[分享]超级电容器在智能表类上的应用

超级电容器在智能表类上的应用

（一）智能水表简介一）智能水表简介

传统的智能水表，在控制水阀开启和关断时，普遍采用的方法是内装锂电池。

锂电池的优点在于重量轻、能量大、自放电率低等。虽然如此，由于智能水表都

没有设计再充电电路，锂电池使用到一定时间后，将无法为控制电路提供能量，

不得不更换电池。上门为用户更换电池或水表，这对于水表生产厂家和自来水公

司来说都是一件繁琐的事。更危险的是，电池电量不足的情况出现是随机的，如

果不精确和及时的监测电池电量，将无法可靠的关断水阀，造成无法计费、逃水

现象等情况出现。这是内部安装了锂电池的智能水表的致命缺点，直接影响到它

的推广和使用。针对这一问题，水表生产厂家设计了很多方案，如：尽量降低功

耗，在静态时控制漏电流在10uA 以内，保证电池可以连续使用5 年以上，这对

电路的设计和元器件的选型提出了更高的要求，增加了设计难度和成品检测的工

序，元器件成本也增加了。如加上可靠的电池电量监测电路，也会使成本增加。

（二）方案

为了解决这一制约智能水表发展的瓶颈问题，已有不少厂家尝试一种全新

的方案，那就是用超级电容代替锂电池应用于智能水表。超级电容是近几年才批

量生产的一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放

电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体

间的电子（而不依靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。

超级电容与电池比较，有如下特性：

1、超低串联等效电阻（LOW ESR），功率密度(Power Density)是锂离子电池

的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F 电容能释放瞬间电流18A 以上）为

水表控制电机阀或电磁阀的可靠开启提供了保障。

2、超长寿命，充放电大于50 万次，是Li-Ion 电池的500 倍，是Ni-MH 和

Ni-Cd 电池的1000 倍，如果对超级电容每天充放电20 次，连续使用可达68 年。

3、可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应。

4、免维护，可密封。

5、温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃。

与内装锂电池的智能水表相比较，这种方案是用超级电容替换锂电池，封装

在水表中，同时外接干电池供电。平时干电池提供水表电路所需能量和对超级电

容充电，在需要开启水阀时，先检测超级电容是否存储足够能量，如果没有存储

足够能量，将不开启水阀，当检测它存储足够能量时，由外接干电池提供能量将

水阀开启；在需要关断水阀时，如果外接电池不能提供能量将水阀关断，那么超

级电容将在此刻提供能量来关断水阀。如同一个储水箱，平时将水存储起来，在

停水时提供必要的水。

这种方案明显优于以前的设计，优点如下：

1、将电池从水表中分离出来，从而可以不考虑电池寿命对水表的影响，延

长了水表的使用时间。

2、另一方面，超级电容的大电流放电特性保障了水阀关断的可靠性，在外

接干电池电量不足时，仍能利用存储在超级电容上的能量将水阀关断。

3、以前一味追求的漏电流指标，主要是为了保障电池的使用寿命，改用超

级电容后，漏电流指标变得不重要。如果电池电量不足，用户可以随时更换。这

样，不仅使电路设计简化，减少产品的出厂检验工序，还使产品的成本降低。                                                     

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