睿奕锂电池在智能水表仪表上的应用

2020-08-13 17:36:07 深圳市创新易电子科技有限公司

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。

纽扣电池

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3.5ma,idle平均电流1ma,psm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PSM和eDRX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2uA,1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。

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