HCC超级电容在智能水表方面的应用
智能电网中超级电容器的应用分析
智能电网中超级电容器的应用分析摘要：随着二十一世纪社会经济发展速度的加快，人们对于生活质量的要求越来越高，这也就使得能源消耗速度有所提高，能源产业也面临着十分严峻的挑战，智能电网作为电网建设的重要组成部分，若将超级电容器应用在智能电网之中，那么不仅能够提高电力供应的质量，更能减少智能电网本身的缺陷，本文就智能电网中超级电容器的应用进行分析，并提出科学、合理的建议。
关键词：超级电容器：重要负荷：次要负荷前言：伴随21世纪的到来，世界资源和环境压强日益加大，人民对电能和生活的需求也愈来愈高，电力行业面对着史无前例的巨大挑战和机会。
智慧国家电网是一种比较现代化的输电和配电网络系统，它具有节省电能的优势，可以有效地满足人民的需求。
伴随智慧国家电网的建成，新能源技术革命将彻底改变我们人类社会的生活，它将利用国家电网信息技术和领先的通信技术手段将世界各地连接起来，为我们人类生活带来更加便捷的出行方式。
储能科技是智慧国家电网蓬勃发展的基石，超级电容器则是其中缺一不可的组成部分，它们将与智慧国家电网共同推动新能源技术的蓬勃发展，实现更高效、更安全的能源利用。
一、智能电网的主要特点智能电网的建立主要是为了有效地达到如下一些要求：分布式资源的合理使用、电源企业间的有序交易、供电智能化控制体系的建立、电力供应效率的提高、供电企业之间的良好相互作用、节省能源，并以节省能源为主要目的。
而今后的智能供电系统，其将主要由智能化输电网络和供电网络系统来组成，其运行模式将会越来越协调、安全，同时也将具备如下的一些优势：电力市场中问题供应的特征，最新通信方法的安全使用，享受安全的电力服务，促进检测并减少事故。
与先前的家庭电力和分销系统相比，智能电源系统主要是指最新数据和通信技术实现高度自动化和智能。
通过使用低碳和环境，相关技术可以减少功率消耗，并更有效地实现功耗领域的可持续发展需求。
智能电源系统开发的关键是控制电源系统，分布式电源和系统控制。
基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计[附程序+图]
![基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计[附程序+图]](https://img.taocdn.com/s3/m/bc91671efd4ffe4733687e21af45b307e871f9ad.png)
方案一：脉冲发讯集中抄收式智能水表系统
工作原理：由表具不断发出脉冲信号，经采集器对脉冲信号进行采集、累加、存储和数据上传。
优点：发讯式集抄系统目前在国内已普遍采推广应用方便,价格较低，只要生产厂商、系统集商严格把好每一环节的质量关，且发讯不随时间产生疲劳损伤，此系统不失为一种可供选择的、适于一定历史时期的过渡产品。
缺点：前期经济投入太多，需要大量的专业网络维护人员，维护工作量大。设计过于复杂，太难，且不容易实现[4]。
方案三：基于89C2051单片机的IC卡智能水表系统
工作原理：以接触IC卡或非接触射频卡作为媒介，将各种信息输入表中控制系统来自动开关阀门(供水或停水)，由用户到自来水公司网点先预购买水量，再将用水量通过IC卡输入表中控制系统，等水量用尽即自动关阀并中断水的供给，报警器在设定水量用完之前会自动报警以提醒用户购水，到达“先买水、后用水”的目的。
Keywords：single-chip computer；wiegand sensor；ICcard；intelligent watermeter
基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计
1 绪论
1.1课题的背景及意义
环境与发展，是当今国际社会普遍关注的重大问题，保护环境是全人类的共同任务。水资源作为生态环境中的重要资源，是人类生活的生产中不可取代的资源，对一个国家的生存和发展也是极为重要的。水资源是一切生命的源泉，是人类不可缺少的物质条件，没有水人类就不能生存，没有水人类赖以自下而上的物质生产就不能发展。
缺点：(1) 初始化及维护工作量大；(2)磁铁强磁场干扰；(3)电能消耗。
方案二：基于CAN总线的智能水表自动抄收系统
工作原理：自动抄收系统主要由小区管理中心电脑(主控机)、水表数据采集器、采集服务器、中继站等几个部分组成，是一种智能化多用户能耗集中自动抄收系统。其原理是将原能耗计量表的流量转换为脉冲信号，经信号传输线至系统总线，由接口电路通过有线传输或主机直接抄读，最后经微机管理，实现耗能数据的自动处理。
超级电容器部分知识和部分应用
超级电容器部分知识和部分应用超级电容器部分知识和部分应用又叫双电层电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。
超级电容器用途广泛。
又叫双电层电容器(Electrical Doule-Layer Capacitor) 、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。
它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。
超级电容器可以被视为悬浮在电解质中的两个无反应活性的多孔电极板，在极板上加电，正极板吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，实际上形成两个容性存储层，被分离开的正离子在负极板附近，负离子在正极板附近。
超级电容超级电容的容量比通常的电容器大得多。
由于其容量很大，对外表现和电池相同，因此也有称作“电容电池”。
应用领域1、税控机、税控加油机、真空开关、智能表、远程抄表系统、仪器仪表、数码相机、掌上电脑、电子门锁、程控交换机、无绳电话等的时钟芯片、静态随机存贮器、数据传输系统等微小电流供电的后备电源。
2、智能表（智能电表、智能水表、智能煤气表、智能热量表）作电磁阀的启动电源3、太阳能警示灯，航标灯等太阳能产品中代替充电电池。
4、手摇发电手电筒等小型充电产品中代替充电电池。
5、电动玩具电动机、语音IC 、LED 发光器等小功率电器的驱动电源。
超级电容器是介于传统电容器和蓄电池之间的一种新型储能装置,它具有功率密度大、容量大、使用寿命长、免维护、经济环保等优点。
充放电时间：超级电容器可以快速充放电，峰值电流仅受其内阻限制，甚至短路也不是致命的。
实际上决定于电容器单体大小，对于匹配负载，小单体可放10A，大单体可放1000A。
另一放电率的限制条件是热，反复地以剧烈的速率放电将使电容器温度升高，最终导致断路。
超级电容器的电阻阻碍其快速放电，超级电容器的时间常数T在1-2s,完全给阻-容式电路放电大约需要5T,也就是说如果短路放电大约需要5-10S （由于电极的特殊结构它们实际上得花上数个小时才能将残留的电荷完全。
超级电容在智能电能表的应用
超级电容在智能电能表的应用内容摘要现代智能电能表是电能量结算的依据，保障法制计量的器具。
保证电能表的准确度及可靠性是保证居民用电公平、电网收益合法的重要前提。
超级电容作为一种能源存储器件已在各个行业广泛应用，具有安全环保、可重复利用的优势和特点。
在电能表中，超级电容作为时钟电池的后备能源，使表计停电后可靠运行，确保表计时钟误差可控。
本文以超级电容器在智能电能表上的应用为切入点，介绍超级电容的特点、原理及内部构成，评估超级电容器在表计运行中的可靠性。
关键词：电能表；超级电容；可靠性；储能ABSTRACTModern smart energy meter takesgreat responsibility to guaranteethelegal metrology as well as to be the basis of energy calculation. Ensuring the accuracy and reliability of electricity meters ensures the fairness of citizen electricity consumption and the legitimacy of grid revenue.As an energy device, supercapacitorhas the advantages and characteristics of safety, environment-friendliness and reusability, which have made it widely used in various industries.Super capacitoris used to be the backup for RTC battery when using in smart meters.It will powerthe RTC blockin case of power failure, to make the meter operate reliably and make the error of the clock controlled.Based on the application of super capacitor in smart energy meter, this paper introduces the characteristics, principles and internal structures of super capacitor, and discusses the reliable operation scheme of its use in meter.Keywords: smart energy meter, super capacitor, reliability, energy storage0引言智能电能表作为智能电网信息系统结构体系中最基本的采集设备，一般由测量单元、数据处理单元、通信单元、供电单元等组成, 具有电能量计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能[1]。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用
超级电容器（也称为超级电容器或超级电容器）是一种新型的储能设备，它是在传统
电容器基础上进行改进得到的。
与传统电容器相比，超级电容器具有更大的电容量和更高
的能量密度，能够在较短时间内放电出大量电能。
超级电容器的原理和应用是一个值得研
究的课题。
超级电容器的原理主要涉及电荷的积累。
它由两个导电平板组成，之间用电解质分离。
当电压施加在超级电容器上时，两个导电平板上的电荷被吸引，导致带电粒子在电介质中
沿着两个电极之间的距离移动，从而形成电荷积累。
由于超级电容器中使用的电解质具有
较高的介电常数和电导性能，因此可以实现更高的电荷积累和更高的电容量。
超级电容器广泛应用于储能领域。
由于其能够在较短时间内放电出大量电能，因此被
广泛用于电动工具、电动汽车、储能系统和可再生能源领域。
相比传统的化学电池，超级
电容器具有更高的充放电效率和更长的寿命，能够更好地满足大功率瞬态储能需求。
超级
电容器还可以用于平衡网络负荷，提供电动车辆快速充电等应用。
在航天航空领域，超级电容器也有广泛的应用。
由于其能够在极端环境下工作，具有
较高的工作温度范围和较低的内阻，因此被用于卫星和宇航器的动力系统。
超级电容器可
以提供短时间内大量的电能，满足航天器在启动、加速和机械负载方面的需求。
超级电容器基本原理及性能特点
聚焦超级电容选型与应用上网时间：2010-05-27 作者：Zoro 来源：电子元件技术网超级电容和电池都是能量的存储载体，但二者有不同的特点。
超级电容通过介质分离正负电荷的方式储存能量，是物理方法储能，电池是通过化学反应的方法来储能。
超级电容充放电次数可达百万次，而电池只有1000次，显然超级电容寿命要远大于电池，降低维护成本且有利于环保。
超级电容充放电速度快，能够在机车启动时提供能量，刹车时捕获能量，因为超级电容充放电的时间在1秒左右，正好与机车刹车或启动的时间匹配。
其他设备比如风力发电中，风轮机变桨的时候要提供能量也是在这个时间段。
而电池的充放电大概在1小时到10个小时左右，而传统用于滤波的电容，充放电为0.03秒。
超级电容放电速度快，而且容量大，能够瞬间释放巨大的能量，能够用作备用电源，在系统突然断电时，在极短时间内为系统提供能量。
超级电容也可以用作发动机或动力电池的辅助，提高发动机的运行效率和能量利用效率。
在系统启动时，超级电容将捕获的能量释放，满足峰值功率要求，从而减轻电池或发动机的负担。
除此之外，超级电容还能用于自动抄表系统中的智能电表（水表，燃气表）、相机闪光灯、混合动力汽车。
超级电容节能、环保、高效的特点迎合了当下节能减碳的设计诉求。
本期半月谈聚焦超级电容，通过以下三个方面介绍超级电容：超级电容器基本原理及性能特点超级电容属于双电层电容器，它是世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。
超级电容与电池的比较相对铅酸电池、镍镉电池、锂离子电池，超级电容具有节能、超长使用寿命、安全、环保、宽温度范围、充电快速、无需人工维护等优点。
本文通过图表来对比各种不同储能产品的特点。
超级电容的典型应用与选型超级电容容量大，充放电速度快，而且充放电循环可达百万次，非常适合用作备用电源和提供峰值功率。
超级电容器在智能电网中有哪些应用
2014年4月1日，以智能变配电与电能测量管理为主题的探讨会在国家会议中心举办。
一直专注于超级电容器领域研究的美国麦克斯威中国区大客户经理吕洁受邀参加这次研讨会并做演讲，以下为演讲内容：吕洁：各位领导，各位来宾大家下午好。
我是吕洁，今天主要讲一下我们用于智能电网辅助服务的超级电容器，也是和大家探讨，我们经验不是很多，有些示范项目在美国、中国。
我们是专注做超级电容的，系统上涉猎的不是那么多，今天专家在这里，有不当的地方可以批评指正。
介绍一下我们公司的情况，比较有历史的一个公司，1969年，现在四百多人。
我们公司做三种产品，超级容器只是一种，最近这几年在各个领域越来越广，公司比较重视超级电容这门技术。
最早是1992年研发，大家听说时间并不长，进入中国是2007年，2008年有一个大规模的应用，风电和混合动力车领域。
简单介绍一下它的原理，有些储能的论坛我参加了，它不超级电容和非容储能归为物理储能，都是通过活性碳孔吸附正负粒子的动作形成充放点，所以说它的寿命比较长。
之所以叫超级电容，是因为活性碳的展开面积特别大，我们把吸附面积做的非常大，所以叫超级电容。
它是一个物理储能，寿命比较长，十万到一百万次的充放电周期，15年左右。
充放电响应速度比电池快，大家很熟悉这张图，不同的储能方式的一个比较。
横向的是功率密度，纵向是能量密度，它的功率密度是锂电池传统的铅酸电池的数十倍，能量密度相对低很多，总的来说是功率型的储能元件。
它的一个制作过程其实很简单，是椰壳做成活性碳的粉末，压到里面做成单体的模块。
里面有一些盐和溶液在里面，作用是提供正负离子。
其实现在应用最多的是混合动力车和变桨控制系统。
作用是混合动力减少排油气的排放，变桨是长时间的俯冲，需要大电流的时候偶尔放电。
在欧洲应用的比较好，汽车排放要求比较高，所以说有一个启定系统，常规电源用电池，电池有一个问题是突然启动的时候整车电压有一个低落，这时候我们有一个暂态的电压支撑。
超级电容器的原理及应用
超级电容器的原理及应用超级电容器（supercapacitor）又称电化学双层电容器，是一种能够储存和释放大量电荷的电子元件。
它的工作原理是利用电化学双层或者伪电容效应来存储电荷。
与传统的电容器相比，超级电容器具有能量密度高、循环寿命长、充放电速度快等优点，因此在许多领域都有着广泛的应用。
超级电容器的原理主要是基于电化学双层效应和伪电容效应。
电化学双层效应是指当电极表面与电解质中的电离物质接触时，会形成一个电荷分布较宽的双层电容。
这个双层电容主要由电极表面的电子层和电解质中的离子层组成，能够存储大量的电荷。
而伪电容效应则是指在电极表面发生化学反应的情况下，会导致电荷的储存和释放，形成伪电容。
超级电容器由电极、电解质和隔膜三部分组成。
电极一般使用活性炭或者氧化铈等材料，具有大表面积和良好的导电性；电解质则是具有高离子导电性的溶液或者凝胶；隔膜则起到隔离电极和阻止电解质混合的作用。
超级电容器在能量储存和释放方面有着独特的优势。
它能够在短时间内实现高效的充放电，这意味着超级电容器可以迅速释放储存的能量，满足一些瞬态负载需求；超级电容器的循环寿命长，可以进行上百万次的充放电循环，这使得它在一些需要频繁充放电的场合具有明显的优势；超级电容器的能量密度虽然不及传统的化学电池，但是随着材料和结构的不断优化，能量密度也在不断提高，目前已经可以满足很多应用的需求。
超级电容器在许多领域都有着广泛的应用。
在汽车领域，超级电容器可以作为辅助能源储存装置，为车辆提供起动、加速和制动时的能量支持，从而提高燃油利用率和降低尾气排放；在电力系统中，超级电容器可以用来进行功率平衡和瞬态能量补偿，提高系统的稳定性和可靠性；在可再生能源领域，超级电容器可以作为储能设备，平衡太阳能和风能等间歇性能源的输出；在电子产品中，超级电容器可以作为备用电源，确保设备在断电情况下能够正常工作；在航天航空领域，超级电容器可以用来储存航空器的制动能量，延长飞行时间；在工业自动化领域，超级电容器可以用来提供紧急停机的能量支持，确保设备和人员的安全。
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（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。
超级电容的特性
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℃。
方案描述
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。
方案优点
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。
（三）结论
这种方案克服了现阶段智能水表的缺点，为智能水表的发展找到了一条新的道路，实践证明是切实可行的，值得大力推广。
企业信息
公司是一家从事先进能源技术和产品的研发、生产与销售的高科技企业，主要开发与生产HCC系列有机高电压型双电层超级电容器（也称为超大容量电容器、法拉电容、双电层电容器、EDLCs等）。
HCC超级电容器产品具有体积小、容量大、功率高、温度特性好、寿命超长的特点，产品种类丰富，以卷绕圆柱式为主，兼顾方形、异型模组等多种超级电容器产品规格，涵盖了大、中、小型超级电容器，标准产品的容量从0.06F到10000F，可提供高达10万法拉大容量的特制超级电容器单体产品，并可为用户定制不同规格单体电容器、组合模组和相关能源控制系统。
目前产品销售涉及到军工、电力、消费电子类、工业电子、汽车启动、汽车音响、太阳能、航天航空、运输、交通能源、新能源应用等广泛领域。