公用事業(yè)儀表用的電池需要長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)壽命和瞬間的大功率放電。這些要求可以用混合電池來滿足，即電容和電池的組合。它的優(yōu)點(diǎn)是在持續(xù)幾秒鐘的大電流放電后，隨著電容被電池充電，混和電池會(huì)達(dá)到電化學(xué)的平衡。在這種情況下，脈沖放電后鋰金屬表面的鈍化膜將被恢復(fù)，從而減小了泄漏電流，進(jìn)而將電池的容量損失減小到最低。

      由于低泄漏電流、超長(zhǎng)保質(zhì)期、寬泛的工作溫度等特性，鋰亞硫酰氯電池成為當(dāng)前最常用于公用事業(yè)儀表的電池。當(dāng)其用于自動(dòng)抄表時(shí)，它的主要缺點(diǎn)是會(huì)在鋰金屬表面形成鈍化膜。這層由氯化鋰晶體構(gòu)成的鈍化膜會(huì)隨著存放時(shí)間的推移而增長(zhǎng)，但會(huì)被足夠強(qiáng)度的放電電流打破。如果鈍化膜被一股瞬間強(qiáng)電流擊破的話，當(dāng)鋰金屬和亞硫酰氯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)(4Li+2SOCl2→)4LiCl+S+S02)時(shí)，泄漏電流會(huì)持續(xù)出現(xiàn)，見圖l，圖2。

圖1-25℃溫度下脈沖中放電后的首次電壓變化(鋰亞硫酰氯電池D型)

 

 

 

圖2鋰亞硫酰氯電池在72℃溫度下存放5天和15天后的鋰金屬表面形態(tài)

 

      所以當(dāng)鋰亞硫酰氯電池僅用于公用事業(yè)儀表中，選用時(shí)必須同時(shí)考慮放電條件和存放條件。另外，為了計(jì)算電池使用壽命，還必須考慮常態(tài)電流和泄漏電流。即使這樣，計(jì)算出來的使用壽命也還要受到其他環(huán)境條件的影響。

 

 

      電池壽命可以通過模擬工作電流、脈沖后的泄漏電流、在相應(yīng)溫度下存放期間的自放電等條件來計(jì)算。這些因素由公用事業(yè)儀表的使用和存放情況來決定。

      電池的實(shí)際壽命并不是通過計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)放電電流下的標(biāo)稱容量來獲得的，而是通過工作電流、存放和環(huán)境條件等影響下的特定容量來計(jì)算。這樣的電池容量通常是標(biāo)稱容量的90％

到95％，且在低溫下的容量值比在高溫下更低。放電結(jié)束時(shí)，隨著電解液耗盡，電池內(nèi)阻會(huì)增大。因?yàn)殇噥喠蝓Ｂ入姵厥褂玫氖且簯B(tài)電解液，放電深度(即放電比率)會(huì)產(chǎn)生較大的泄漏電流，見圖3。

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸所需要的高電流產(chǎn)生時(shí)，鈍化膜會(huì)被擊破導(dǎo)致初始電壓下降，為了重新形成鈍化膜就會(huì)出現(xiàn)自放電現(xiàn)象。為了減少自放電，必須保持一個(gè)穩(wěn)定的鋰金屬表面，從而使得鈍化膜在低電流的作用下不會(huì)被擊破。當(dāng)電容收到一個(gè)瞬間高電流后，電池將用低電流對(duì)電容充電。

圖4鋰亞硫酰氯電池和混合電池的脈沖特性(鋰亞硫酰氯電池D型+0.68法拉電容)

  (背景：1微安放電10秒鐘，脈沖電流：25℃溫度下500毫安放電1秒鐘)

 

 

  什么是無線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)?

      自動(dòng)抄表設(shè)備中所用的最佳電池是鋰亞硫酰氯電池的卷軸型，它具有高容量，低自放電，寬泛的溫度范圍和極好的安全性等特點(diǎn)，可以用小型號(hào)(AA或A型)電池并聯(lián)，或用單個(gè)大型號(hào)(C或D型)電池來延長(zhǎng)電池的使用壽命。而混合電池則比常規(guī)的電池更有效，見圖4。

      公用事業(yè)儀表(自動(dòng)抄表)的用電要求由兩方面組成：1)高脈沖電流(如200毫安到2安培)，能持續(xù)幾毫秒；2)微安級(jí)的待機(jī)電流。

      通常來說，5.0法拉或低于5.0法拉的容量對(duì)于電容(雙層電容)來說已經(jīng)足夠了。需要指出的是，在低溫(低于零下20℃)下，當(dāng)脈沖放電后，電池對(duì)電容的快速充電率會(huì)更有效，見圖5。所以，混合電池里的電容要求低ESR(同等串行電阻)和低泄漏電流，這些將比容量更重要。

 

 

      自動(dòng)抄表主要的研究領(lǐng)域是保證電池容量。國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電池的尺寸。毫無疑問，電池設(shè)計(jì)人員竭盡所能在標(biāo)準(zhǔn)尺寸不變的情況下盡量提高容量。同時(shí)工程師們也在研究電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)和平衡，以盡量降低混合電池的泄漏電流。

 

 

  圖5混合電池的重復(fù)脈沖結(jié)果(鋰亞硫酰氯電池D型+1.2法拉電容)

  (脈沖電流：2安培放電10毫爺，重復(fù)時(shí)間：25℃和零下40℃溫度下重復(fù)5秒)