1. Введение

Глобальный переход к передовым коммунальным сетям в значительной степени зависит от Технология интеллектуального измерения Полем Эти устройства необходимы для обеспечения более эффективной, отзывчивой и устойчивой энергетической системы. Для производителей и поставщиков коммунальных услуг понимание долгосрочной производительности и надежности этих устройств, особенно их источника питания, имеет первостепенное значение.

Что такое умный счетчик?

Умный счетчик - это усовершенствованное электронное устройство, которое записывает потребление энергетики потребителя (электричество, газ или вода) и автоматически передает эти данные обратно коммунальной компании в целях мониторинга и выставления счетов.

В отличие от традиционных аналоговых счетчиков, которые требуют ручного чтения на месте, интеллектуальные счетчики используют безопасные технологии цифровой связи (такие как сотовая связь, радиочастотная или коммуникация линии электропередачи - PLC) для предоставления Рядом с данными в реальном времени .

Основные функции интеллектуального счетчика включают:

• Точное измерение: Запись данных о потреблении с установленными интервалами (например, каждые 15 или 30 минут).
• Двухстороннее общение: Отправка данных в утилиту и получение информации (например, обновления программного обеспечения, команды удаленного подключения/отключения).
• Регистрация данных: Хранение истории использования внутри.
• Обнаружение вмешивания: Предупреждение о полезности о любой попытке вмешиваться в счетчик.

Зачем интеллектуальные счетчики нужны батареи?

Необходимость батарей в интеллектуальном счетчике значительно варьируется в зависимости от утилиты (электроэнергии, газа или воды) и конкретной конструкции счетчика, но их основная цель - обеспечить непрерывная функциональность и целостность данных .

1. Независимая операция (газовые и водоросли)

Газовые и водовольные счетчики обычно устанавливаются в местах, часто на открытом воздухе или под землей, где непрерывное электрическое соединение является либо непрактичным, либо слишком дорогостоящим. Для этих метров батарея Первичный источник питания , то есть его долговечность диктует весь эксплуатационный срок службы устройства.

2. Резервное копирование и целостность данных (электрические счетчики)

В то время как электрические счетчики привлекают свою основную мощность из электрической сетки, им все равно требуется резервное решение. Аккумулятор гарантирует, что в случае отключения питания:

• Данные счетов сохраняются: Критические записи потребления сохраняются.
• Часы в реальном времени (RTC) продолжаются: Счетчик сохраняет точное время, что важно для переключения тарифов и регистрации интервала данных.
• Сигнал «Последний вздох»: Счетчик может отправить окончательное предупреждение коммунальной компании, указывающей на потерю энергии и ее местоположение.

3. Управление высоким пульсовым током

Передача данных, особенно с использованием таких технологий, как сотовой связи (например, узкополосная IOT) или радиочастотная связь (RF), требуют коротких всплесков очень высокий ток Полем Даже если счетчик в основном мощно подходит, батарея или комбинация батареи и конденсатор (конденсатор/суперконденсатор гибридного слоя) часто используется для эффективного обеспечения этого высокого импульса мощности, предотвращения чрезмерного напряжения на внутренних компонентах и ​​обеспечения надежной передачи.

2. Типичный срок службы батареи в интеллектуальных счетчиках

Чтобы интеллектуальный счетчик был экономически эффективным и надежным активом для поставщиков коммунальных услуг, его источник питания должен соответствовать обязательным срокам работы устройства. Следовательно, интеллектуальные батареи не являются стандартными потребительскими ячейками; это очень специализированные компоненты, разработанные для экстремальная долговечность и надежность .

Средняя ожидаемая продолжительность срока службы батареи (например, 10-20 лет)

Ожидаемая продолжительность жизни интеллектуальной батареи является амбициозной, как правило, начиная с От 10 до 20 лет Полем Этот период часто выбирается, чтобы совпадать с типичным сроком службы или законодательным интервалом калибровки самого счетчика, что позволяет утилите заменить весь блок за одно запланированное посещение.

• Газовые и водороты: Поскольку аккумулятор является основным источником питания для этих устройств, они обычно предназначены для Минимальный операционный срок службы от 10 до 15 лет Полем Достижение 20-летней отметки требует передового управления аккумуляторами, специализированной химии клеток и высоко оптимизированных протоколов связи.
• Электрические счетчики (резервная копия): Для измерителей электроэнергии, внутренняя батарея служит резервная копия для часов в реальном времени (RTC) и нелетучих памяти. Поскольку нагрузка минимальна и только прерывится, эти батареи часто имеют срок службы, которая превышает 20 лет, хотя весь счетчик часто заменяется до этого.

Факторы, влияющие на срок службы батареи

Достижение целевого срока службы от 10 до 20 лет не гарантируется и зависит от сложного взаимодействия выбора дизайна и реальных условий работы. Мы сосредотачиваемся на трех критических переменных: химия батареи, окружающая среда и профиль использования.

Тип батареи (литий и т. Д.)

Подавляющее большинство длинных интеллектуальных счетчиков используют Основные (нерезаргируемые) батареи на основе лития Из-за их исключительно высокой плотности энергии и низкой скорости самостоятельного распределения. Конкретная химия является основополагающим фактором при определении долговечности и производительности счетчика:

Условия окружающей среды (температура, влажность)

Батареи очень чувствительны к окружающей среде. В то время как компоненты интеллектуального счетчика надежно запечатаны, экстремальные условия ускоряют деградацию и снижают производительность.

• Температура: Высокая температура окружающей среды значительно уменьшить время автономной работы увеличивая внутреннюю скорость самодействия и ускоряющее старение компонентов. И наоборот, чрезвычайно холодные температуры могут временно уменьшить доступную емкость батареи и напряжение В течение высоких периодов передачи. Счетчики в умеренном помещении, как правило, превзойдут те, которые установлены на подвалах, чердаках или на открытом воздухе, где температура дико колеблется.
• Влажность/герметизация: Несмотря на то, что любой компромисс в уплотнении метра менее распространен, он может позволить проникновение влаги, что приводит к внутренней коррозии, которая сокращает срок службы батареи и вводит пути утечки.

Шаблоны использования (частота передачи данных)

Самое прямое управление, которое утилита, за время срока службы батареи заключается в определении шаблона использования счетчика, в частности, частоты и мощности передачи данных.

• Нагрузка передачи: Отправка данных (например, через сотовой или радиочастотной) Единственный самый большой утечку энергии На батарее умного счетчика. Счетчик, передающий потребление, чтение каждого четыре часа будет потреблять значительно меньше энергии, чем один, передающий каждый 30 минут .
• Прочность на расстояние и сигнал: Если счетчик расположен далеко от шлюза сети связи (требует более высокой мощности передачи) или если сигнал плохой (требует нескольких повторных передач), высокая продолжительность импульса и частота высокого тока значительно увеличивается, что приводит к гораздо более быстрому истощению общей мощности батареи.
• Использование функций: Активация интенсивных функций, таких как частые показания по требованию, управление удаленным клапаном (в счетчиках газа/водоснабжения) или расширенный мониторинг безопасности, увеличит средний ток и снизит общий срок эксплуатации счетчика.

3. подписывает, что ваш интеллектуальный счетчик бата

В то время как батареи с интеллектуальными счетчиками предназначены для десятилетий надежной работы, они не являются непроницаемыми для провалов. Определение ранних признаков снижения батареи имеет решающее значение как для коммунальных услуг, так и для конечных пользователей, поскольку она позволяет упреждать замену, предотвращая полную потерю услуг почисления.

Снижение производительности и функциональности

Отвратительная батарея сначала проявляется как снижение способности счетчика выполнять свои мощные функции. Измеритель может по -прежнему измерять потребление, но его способность к общению начинает ухудшаться.

• Прерывистая или отложенная передача данных: Это часто первый заметный знак. Счетчик может не отправлять данные с необходимыми частыми интервалами (например, каждые 30 минут), но все же может удается отправлять ежедневное или еженедельное резюме. Это потому, что снижение напряжения больше не может поддерживать Высокий ток импульс необходимо для беспроводного модуля связи.
• Замедленный ответ дисплея: Для измерителей с физическим дисплеем низкий батарею может привести к тому, что экран становится слабым, время от времени или очень медленно реагировать, когда потребитель пытается проходить через меню дисплея, используя кнопки.
• Отказ функций резервного копирования (электрические счетчики): Если электрический счетчик испытывает отключение электроэнергии, предполагается, что его внутренняя батарея поддержат работу часов и сохраняет данные. Сбой батареи приведет к потере Часы в реальном времени (RTC) Во время отключения, что привело к времени и ошибкам тарифов после восстановления мощности.

Сообщения об ошибках или оповещения

Современные умные счетчики-это сложные устройства, способные к самодиагностике. Когда внутреннее напряжение падает ниже указанного порога, счетчик запрограммируется на создание предупреждения.

• Флаг с низким батареем: Внутренняя прошивка счетчика предназначена для мониторинга состояния заряда и напряжения батареи. Как только это упадет до критического уровня (например, оставшиеся 15%$), внутренний Флаг "низкий батарек" установлен и передается в коммунальную систему. Это предполагаемый и самый надежный способ запустить запланированную замену.
• Отображение ошибок: Цифровой дисплей счетчика может показать выделенный значок (например, силуэт батареи) или явный код ошибки текста (например, «Batt Low», «E-32»).
• Предупреждения об отказе от сети: Поскольку низкое напряжение напрямую влияет на передачу, система связи утилиты может помечать счетчик как "Оффлайн" или настойчиво "Неудача связи" Хотя более широкая сеть функциональна.

Неточные показания

В то время как сбой батареи в первую очередь влияет на связь, в тяжелых случаях он может напрямую влиять на способность счетчика принимать и записывать точные измерения, особенно на устройствах только для батареи (газ и вода).

• Противоречивая регистрация данных: Процессор измерителя или внутренняя память может потерять мощность или испытать отпрыскивание во время критических циклов измерения, что приводит к пробелы или несоответствия В сохраненных данных потребления.
• Отказ механизма отключения (газовые счетчики): Некоторые газомеры с батарейным батарей Закрыть газовый клапан Когда батарея критически низкая или полностью мертва, чтобы предотвратить незаметное использование. Это приводит к резкому прерыванию обслуживания, требуя экстренного визита для замены счетчика.

В таблице ниже суммируются общие операционные воздействия, поскольку батарея приближается к концу своего срока службы дизайна:

4. Что происходит, когда батарея умирает?

Основной целью долгосрочной батареи интеллектуального счетчика является обеспечение непрерывности обслуживания и потока данных. Когда эта батарея полностью истощается или сбой, основная функциональность системы интеллектуального измерения сильно скомпрометируется, перемещая счетчик из «интеллектуального» устройства обратно в простой счетчик - или, что еще хуже, устройство, которое перестало полностью функционировать.

Потеря отдаленного возможностей чтения

Наиболее непосредственным и критическим следствием загрязненной батареи является Потеря модуля коммуникации счетчика Полем Беспроводная передача, будь то с помощью сотовой, радиочастотной (RF) или других запатентованных сетей, требует значительного взрыва мощности, который не может предоставить мертвая или критически низкая батарея.

• Нет больше автоматических данных: Счетчик больше не может автоматически передавать данные об использовании коммунальной компании. Регулярный поток данных, необходимый для мониторинга почти в реальном времени, балансировки нагрузки и программ реагирования на спрос, мгновенно останавливается.
• Тишина золотая (для метра, плохо для полезности): Утилита теряет видимость в статусе счетчика. Он больше не может получать обычные проверки здоровья или критические оповещения (например, события в багажнике, предупреждения с высоким потреблением), которые ухудшают управление систем.
• Потеря удаленных команд: Любая функциональность, которая опирается на двустороннюю связь, такую ​​как дистанционное соединение или отключение сервиса, или нажимать обновление прошивки, невозможно.

Потенциальная потребность в чтении ручного счетчика

При отмене удаленной связи коммунальная компания возвращается к устаревшей и дорогостоящей необходимости Ручное чтение счетчика .

• Расчетный счет: За период после сбоя батареи, клиент, скорее всего, получит Расчетные счета на основе исторических моделей использования. Это отраслевая мера остановки, но часто приводит к спорам или большим «догоняющим» счета после того, как фактическое использование наконец записано.
• Полевой техник отправка: Чтобы захватить фактическое показание, необходимое для точного планирования выставления счетов и замены счетчиков, утилита должна отправлять полевого техника для физического посещения сайта, прочитать дисплей счетчика и инициировать рабочий заказ для полного счетчика. Это дорого и побеждает основное преимущество интеллектуальной сетки.

Проблемы связи с коммунальной компанией

Полный сбой батареи часто приводит к каскадной серии операционных и финансовых проблем для утилиты, особенно для батареи газовых и водных счетчиков.

Короче говоря, мертвая батарея превращает усовершенствованную часть инфраструктуры в ответственность. Он вводит значительные эксплуатационные расходы (ручное чтение, чрезвычайная отправка) и ухудшает качество обслуживания, предоставляемого конечному клиенту (расчетные счета, прерывание обслуживания). Это подчеркивает критическую важность установки батарей с максимально возможным Дизайн жизнь и реализация продвинутого Мониторинг батареи система

5. Замена батарей для интеллектуальных метров

Возможная замена интеллектуальной батареи измерителя является неизбежным событием, независимо от его десятилетнего срока службы дизайна. Для коммунальных услуг и производителей счетчиков это мероприятие по техническому обслуживанию представляет материально -технические, технические и финансовые соображения. Четкое понимание процесса замены имеет решающее значение для поддержания успешного развертывания интеллектуальной сети.

Могут ли домовладельцы заменить батарею?

Почти во всех нормативных юрисдикциях, Домовладельцам не разрешается заменить батареи с интеллектуальными счетчиками Полем Это ограничение существует по нескольким критическим причинам:

1. Безопасность и сертификация: Умные счетчики запечатаны, сертифицированные устройства, которые работают с мощностью на уровне коммунального производства и, в случае газа, с горючим материалом. Только обученные и сертифицированные техники уполномочены открывать жилье счетчика для выполнения технического обслуживания.
2. Профилактика вмешательства: Разрешение общественного доступа к внутренним компонентам поставит под угрозу протоколы безопасности счетчика и увеличит риск кражи энергии или подделки, что может аннулировать официальную сертификацию счетчика.
3. Специализированные батареи: The batteries used are highly specialized, high-capacity lithium primary cells (like $\text{LiSOCl}_2$), which require specific handling, disposal procedures, and activation processes that differ significantly from standard consumer batteries.
4. Целостность данных: Замена аккумулятора требует специального оборудования для обеспечения внутренних регистров измерителя и данных конфигурации сохраняется или правильно резервное копирование во время перехода питания.

Для домовладельца единственное действие, необходимое при сбое счетчика, - это Свяжитесь с их поставщиком коммунальных услуг Чтобы сообщить о проблеме.

Роль коммунальной компании в замене батареи

Ответственность за мониторинг, управление и замену интеллектуального счетчика и его аккумулятор полностью опирается на коммунальная компания или поставщик услуг по контракту. Полем Этот процесс обычно регулируется стратегией прогнозирующего обслуживания.

Соображения стоимости

Замена аккумулятора или, чаще, Полная замена измерителя является значительным операционным расходом для коммунальных компаний. Цель использования аккумуляторов от 10 до 20 лет-минимизировать Общая стоимость владения (TCO) .

• Минимизация посещений на местах: Самый дорогой аспект - это Стоимость рулона грузовика (отправление техника). Одно полевое посещение может стоить дороже, чем сам счетчик. Таким образом, батарея, которая длится 15 лет и избегает даже одного незапланированного полевого посещения по сравнению с 7-летним батареей, обеспечивает огромную экономию затрат.
• Стратегия замены: Многие коммунальные услуги предпочитают заменить Весь счетчик сборки а не только внутренняя батарея. Эта стратегия обусловлена ​​тем фактом, что электроника, печать и калибровка счетчика также приближаются к их окончанию жизни через 10-15 лет. Замена всего блока обеспечивает возврат к полностью сертифицированному, высокопроизводительному состоянию.
• Расширенный мониторинг: Инвестиции в батареи с превосходными кривыми напряжения и внедрение расширенного Мониторинг здоровья батареи Особенности (как и те, которые мы включаем в наши индивидуальные дизайны счетчиков) позволяют коммунальным предприятиям точно предсказать оставшуюся жизнь. Это позволяет техническим специалистам объединять замены батареи с помощью другого запланированного обслуживания, что значительно снижает общие эксплуатационные расходы.

6. Продление срока службы батареи Smart Meter

Максимизация срока эксплуатационного срока службы интеллектуального батареи имеет решающее значение для минимизации Общая стоимость владения (TCO) для поставщиков коммунальных услуг. Каждый дополнительный год срока службы батареи переходит непосредственно в значительную экономию, откладывая дорогие посещения технического обслуживания на местах. Как производители, мы сосредоточены на оптимизации проектирования и предоставлении инструментов для эффективного управления счетчика.

Советы по оптимизации производительности

Ключ к продлению срока службы батареи Smart Meter заключается в управлении его энергетическим бюджетом, сосредоточенным на общении и минимизации энергопотребления в период простоя.

• Внедрить агрессивные циклы сна: Подавляющее большинство срока службы батареи тратится в Режим спящей мощности Полем Оптимизация прошивки для минимизации времени пробуждения и сокращения покоящегося тока (мощность, нарисованная при измерителе, «спят») является единственным наиболее эффективным улучшением дизайна для долговечности.
• Оптимизировать планирование передачи данных: Трансмиссия является самым высоким током. Если счетчик развернут в труднодоступном месте, частота передачи должна быть тщательно управлялась. Вместо передачи данных потребления каждые 30 минут, оптимизированная настройка может заключаться в том, чтобы собирать данные внутри каждые 30 минут, но только передавать агрегированные данные один или два раза в день .
• Интеллектуальная регистрация сети: Во время первоначальной настройки или после длительного отключения связи, счетчик должен искать и зарегистрироваться в сети. Этот процесс может быть очень сильным. С использованием Сетевые протоколы связи (как NB-IOT) и оптимизация алгоритма регистрации сводит к минимуму необходимую мощность поиска и время.
• Умное использование конденсаторов (гибридная мощность): Интеграция высокой производительности Гибридный слой конденсатор (HLC) или Суперконденсатор Параллельно с первичной литийной батареей позволяет конденсатору справляться с высокими требованиями радиопередачи. Это защищает основную батарею от напряжения с высоким уровнем импульса, предотвращая падение напряжения и продлевает общий срок службы.

Мониторинг Health Health

Даже наиболее разработанная батарея в конечном итоге потерпит неудачу. Второй столп максимизации утилиты аккумулятора - это реализующий надежный мониторинг, чтобы гарантировать, что замена происходит в оптимальное время - до отказа, но не преждевременно.

• Мониторинг напряжения и температуры: Внутренняя диагностика счетчика должна постоянно отслеживать терминал батареи Напряжение и внутренний температура Полем Внезапное падение напряжения или устойчивая высокая температура может быть ранним индикатором надвигающегося отказа или внешней проблемы окружающей среды.
• Подсчет кулонов и оценка мощности: Дополнительная прошивка использует алгоритмы (часто называемые топливным измерением) для расчета количества заряда, который был использован, и оценить Оставшийся срок полезного использования (RUL) батареи. Это позволяет утилите предсказать, когда аккумулятор достигнет критических пороговых лет заранее.
• Пороги тревоги: Утилиты должны устанавливать динамические пороги предупреждения, которые ниже критической точки отказа. Предупреждение в 20% оставшаяся мощность допускает запланированную, экономичную замену, в то время как сигнал тревоги при 5% осталось сигнализирует чрезвычайную ситуацию, которая требует немедленного внимания.

В приведенной ниже таблице описывается, как расширенные функции мониторинга способствуют экономии средств и долговечности:

7. Smart Meter Brands и время автономной работы

В глобальной отрасли интеллектуальных измерений несколько крупных производителей создали репутацию за надежность и долговременную эффективность. В то время как конкретные спецификации продукта постоянно развиваются, эти бренды полагаются на надежную проектирующую и передовую технологию батареи для удовлетворения потребностей в коммунальных услугах в течение 10-20 лет.

Важно отметить, что срок службы батареи определяется только брендом, но и конкретным Модель счетчика, химия батареи и настройки связи утилиты (например, как часто счетчик установлен для сообщений данных). Однако каждый производитель использует конкретные стратегии для максимизации долговечности.

Аклара

Аклара (now part of Hubbell) is a major provider, particularly in North America, focusing on integrated solutions for electricity, water, and gas.

• Сторонний фокус: Аклара meters often emphasize Эффективность сети Чтобы сохранить питание аккумулятора. Их технология связи предназначена для работы с низкой мощностью, обеспечивая минимуму высокого тока всплески передачи в течение длительности и частоты.
• Стратегия батареи: Они используют первичные литиевые клетки с высокой емкостью в сочетании с продвинутыми Интегрированные схемы управления энергетикой (PMICS) Чтобы тщательно контролировать текущий рисунок счетчика в спящем режиме.

Itron

Itron - это глобальный лидер, известный своим разнообразным портфелем, который включает в себя передовые счетчики воды и газа, которые полностью полагаются на мощность аккумулятора для расширенного эксплуатационного срока службы.

• Сторонний фокус: Метры iTron разработаны для долговечность в суровых условиях , что имеет решающее значение для метров, размещенных в открытых ямах или хранилищах. Их герметичные корпуса и надежные компоненты защищают батарею от экстремальной температуры и колебаний влаги.
• Стратегия батареи: Они сильно используют Гибридные силовые решения Это сочетает в себе литиевые клетки с высокой пропускной способностью с интегрированными суперконденсаторами. Эта комбинация позволяет счетчику обрабатывать высокопульсную связь (например, радиочастотную передачу) без перевышения основной батареи, эффективно продлевая общий срок службы системы.

Лэндис Гир

Лэндис Гир is one of the largest global players, supplying millions of smart meters, especially electricity meters, which often use batteries for backup functions.

• Сторонний фокус: Их системы сосредоточены на Университетское управление сеткой Полем В то время как их электрические счетчики способны к сети, их счетчики газа и воды оптимизированы для длительного срока службы батареи, часто нацеленные на весь срок действия дизайна от 15 до 20 лет.
• Стратегия батареи: Лэндис Гир's emphasis is on the прогнозирующее обслуживание аспект Их счетчики включают в себя сложные алгоритмы прошивки для мониторинга здоровья батареи в режиме реального времени, что позволяет коммунальным предприятиям заменить счетчики запланированным неэкдратичным образом, прежде чем батарея фактически умирает.

Эльстер (Ханивелл)

Элстер, теперь являющийся частью Honeywell, имеет сильное присутствие в пространстве затрат на газ и воды, где долговечность аккумулятора имеет первостепенное значение.

• Сторонний фокус: Философия дизайна Эльстера сосредоточена на Ультра-низкое энергопотребление На этапах измерения и обработки минимизация базового тока.
• Стратегия батареи: Они выбирают аккумуляторы премиального класса, известные из-за самых низких показателей саморазрядки, гарантируя, что хранимая энергия будет зарезервирована почти полностью для эксплуатационных задач, а не теряется внутренне с течением времени.

В таблице ниже представлены общий обзор типичных целевых сроков задолженности батареи в приложениях общих счетчиков, используемых этими лидерами отрасли:

Заключение

Ключевые выводы на срок службы батареи Smart Meter

Вопрос о том, как долго длится интеллектуальный счетчик, имеет четкий ответ: эти специализированные источники мощности спроектированы как Долговая активность , как правило, предназначен для работы для От 10 до 20 лет .

Как пользовательский производитель интеллектуальных счетчиков, мы понимаем, что долговечность достигается с помощью точного баланса технологий и операционной дисциплины:

1. Химия имеет значение: Опора на Литий Тионилхлорид и гибридные клетки с высокой емкостью являются основополагающими для достижения многолетней работы, особенно для газометрах только для батареи.
2. Дизайн для эффективности: Наиболее значимым фактором в продлении срока службы является минимизация рисования мощности в период простаивания и оптимизация Частота передачи данных и выходная мощность.
3. Упреждающее управление является ключевым: Лучшая батарея так же эффективна, как и система мониторинга. Реализация продвинутого Оставшийся срок полезного использования (RUL) prediction и предупреждения о низких батареях позволяют коммунальным компаниям планировать запланированные замены, минимизировать дорогие экстренные посещения и обеспечить непрерывное обслуживание.

Рассказывая о приоритетах высокоэффективных аппаратных и сложных алгоритмов управления аккумуляторами, мы предоставляем решения, которые не только соответствуют требуемому сроку службы от 10 до 20 лет, но и вносят вклад в более низкий Общая стоимость владения для поставщиков коммунальных услуг по всему миру.