(yīng)用-智能水表
超級電容應(yīng)用-智能水表
      

摘 要:本文介紹了一種利用串行時鐘芯片DS1302設(shè)計(jì)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)及其軟硬件實(shí)現(xiàn)方案。
關(guān)鍵詞:時間控制器;單片機(jī);DS1302

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,普遍采用的方法是內(nèi)裝鋰電池。鋰電池的優(yōu)點(diǎn)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(shè)計(jì)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(chǎn)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(jī)的,如果不精確和及時的監(jiān)測電池電量,將無法可靠地關(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)時控制漏電流在10μA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,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(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,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(fù)使用壽命長,放電時利用移動導(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,見圖1


超級電容的特性
---以美國庫柏(Cooper)超級電容為例,與電池進(jìn)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(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。
* 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(dá)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(yīng)。
* 免維護(hù),可密封。
* 溫度范圍寬-40~+70℃,普通電池是-20~60℃。
方案描述
---與內(nèi)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(guān)斷水閥時,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。如同一個儲水箱,平時將水存儲起來,在停水時才起作用。
---圖2是應(yīng)用示意圖。正常情況下,電池通過電阻R、二級管D1向負(fù)載和超級電容充電。電阻R的作用是限制電流過大,因?yàn)槌夒娙輧?nèi)阻很小,充電時電流較大可能造成電池?fù)p壞。二級管D1防止反向電流。當(dāng)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(guān)斷閥門。


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:
*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(guān)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(guān)斷。
* 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(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。

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)展找到了一條新的途徑。目前國內(nèi)已有多家水表生產(chǎn)廠應(yīng)用該方案,實(shí)踐證明,它是切實(shí)可行的。


來源:http://c.gkong.com/learn/learn_detail.asp?learn_id=875





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