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超級電容器在智能水表上的應用

（一）智能水表簡介 

      傳統的智能水表，在控制水閥開啟和關斷時，普遍采用的方法是內裝鋰電池。鋰電池的優點在于重量輕、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。更危險的是，電池電量不足的情況出現是隨機的，如果不精確和及時的監測電池電量，將無法可靠的關斷水閥，造成無法計費、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，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，在靜態時控制漏電流在10uA以內，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，也會使成本增加。 

（二）方案 

      為了解決這一制約智能水表發展的瓶頸問題，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，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 

超級電容與電池比較，有如下特性： 

1、超低串聯等效電阻（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，連續使用可達68年。 

3、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。 

4、免維護，可密封。 

5、溫度范圍寬-40℃～+70℃，一般電池是-20℃～60℃。 

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充電，在需要開啟水閥時，先檢測超級電容是否存儲足夠能量，如果沒有存儲足夠能量，將不開啟水閥，當檢測它存儲足夠能量時，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，在停水時提供必要的水。 

方案優點 

這種方案明顯優于以前的設計，優點如下： 

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間。 

2、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。 

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。 

（三）結論 

      這種方案克服了現階段智能水表的缺點，為智能水表的發展找到了一條新的道路，實踐證明是切實可行的，值得大力推廣。