【应用】朗升IOT电池可用于智能水表行业,提高电池有效容量,有效解决电压延迟和大电流脉冲放电问题

2022-01-01 朗升
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随着智能电表更多功能的开发,尤其是无线传输功能的出现,对电池的要求也更高。下面结合两款典型智能水表来说明如何选择和设计电池。

无线远程水表的电气特性:

电池寿命:8年

工作温度:-10℃~+60℃

设备最低电压:3.0V


GSM远程水表的电气特性:

电池寿命:2年

工作温度:-30℃~+60℃

设备工作电压:5.5~7.5V


在设计之前,我们必须了解电压延迟和大电流脉冲放电能力对电池组的影响,以便更好地设计更好的产品。


电池经过长期小电流放电,或长期存放、高温存放后,在电池放电初期,电池的工作电压低于规定电压,这种状态称为电压延迟;随着放电时间的增长,电压逐渐升高,达到规定电压,这段时间称为“电压延迟时间”。电压延迟时间与放电电流和温度有关,电流越大,温度越低,电压延迟越严重。由此带来的影响便是电池以微安电流通电后,无法解决电池表面钝化问题。这时候大电流工作时,如果电极表面的钝化膜很厚,电池电压可能瞬间下降到1.8V以下,造成单片机死机或误判,表明电池欠压或单片机失控,导致电池电量耗尽。


在低温条件下的高电流能力很重要,在低温下的锂亚硫酰氯电池大电流能力会急剧下降, 再加上钝化的影响,电池电压会低于设备的报警电压,造成欠压。随着电池的使用,特别是容量消耗超过60%时,电池大电流(ER34615最大瞬时放电电流300mA和最大持续放电电流150mA)放电能力越来越弱, 这将导致无法评估电池的有效容量。 

 

针对水表的特点和锂电池的特点,朗升的方案是用线轴式锂亚硫酰氯电池+混合脉冲电池HPC)组成并联电池组——IOT电池

HPC特性参数:

工作温度:-40℃~+85℃ 

大电流脉冲放电能力:最大电流可达15A

自放电率低:<1%/年

长生命周期:5000 100% DOD 周期

使用寿命长:10年以上(超过电气设备使用寿命)

可在极端温度下充电和放电,采用激光焊接的全密封技术,确保在极端条件下不泄漏,是绿色环保的新能源

电池组的工作原理是:锂亚硫酰氯电池与混合脉冲电池(HPC)并联形成一个新的电池,该电池通过比较与HPC的电压差来判断是否进行充电,当出现电压差时以小电流为HPC充电。 为外部供电时,HPC负责输出大部分电流。 在下一个脉冲到来之前,锂亚硫酰氯电池为HPC充电,如此循环进行。由于锂亚硫酰氯电池在空载时的电压特性:即使消耗了该电池80%的容量后,其空载电压仍能维持在3.65V(与新电池一致),所以HPC充电到3.65V,与新电池组一致即可。 HPC的放电容量基本保持不变,锂亚硫酰氯电池循环重复的为HPC充电,直到锂亚硫酰氯电池的容量耗尽,确保电池组的使用寿命和放电容量与估算一致。 这样大大提高了电池的有效容量——同时可有效解决锂亚硫酰氯电池电压延迟和大电流脉冲放电问题。


根据无线远程水表需求电池的特点,做了如下设计:计算出无线远程传输水表8年所需容量为:(511+44) *8=555 *8=4440mAh。 我们考虑使用ER26500HPC1520电池组并联供电,标称容量8500mAh。 考虑到电池在冬季小电流、夏季高温下的放电效率,我们一般认为容量有效率为80%(6800mAh)。考虑到锂亚硫酰氯电池对HPC充电的效率,做了如下测试:

1.     电池组释放不同容量时电压恢复能力对比图

2.     模拟锂亚硫酰氯电池ER26500容量消耗约70%之后放电电压恢复图

3、低温条件下放电电压的恢复对比图

考虑到电池在峰值电流下的能力,进行以下测试:

 为了弄清楚电池的使用特性,我们设置加快工作周期,如下表所示:

低温-10℃测试:

根据GSM远程水表需求电池的特点,做了如下设计: 2年所需容量为:(395+244+5374)*2=6013*2=12026mAh。我们考虑使用

ER34615与HPC1550并联,然后串联一个7.2V电池组供电,标称容量为19000mAh。考虑到电池在冬季小电流、夏季高温下的放电效率下降,我们一般认为容量有效率为80%(15200mAh)。我们安装了新电池组,该电池组容量仅有70%并与HPC1550并联。实际测试在极低温(-35℃)下进行了100次,设备最低工作电压维持在6V~6.5V,完全可以满足电力需求。整个电池组的有效容量可以达到13300mAh以上,完全可以满足设备使用两年的要求。

 

根据以上测试结果,我们的IOT电池完全可以满足水表行业的电力需求。

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产品型号
品类
标称电压 (V)
额定容量 (mAh)
电容电压(V)
最大脉冲电流(A)
电压延迟
HPC1520+ER14250
物联网电池组
3.65V
1200mAh
3V
1A
None

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品类:物联网IOT电池组

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品类:物联网IOT电池组

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