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鋰-亞硫酰氯電池在無線水表中的應用及重要性

時間:2020/07/06     來源:武漢昊誠鋰電

十三五”時期將是我國全面建成小康社會,實現中華民族偉大復興中國夢的關鍵時期,資源、能源發展面臨前所未有的機遇和挑戰,水資源在我國資源中占據重要地位。在國家繼續深化改革的政策指引下,水務行業的發展環境將發生顯著變化,水務行業的不斷發展將極大的推動智能化無線水表的發展。

當前,傳統無線水表在解決客戶痛點時存在許多問題,例如數據傳輸不穩定、整機功耗高以及抄表成功率低等。水表行業作為一個可持續發展的行業,市場前景廣闊。目前,我國正處于傳統機械式水表向物聯網無線水表的轉換階段。普遍認為,無線水表憑借其安全性、便捷性、智能性等優點將成為市場上的主流產品。


水表需求量.jpg

據不完全統計,中國的水表市場,各類智能表約占20%~30%的市場存量,并且在以一定比例逐年上升,按照通信模式進行劃分主要有以下4大類:(1)機械式表:機械計量,需要人工入戶抄表;(2)IC卡表:預付費,需要有卡片作為傳輸介質;(3)有線遠傳表:需要提前布線,有線方式連接;(4)無線遠傳表:通過無線網絡傳輸數據,定時抄收,遠程控制。

目前在水表市場使用頻率較多的無線網絡有NB-IoT窄帶網GPRS 2G無線網絡等。由于目前無線水表存在數據傳輸不穩定、整機功耗問題導致其系統抗干擾能力差,數據傳輸安全性差,電池使用壽命無法達到預期,增加維護成本和管理難度。


結合目前無線水表市場的發展趨勢,技術特點及用戶痛點,昊誠企業為客戶設備的實時計量部分提供了長壽命、高可靠性的電源解決方案。在夏季高溫和冬季低溫的嚴苛環境下,同樣能為無線水表通訊提供高脈沖的的負載性能。隨著海外研發團隊的加入,昊誠不斷深入優化與改進自身產品性能,以便能夠滿足產品日益增長的功能需求。同時,昊誠企業獨有的涂布工藝正極的鋰錳電池,獨立的干燥除濕系統,自動化的鋰亞硫酰氯電液制備工藝及高自動化電池裝配設備,使得產品在一致性、尺寸設計靈活性及倍率放電方面領先于市場平均水平。


昊誠ER+電源解決方案

昊誠的ER+鋰亞硫酰氯與電池電容器的組合方案,在無線水表領域提供了完整的電源解決方案。在電池組合方案中,UPC可以形象的看做一種功率放大設備(自身容量可以忽略不計),但在其壽命期內,所有的脈沖電流都有其參與,脈沖電流愈大,UPC的需求度愈高。在不需要脈沖的間歇期,由儲能的鋰亞硫酰氯電池給其充電。工作原理如圖1、圖2所示:

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圖1 ER+方案工作原理示意圖

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圖2 ER+方案中UPC提供脈沖電流


昊誠ER+電池解決方案相比傳統的電池解決有如下4點優勢

01擁有寬廣的工作溫度范圍

在-40℃~+85℃溫度范圍內,能夠滿足無線水表任何環境中的正常開關閥、遠程數據通信等實時功能,甚至能夠在最為嚴苛的-40℃極低溫環境下,提供至少350mA的脈沖工作電流(UPC1520350mA@-40℃&UPC1550:1000mA@-40℃)。


02瞬時輸出功率高

最大脈沖電流可達5000mA/15W,能夠為GPRS、NB-IoT等無線通信提供至少數十次的的脈沖功率輸出。


03容量至少提升30%

相比同型號的其他電池,該方案中的容量至少提升30%,能夠為無線水表的實時計量,RTC供電,休眠待機等功能提供長達數10年的小電流穩定放電。


04無滯后效應

該組合方案不會發生鋰亞硫酰氯電池的滯后效應,避免由于電池鈍化影響設備的正常工作,甚至無法提供預期的使用壽命。


以上這些優點,對于無線水表來說至關重要,也是其他電池或者技術方案無法替換的。


在無線水表項目實施中,客戶最為關注的就是無線通訊數據的達成率(成功率)和足年安全可靠性的運行,昊誠的技術方案中,核心環節就是UPC電池電容器是否可以在極地溫度條件下釋放出足夠的脈沖輸出性能,否則設備會因為無法提供遠程通信而提前進入失效模式。


放電曲線.png

圖3 UPC1520在不同溫度下的350mA脈沖放電性能曲線


上述圖表數據表明,UPC能夠在極低溫度環境下提供極高的輸出脈沖性能以及相比同業競爭產品中的具有的優勢。

據NB-IoT無線通信傳輸技術特點可知,網絡傳輸有三個工作階段,NB-IoT終端上報數據后,會延時3分鐘處理平臺預先下發的指令然后進入睡眠狀態,那么由連接狀態進入睡眠狀態大致會有以上三種功耗消耗模式,連接狀態是功耗最大,輸出功率最高,脈沖電流負載需求最大的階段(電流:200-350mA,脈沖寬度:數十毫秒),從以上曲線圖數據容易分析出在-40℃極低環境下,能夠提供至少350mA脈沖電流,換言之,無線水表可以在這種嚴苛的環境下正常使用,而不會因為溫度的關系導致數據通信失敗。另一方面,與傳統的超級電容相比,UPC電池電容器能夠提供比它大得多的放電容量,在100mA電流下放電,容量可達124mAh,是超級電容的95倍;在2A電流下放電仍有36mAh的放電容量,該數據是超級電容的27倍,從而保證無線通信數據傳輸的準確、實時、高效的達成率。


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圖4 EDLC倍率放電

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圖5 UPC1520倍率放電


綜上所述,針對無線水表設備使用鋰一次電池及組合電池方案,能夠滿足設備的使用年限,昊誠獨特的產品技術科研能力提供了最為合適的技術解決方案,項目前期數據模型化的可靠性評估及實施中的產品運行監測為水務用戶提供產品保障,高脈沖性能提供準確無誤的數據通信達成率,保證無線水表在夏季和冬季任何嚴苛條件下的可靠性運行,優化水廠的設備投資支出,降低風險和運行成本,實現較高的投資回報率。

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