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锂-亚硫酰氯电池在无线水表中的应用及重要性
2020/07/06

十三五”时期将是我国全面建成小康社会,实现中华民族伟大复兴中国梦的关键时期,资源、能源发展面临前所未有的机遇和挑战,水资源在我国资源中占据重要地位。在国家继续深化改革的政策指引下,水务行业的发展环境将发生显著变化,水务行业的不断发展将极大的推动智能化无线水表的发展。

当前,传统无线水表在解决客户痛点时存在许多问题,例如数据传输不稳定、整机功耗高以及抄表成功率低等。水表行业作为一个可持续发展的行业,市场前景广阔。目前,我国正处于传统机械式水表向物联网无线水表的转换阶段。普遍认为,无线水表凭借其安全性、便捷性、智能性等优点将成为市场上的主流产品。


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据不完全统计,中国的水表市场,各类智能表约占20%~30%的市场存量,并且在以一定比例逐年上升,按照通信模式进行划分主要有以下4大类:(1)机械式表:机械计量,需要人工入户抄表;(2)IC卡表:预付费,需要有卡片作为传输介质;(3)有线远传表:需要提前布线,有线方式连接;(4)无线远传表:通过无线网络传输数据,定时抄收,远程控制。

目前在水表市场使用频率较多的无线网络有NB-IoT窄带网GPRS 2G无线网络等。由于目前无线水表存在数据传输不稳定、整机功耗问题导致其系统抗干扰能力差,数据传输安全性差,电池使用寿命无法达到预期,增加维护成本和管理难度。


结合目前无线水表市场的发展趋势,技术特点及用户痛点,昊诚企业为客户设备的实时计量部分提供了长寿命、高可靠性的电源解决方案。在夏季高温和冬季低温的严苛环境下,同样能为无线水表通讯提供高脉冲的的负载性能。随着海外研发团队的加入,昊诚不断深入优化与改进自身产品性能,以便能够满足产品日益增长的功能需求。同时,昊诚企业独有的涂布工艺正极的锂锰电池,独立的干燥除湿系统,自动化的锂亚硫酰氯电液制备工艺及高自动化电池装配设备,使得产品在一致性、尺寸设计灵活性及倍率放电方面领先于市场平均水平。


昊诚ER+电源解决方案

昊诚的ER+锂亚硫酰氯与电池电容器的组合方案,在无线水表领域提供了完整的电源解决方案。在电池组合方案中,UPC可以形象的看做一种功率放大设备(自身容量可以忽略不计),但在其寿命期内,所有的脉冲电流都有其参与,脉冲电流愈大,UPC的需求度愈高。在不需要脉冲的间歇期,由储能的锂亚硫酰氯电池给其充电。工作原理如图1、图2所示:

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图1 ER+方案工作原理示意图

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图2 ER+方案中UPC提供脉冲电流


昊诚ER+电池解决方案相比传统的电池解决有如下4点优势

01拥有宽广的工作温度范围

在-40℃~+85℃温度范围内,能够满足无线水表任何环境中的正常开关阀、远程数据通信等实时功能,甚至能够在最为严苛的-40℃极低温环境下,提供至少350mA的脉冲工作电流(UPC1520350mA@-40℃&UPC1550:1000mA@-40℃)。


02瞬时输出功率高

最大脉冲电流可达5000mA/15W,能够为GPRS、NB-IoT等无线通信提供至少数十次的的脉冲功率输出。


03容量至少提升30%

相比同型号的其他电池,该方案中的容量至少提升30%,能够为无线水表的实时计量,RTC供电,休眠待机等功能提供长达数10年的小电流稳定放电。


04无滞后效应

该组合方案不会发生锂亚硫酰氯电池的滞后效应,避免由于电池钝化影响设备的正常工作,甚至无法提供预期的使用寿命。


以上这些优点,对于无线水表来说至关重要,也是其他电池或者技术方案无法替换的。


在无线水表项目实施中,客户最为关注的就是无线通讯数据的达成率(成功率)和足年安全可靠性的运行,昊诚的技术方案中,核心环节就是UPC电池电容器是否可以在极地温度条件下释放出足够的脉冲输出性能,否则设备会因为无法提供远程通信而提前进入失效模式。


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图3 UPC1520在不同温度下的350mA脉冲放电性能曲线


上述图表数据表明,UPC能够在极低温度环境下提供极高的输出脉冲性能以及相比同业竞争产品中的具有的优势。

据NB-IoT无线通信传输技术特点可知,网络传输有三个工作阶段,NB-IoT终端上报数据后,会延时3分钟处理平台预先下发的指令然后进入睡眠状态,那么由连接状态进入睡眠状态大致会有以上三种功耗消耗模式,连接状态是功耗最大,输出功率最高,脉冲电流负载需求最大的阶段(电流:200-350mA,脉冲宽度:数十毫秒),从以上曲线图数据容易分析出在-40℃极低环境下,能够提供至少350mA脉冲电流,换言之,无线水表可以在这种严苛的环境下正常使用,而不会因为温度的关系导致数据通信失败。另一方面,与传统的超级电容相比,UPC电池电容器能够提供比它大得多的放电容量,在100mA电流下放电,容量可达124mAh,是超级电容的95倍;在2A电流下放电仍有36mAh的放电容量,该数据是超级电容的27倍,从而保证无线通信数据传输的准确、实时、高效的达成率。


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图4 EDLC倍率放电

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图5 UPC1520倍率放电


综上所述,针对无线水表设备使用锂一次电池及组合电池方案,能够满足设备的使用年限,昊诚独特的产品技术科研能力提供了最为合适的技术解决方案项目前期数据模型化的可靠性评估及实施中的产品运行监测为水务用户提供产品保障,高脉冲性能提供准确无误的数据通信达成率,保证无线水表在夏季和冬季任何严苛条件下的可靠性运行,优化水厂的设备投资支出,降低风险和运行成本,实现较高的投资回报率。

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