CN114970079A - 一种燃气表以及超级电容选用评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超级电容选用评估方法,所述超级电容被采用并装载在电子设备的电路,所述超级电容选用评估方法用于判断所述电子设备可能选用的超级电容是否符合所述电子设备的可靠性要求。所述评估方法包括以下步骤,获取所述电子设备在工作时,不同工作电压在全部工作时间中的占比;获取所述电子设备在工作时,不同环境温度在全部工作时间中的占比;获取所述超级电容在不同温度下的预期寿命时间;根据获得的数据计算评估所述超级电容是否符合所述电子设备的设计寿命要求。
Description
技术领域
本发明属于电子设备开发技术领域,特别涉及一种燃气表以及根据超级电容预期寿命评估选用的方法。
背景技术
燃气表已经得到广泛使用,燃气表中的控制器作为燃气表的最核心部件,其稳定可靠是保证产品生命周期的前提。其中,控制器上的超级电容作为储能元件,一方面保证表具日常上报的大电流供给,另一方面在表具出现异常时能及时保证表具关阀上报,通知燃气公司相关告警信息,提醒维修及维护,在整个控制器的工作周期中承担着不可估量的作用。因此,由于超级电容参与燃气表控制器的整个工作的供电过程,其自身质量的稳定、可靠及预期寿命评估对于燃气表的稳定性就尤为重要。
目前国内燃气厂商选择超级电容主要从品牌和耐压值这两方面考虑,品牌主要有松下、黑金刚、蓝宝石,电容的耐压值主要为额定电压2.7V单颗、3.0V单颗、5.0V双颗、5.5V双颗等。很多燃气表厂商在选择超级电容时,只知道电容的耐压值,且设计的时候,根本不会考虑燃气表的供电特性,质量及寿命均由品牌来保证。设计是否合理及设计是否冗余并没有可靠依据,往往会因为超级电容电路设计不合理导致电路损坏,进而导致燃气表批量召回的事故。当然也可能因为超级电容电路设计过分冗余,一方面导致超级电容工作不饱和达不到预期的功能,另一方面会产生大量的设计浪费,影响产品的利润。
发明内容
本发明实施例之一,一种评估燃气表中超级电容预期寿命的方法,所述超级电容被采用并装载在燃气表的电路上。所述评估方法包括以下步骤,
获取所述燃气表在工作时,不同工作电压在全部工作时间中的占比;
获取所述燃气表在工作时,不同环境温度在全部工作时间中的占比;
获取所述超级电容在不同温度下的预期寿命时间;
根据获得的数据计算评估所述超级电容是否符合所述燃气表的设计寿命要求。
本发明实施例的有益效果之一在于,从燃气表的供电特性出发,分别就温度因子及电压因子两个角度展开论证,给出了一种评估燃气表中超级电容预期寿命的方法。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述,本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中,以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式,其中:
图1根据本发明实施例之一的燃气表电流消耗及放电脉冲曲线。
图2根据本发明实施例之一的燃气表工作电流功耗模拟测试电路图。
具体实施方式
根据一个或者多个实施例,现有的超级电容预期寿命有如下特点:
1)预期寿命与温度因子、电压因子成反比;
2)温度每降低10度,预期寿命翻倍;
3)工作电压值,每下降0.2V,预期寿命翻倍。
一种燃气表上超级电容预期寿命评估流程,根据超级电容预期寿命的特点,就超级电容初始值耐压值比较高的问题,展开如下的评估:
S101,如果假设燃气表使用的是4节干电池,燃气表实际使用的电压范围为6.5~4.8V,获取燃气表在不同电压下的使用占比;燃气表是4节1.5V干电池串联供电的,单节干电池满电的情况下电压一般为1.62~1.63V左右,4节就是6.5V。使用一段时间后,干电池的电压会下降,当下降到4节串联总电压低于4.8V时,燃气表就没办法保证全功能的正常工作了,所以设置了燃气表的工作电压范围为6.5~4.8V。
S102,获取燃气表实际使用的温度环境情况及权重(气表设计温度范围为:-25~55℃);
S103,获取燃气表使用型号超级电容不同电压,不同温度下的预期寿命数据;
S104,根据获取的数据与表实际的工作情况,评估超级电容工作环境的原始设计是否符合预期寿命。
其中,对于评估数据的获取,在S101中,首先获取到燃气表在实际工作中的电流消耗及放电脉冲曲线。数据按照如下表一评估:
表一
上述表一中,脉冲1的意思是每一个小时,表具工作1.5s,类似于一个脉冲信号。同样,脉冲2是每24小时,表具工作60秒。脉冲是MCU响应燃气表的事件产生(比如每小时会进行数据的存储,每天进行数据上报通信),脉冲的产生的周期由燃气表中事件的周期决定。脉冲3为脉冲2一个整体下的一个特定的尖峰。
其次,根据燃气表的电流消耗及放电脉冲曲线,用单节电池恒阻放电来近似模拟燃气表的工作情况。放电电流控制在30mA左右,为加快测试时间,模拟放电间隔为4h/d。
取单节电池在43Ω恒阻放电的情况下,放电间隔4h/d,放电电流约30mA,模拟燃气表的外电供电电流的情况,以下表二为某电池厂商提供的电池放电的原始表格。
表二
这里,超级电容的电压=(电池电压-二极管的管压降)/2;
如图2所示的模拟测试电路,D1、D2两个二极管在防爆中为1组可靠性器件,压降按照单个二极管的管压降计算,二极管管压降算做0.6V;C1,C2均为超级电容,串联在电路中,R1为功率电阻限制超级电容的充电电流,确保符合表具的防爆要求。
对应燃气表上超级电容全生命周期中工作电压占比如下表三:
表三
实际近似等效电容负载电压 | 权重 |
2.8V(实际2.9~2.7V,取2.8V) | 3.858% |
2.6V(实际2.7~2.5V,取2.6V) | 13.818% |
2.4V(实际2.5~2.3V,取2.4V) | 35.927% |
2.2V(实际2.3~2.1V,取2.2V) | 46.398% |
对于燃气表中超级电容全生命周期温度占比评估按照如下表四进行:
表四
工作温度(℃) | -25 | -10 | 5 | 20 | 35 | 50 | 55 |
百分比(%) | 2 | 10 | 15 | 50 | 15 | 5 | 3 |
在对预期寿命计算的时候,选用超级电容厂商提供的预期寿命表格进行评估。评估温度点为55℃(表四的最高工作温度),评估所选数据如上图红框标记部分,2.4V和2.2V部分按照10.57年计算(实际值大于10.57年),实际可得表格如下表五:
表五
最终可以得到55℃下,超级电容的预期寿命最小值为10.37年。根据前面的推导及分析,可知其它温度(-25℃≤T<55℃)下面超级电容的预期寿命均会高于55℃下的值,符合燃气表全生命周期不小于10年的要求。
因此,本发明的有益技术效果包括:
实现了燃气表超级电容预期寿命的评估;
减少了产品设计的不确定因素,避免燃气表因为超级电容预期寿命设计不合理导致的批量召回;
避免因为设计保守导致燃气表控制器的设计浪费,影响产品的竞争力。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种超级电容选用评估方法,所述超级电容被采用并装载在电子设备的电路,其特征在于,所述超级电容选用评估方法用于判断所述电子设备可能选用的超级电容是否符合所述电子设备的可靠性要求。
2.根据权利要求1所述的超级电容选用评估方法,其特征在于,所述评估方法包括以下步骤,
获取所述电子设备在工作时,不同工作电压在全部工作时间中的占比;
获取所述电子设备在工作时,不同环境温度在全部工作时间中的占比;
获取所述超级电容在不同温度下的预期寿命时间;
根据获得的数据计算评估所述超级电容是否符合所述电子设备的设计寿命要求。
3.根据权利要求2所述的超级电容选用评估方法,其特征在于,所述的评估方法进一步包括,
获得所述电子设备在工作中的电流消耗,以及放电脉冲曲线,其中,对于电流消耗和放电脉冲曲线分别包括平均放电电流、持续时间和频次。
4.根据权利要求3所述的超级电容选用评估方法,其特征在于,根据所述电子设备的电流消耗和放电脉冲曲线,采用单节电池恒阻放电模拟所述电子设备工作时供电电源的电流状态,获得在不同负载电压情况下所述超级电容在全寿命周期中的工作时长占比。
5.根据权利要求3所述的超级电容选用评估方法,其特征在于,所述评估方法还包括,获得所述超级电容在全寿命周期中的不同温度工作时长占比。
6.根据权利要求3所述的超级电容选用评估方法,其特征在于,
选择所述超级电容最高的工作温度作为评估超级电容的评估温度,
根据由制造厂商提供的所述超级电容的预期寿命时长,乘以所述超级电容不同工作电压对应的全寿命时长的不同占比,获得不同工作电压的预期寿命时长,
将不同工作电压的预期寿命时长相加,获得所述超级电容的最低预期寿命,
如果该最低预期寿命大于所述电子设备的寿命要求,则该超级电容符合所述电子设备的要求,可以被选用。
7.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备中超级电容,采用如权利要求1所述的评估方法选用。
8.根据权利要求7所述的电子设备,其特征在于,所述的电子设备是燃气表。
9.一种电子设备的设计方法,其特征在于,所述设计方法包括如权利要求1所述的评估方法。
10.根据权利要求9所述的电子设备的设计方法,其特征在于,所述电子设备是燃气表。
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