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[导读]随着中国信息化、智能化、科技化水平的提升,智能技术在水表、电表、燃气表、热量表中的应用也越来越广泛。目前中国正在对智能电表、智能水表、智能燃气表、智能热量表进行大力的研究和建设工作。随着电网改革进程的不断加快,智能电表在中国已得到了大范围的推广,其余三表也得到了不同程度的应用

1. 前言

随着中国信息化、智能化、科技化水平的提升,智能技术在水表、电表、燃气表、热量表中的应用也越来越广泛。目前中国正在对智能电表、智能水表、智能燃气表、智能热量表进行大力的研究和建设工作。随着电网改革进程的不断加快,智能电表在中国已得到了大范围的推广,其余三表也得到了不同程度的应用。随着物联网技术的飞速发展,构建智慧城市的潮流在全世界范围内兴起,许多国家已经在这一领域取得了初步成就。全球智慧城市的规划布局中,都少不了对智慧水务、智慧电力的大力投入。智慧水电以其在城市运行中的重要基础地位,成为了智慧城市建设的先行军。自然也就为智能电表和水表带来了发展空间。

设计下一代智能水表、燃气表和电表的设计师面临着许多挑战。除了在竞争激烈的市场中始终存在的将成本降至最低的需求之外,性能、能耗和寿命可靠性要求都迫使我们不断寻求创新的解决方案。

然而,在创新方面,智能电表设计人员必须解决以下三个具体挑战:

· 最大限度地延长电池寿命,从而延长仪表的整体寿命。

· 提高整个水表和/或燃气表生命周期中流量测量的准确性。

· 减轻危害电表性能和服务运营商商业模式的篡改攻击带来的日益增加的威胁。

2.如何去实现三个挑战
让我们考虑第一个挑战。智能水表和煤气表通常必须使用不可充电的原电池在各种环境条件下运行至少 15 年,这使得能源消耗和整个产品生命周期内准确测量的可靠性成为设计的最高优先事项。

智能水表和燃气表中最常见的电池化学成分是锂基电池。锂亚硫酰氯 (LiSOCL 2 ) 电池的高能量密度和低自放电率使其非常适合长寿命应用。

另一个越来越受欢迎的选择是锂二氧化锰 (LiMnO 2 ) 化学,因为它具有强大的高脉冲电流能力。随着智能电表集成了更多高功率射频通信模块,例如窄带物联网调制解调器,电池需要在传输间隔期间提供 1A 或更高的周期性电流脉冲。

通过预测性维护最大限度地提高智能电表的投资回报率
智能水表和燃气表需要有较长的有效寿命,以便为服务运营商提供足够的投资回报,并最终最大限度地降低消费者的公用事业成本。部署智能水表网络是服务运营商的一项重大资本投资。在 2017 年接受彭博新闻采访时,DC Water 首席执行官 George Hawkins 提到,在华盛顿特区的每个家庭中安装一个智能电表的成本为 180 美元。技术如何帮助确保运营商和消费者以该成本获得最大价值?

一种选择是使用仪表智能来执行预测性维护。如果智能电表能够准确预测其电池的剩余有效寿命,那么服务运营商就可以更经济高效地规划更换周期。如果由于有利的环境条件,电表达到其预计寿命结束时仍有 20% 的能量可用,该怎么办?服务运营商是否仍应更换仪表?相反,如果不利的环境条件、组件故障或某些其他可靠性问题缩短了仪表的电池寿命,则服务运营商将受益于足够的警告,以便提前计划服务。

TI 的设计展示了一种用于监测水表和燃气表整体健康状况的新型解决方案。它使用BQ35100 电量计和服务终止监视器来跟踪主电池中的剩余电量,并根据现场实际使用情况准确估计电池的剩余寿命。

该参考设计还使用ADS7142 传感器监控器实现系统监控,以自主监控系统电流消耗,并实时将其与预计使用情况进行比较。这使系统能够立即确定操作条件是否发生变化。这些变化可能是由于环境、组件退化、固件错误或其他一些需要识别的故障条件造成的。

3.结论
随着性能和连接期望的增加以及降低成本和延长寿命的市场压力,最大限度地延长电池寿命的挑战可能会令人生畏。如本参考设计所示,通过实时预测电池寿命和监控系统性能的新功能提高系统智能,有助于应对这一挑战。


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