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AIoT库首页-方案库-锂亚电池在智能水表中的应用

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锂亚电池在智能水表中的应用

广西睿奕新能源股份有限公司

应用场景:

智慧城市 智慧安防 照明路政 智慧能源 农业牧业 环保水务

主要技术:

锂电池

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      智研咨询发布的《2020-2026年中国智能水表产业运营现状及发展战略研究报告》数据显示:2020年全球智能水表出货量5400万台。若按照中国占比73.6比例计算,中国智能水表出货量约4000万台。

        2019年之前,IC卡表占有率虽然有下降趋势,但还能维持在50%以上,2019年开始,NB-IoT远传水表市场份额得以大幅度增加,预计到2020年,IC卡表将会下降到智能水表1/3左右的份额,而其他的远传水表如NB-IoT、LoRa、MBUS有线在智能水表中的占有率将会超过50%。

        睿奕物联网研究院认为未来产品的发展趋势如下:

      目前IC卡表,干簧管计量方式居多,主板待机功耗3uA,计量功耗1uA,阀门驱动200mA左右,平均功耗约在20uA,主要采用睿奕的ER18505M和CR17450。

       智能远传水表我们推荐睿奕的锂亚硫酰氯容量型电池+超级电容方案,主要有如下优特点:
       相比功率型电池和锂锰电池,安全性、可靠性大幅度提高,免维护时间大大延长;
       超级电容可以在通信需要或者机械动作的时候脉冲大电流放电;
       此方案可以用足电池的容量,同时延长锂亚容量型电池的寿命;
       可以拓宽系统工作温度范围;
       可避免锂亚电池的电压滞后。
       那么我们在选用具体的睿奕组合方案的时候,需要关注些什么问题呢?睿奕物联网研究院的同事们帮大家整理了一下:

       1、 超级电容的选择——极限放电电流影响因素:

       阀门:去锈/堵转的极限电流

      通信信号不好:NB-IoT 可能达到1A

      网络无法接通:GPRS可能达到2A

      低温放电能力要求

      大电流可能的持续放电时间

      2、 电池容量选择——寿命计算:

      计量模块平均功耗

      阀门平均功耗

      通讯平均功耗(网络无法接通时是否重复连接?)

      自放电(电池和电容分别计算,然后汇总):全年使用环境各温度占比,用于计算自放电

      3、 裕量考虑——环境影响:

      热带、亚热带、中东等地区关注电池高温特性/自放电。寒冷地区关注低温特性(如分离式水表),低温放电容量低,负载能力弱

      目前的主流无线脉冲远传智能水表和无线远传超声波水表,采用睿奕的ER26500+RHC1520组合和ER26500+LIC1020组合比较多。


       例如一只使用睿奕ER26500+RHC1520组合的NB-IoT超声波远传水表,全年11个月工作在常温25,1个月工作在40,那么大致容量消耗计算方式如下:

        超声波计量模块功耗:

        按照某家计量模块,平均功耗为25ua,

        年消耗25uA*24*365/1000=219mAh

        NB-IoT通讯功耗计算:NB-IoT峰值电流220ma,一次工作平均电流3.5maidle平均电流1mapsm待机功耗是7ua,关机功耗2ua,每天上报一次。根据TR45.820的仿真数据,在PSMeDRX均部署的情况下,如果终端每天发送一次200byte报文,年消耗量110mah

        年自放电计算,以远传水表最多方案ER26500+RHC1520为例:
        全年40高温天气1个月(11个月电池自放电1%1520漏电流2uA1个月电池自放电2%1520自放电6uA)
        电池自放电年消耗:
       (9000mAh*1%*11+9000mAh*2%*1)/12 = 97.5mAh
        1520漏电年消耗:
       (2uA*3600*24*30*11 + 6uA*3600*24*30*1)/1000000 =72mAh ,合计170mAh
       我们来计算一下这只表在这样一个条件下8年的容量消耗:
       8年电量消耗= 8 * (219mAh+110mAh+170mAh)= 3992mAh

       当然实际上水表工作温度范围会更大,通讯环境也许会更恶劣,也许还需要阀控等等,我们需要根据实际的使用情况做一个更精确的测算和裕量预留。


        当然还有一些我们智能水表设计工程关心的常见问题,我们也可以一起探讨,例如:

        超级电容循环寿命和低温特性;

        自放电和漏电(自放电不等于漏电流);

        RHC/LIC超级电容能否替代法拉电容;

        水表所用电池尺寸定制问题;

        锂一次电池焊接要求。等等。

        欢迎随时垂询我们的销售同仁和物联网研究院的同事们。


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