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              智能水表儀表3.6V鋰亞硫酰氯電池基礎知識


              閱讀量:106發布時間:2021-05-22 10:27:07


              1、什么是鋰亞硫酰氯電池

              標稱電壓為3.6V,以金屬鋰為負極,以亞硫酰氯為正極,采用無機電解液的鋰原電池稱為鋰-亞硫酰氯電池。

              2、產品分類

              2.1  按電池工作特性分為

              容量型(后綴符號缺?。?/span>

              功率型(后綴符號為M)

              高溫型(后綴符號為S)

              2.2  型號說明

              image.png

              2.3標注示例

              ER14505M 表示為電池高度為50.5mm、直徑為14mm的功率型圓柱形鋰-亞硫酰氯電池。

              2.4  主要規格型號

                  容量型:ER13150、ER13170、ER10280、ER10450、ER14250、ER14335、ER14505、ER17505、ER18505、ER26500、ER34615、ER341245;

                  功率型:ER14250M、ER14335M、ER17505M、ER18505M、ER26500M、ER34615M

                  高溫型:ER13150S、ER14250S、ER14505S、ER26500S、ER34615S

              3、電池結構

              3.1  功率型電池的結構及材料:電池的正極材料是碳,負極材料是金屬鋰,電解液是亞硫酰氯,用玻璃纖維隔膜將正負極隔開,電池的結構為卷繞式。結構簡圖如下。

              圖片1.png

              3.2容量型電池的結構及材料:電池的正極材料是碳,負極材料是金屬鋰,電解液是亞硫酰氯,用玻璃纖維隔膜將正負極隔開,電池的結構為碳包式。結構簡圖如下。

              圖片2.png

              4、 電池特性: 

              4.1 電池的比能量高達430Wh/kg(1000Wh/dm3),在各種鋰電池中是最高的。

              4.2 開路電壓高,單粒電池高達3.6伏(V);工作電壓高,工作電壓隨負荷變化,通常在3.2~3.6伏(V)之間。

              4.3 自放電率低,年自放電率在2%以下;儲存壽命長,室溫下可儲存10~15年。

              4.4 使用溫度范圍寬廣,一般使用溫度在-55℃~+85℃之間。

              4.5工作電壓平穩。90%以上的電池容量是在電壓幾乎不變的高電壓平臺上輸出的。

              4.6 一般以微電流連續長時間工作,并能提供中等電流脈沖,工作時間可長達8年。

              4.7 電池本身有PTC保護片,電池短路在5S內電流降到<600mA,PTC通過400mA時壓降小于0.04V。

              5、 電池使用注意事項:

              5.1 嚴禁短路,嚴禁充電。

              5.2 嚴禁用戶自行組合電池。

              5.3 嚴禁過放電、擠壓、焚燒或拆卸。

              5.4 嚴禁在允許的溫度范圍之外使用或加熱。

              5.5 電池使用至終止電壓時,應及時從儀器中取出。

              5.6 不得直接在電池表面焊接,應使用預先裝有導耳或引線的電池。

              5.7 使用過的電池應按照當地環保規定處理,深埋于地下或投入深水中。

              以上注意事項應嚴格遵守,以免電池操作、使用不當,導致電池鼓脹、泄露甚至起火或發生爆炸。

              6、 安全警示:

              6.1 使用前嚴格檢查外包裝,出現包裝破損,要查清原因,不得輕易使用。

              6.2 電池裝機前,檢查電池的開路電壓、負荷電壓以及有效期。

              6.3 嚴禁將不同系列的電池、不同規格的電池混合串聯使用。

              6.4 不能隨意在電池正負極端進行錫焊,在引出片上的錫焊要在幾秒鐘內完成。

              6.5 電池放電至截止電壓后,嚴禁繼續使用。

              6.6 報廢電池的處理:將電池及時放入5%食鹽水溶液中浸泡,將剩余電壓放至0V,然后集中在指定地點深埋于1米左右的地底下。

              7、保護電路:

              圖片3.png

              8、為什么鋰電池是智能水表專用電池?

              8 應用說明

              8.1電子儀表中用電池作為主電源(IC卡氣、水、熱表 + 讀數器)和作為記憶后備和實時時鐘電源(復費率電表)。

              8.2 電子儀表為何使用鋰電池?

              ?工作電壓超過2V;

              ?工作溫度范圍寬廣;

              ?脈沖放電能力強;

              ?數年的工作壽命內可靠性高;

              ?安全性好;

              8.3 當前市場上有4種鋰電化學體系:

              Li-SOCl2 (LS) , Li-SO2 (LO) , Li-MnO2 (CR) , Li-CFX (BR);

                  能提供其中的3項: Li-SOCl2, Li-SO2,Li-MnO2;

                  為多數儀表推薦使用Li-SOCl2電池;

              8.4 為什么是Li-SOCl2電池? 

              ?高電壓及穩定工作電壓(開路電壓 ≥3.66V ,負載電壓≥ 3.2V);

              ?功率型電池具備較大電流脈沖放電優勢;

              ?更為寬闊的工作溫度范圍(-55/85℃);

              ?更高的容量(ER14250≥1.2AH  ER14505≥2.4AH);

              ?更小的自放電,更長的貯存、使用壽命(小于2%,5~15年);

              ?更突出的安全性能(無運輸限制,UL認證,符合EN50020“歐洲防爆電氣標準”要求);

              ?良好的記錄和口碑;

              8.5 儀表行業對鋰電池應用的要求: 

              ?電池預期壽命;

              ?脈沖時電壓響應;

              ?工作溫度范圍;

              ?安全性;

              ?環境;

              ?舊電池處理;

              ?電池制造商的技術支持;

              8.5.1電池預期壽命取決于:

              ①單體電池中的鋰金屬數量;

              ②儀表消耗的電流;

              ③在儲存和使用時“自放電”消耗的容量。

              電表常用: Li-SOCl2 14250 (1.1Ah、1.2Ah)

              水表常用: Li-SOCl2 14505 (2.0Ah、2.4Ah)

              Li-SOCl2 14250 在20℃儲存時,年自放電率 < 1%

              在45℃儲存時自放電率是20℃時的2倍。

              8.5.2脈沖時電壓響應

              Li-SOCl2電池的壽命終點來得十分突然(其內阻的急劇增加),用純電壓讀數展望早于5%的早期警告信號是困難的。在有更多鑒別力的電流脈沖條件下,作出電壓讀數時,10%超前的信號是可能的

              8.5.3工作溫度范圍 

              鋰電池(一次性)能在寬廣的溫度范圍內貯存和工作,特別是具有玻璃-金屬的密封的Li-SOCl2電池,是唯一保證完美密封性和防止電解液損失的方法。

                  低溫下:

              取決于密封結構

              (Li-SOCl2的氣密密封無限制,而Li-MnO2的塑料密封易變脆,造成電液泄漏)

              (SOCl2的凝固點為-104℃,因此在-55℃仍然可以工作;而Li-MnO2的有機電解質易凝固,不適合在-20℃以下工作

              高溫下:

              取決于密封結構

              (Li-SOCl2電池在120℃保持氣密密封,而Li-MnO2的塑料/樹脂密封易軟化、開裂等)

              Li-SOCl2 儲存:-55/+60℃ 工作:-55/+85℃

              8.5.4安全性 

              安全性意味著在運輸、貯存、操作、使用和處理過程中無電解液泄漏,電池泄放、解體(爆炸)或火焰之類不受歡迎的事件出現的能力。 

              在運輸、貯存中:

              a)Li-SOCl2電池不受運輸限制;

              b)以往無生產和運輸過程中的不良記錄;

              在正常使用中:

              a) 氣密性封裝結構保證電池無泄漏;

              b)常用的Li-SOCl2電池是碳包式結構,屬“低功率”型。萬一誤操作時,具有很好的安全性(短路時無泄漏、無爆炸,擠壓時無爆炸、無起火);

              c)符合50020“歐洲防爆電氣標準”的要求。

              在濫用條件下:

              沖擊、跌落、振動、撞擊 → 無泄漏

              擠壓、針刺 → 無爆炸、無起火

              在20℃下短路 → I max 0.8A T max 85℃ 無泄漏,無爆炸

              充電 → OK,如果充分小的/充分短的(UL:MH12609)

              加熱 → 在85℃以下無泄漏

              安全性指南:

              a)了解并掌握鋰電池的特性,正確使用;

              b)不要擠壓、充電、拆卸、加熱、焚燒或短路;

              c)對鋰電池的合理保護。

              8.6技術支持 

              專攻專業用途,并慣于研究儀表項目

              的經驗

              儀表項目需要長時間的預備討論

              在項目啟動后,最好盡早考慮電池的選擇

              經常評估儀表電路特性和工作溫度條件

              儀表行業在設計和使用電池中應注意的事項: 

              (1)設計研發或設計人員選擇電池應考慮:

              a) 工作電流

              b) 環境溫度

              c) 終止電壓

              d) 預期壽命

              (2)檢驗

              檢驗程序可根據用戶而變化,但一般包括:

              a) 外觀檢驗

              b) 尺寸檢驗

              c) 開路電壓檢驗(檢出異常:①零電壓 ②低電壓 ③高電壓;電壓表:阻抗≥100kΩ/V,精度≥0.5級)

              d) 負載電壓檢驗(檢查電池的良好工作和鈍化狀態)

              e) 放電檢驗(評價電池的容量:C = I×t (mAh) 

              (3)貯存

              鋰原電池的重要建議是簡單的:陰涼、通風良好的條件和期限最好不超過3年。在貯存的范圍內,應用先進先出的原則(根據打印在外套管上的電池日期碼)。

              對于鋰電池來說,在低溫下貯存有助于延長電池的貯存壽命,低溫下電池的自放電率大大下降,如-20℃時自放電率低于0.3%, 而高溫下貯存電池的自放電率將大大上升,如60℃時將達到7%左右。而且高溫下電池的電壓滯后現象將會非常嚴重,而低溫下貯存電壓滯后現象將會很輕微。

              (4)操作

              鋰電池的操作是安全的,只要注意防止機械損壞和偶發性的短路。

              在使用中,請注意以下事項:

              用該電池前請勿除去原有包裝;

              a)為避免短路,請勿散裝電池;

              b)請勿加熱超過85°C,或焚燒電池;

              c)請勿解剖電池;

              d)禁止給電池充電;

              e)請勿直接在電池體上焊錫(應使用帶引出片電池焊錫);

              f)請勿混用新舊電池,或產地不同的電池;

              g)請勿反極。

              8.7 常見問題(FAQ)

              在與大量客戶進行溝通后,我們總結出如下一些常見的問題:

              a)開路電壓不足:

              電池開路電壓低于3.6V,這種情況表明電池容量已基本放完,產生這種情況的原因主要有三種:一是電池自身內部微短路導致電池自放電大;二是用戶電路板功耗過大,電池容量消耗完;三是由于某些錯誤原因使電池一直處于大電流放電狀態(如閥門開或關的動作不能停止),在短時間內電池容量就會消耗完。

              b)電池開路電壓正常、負載電壓低并有上升:

              此種情況是由于電池的電壓滯后所引起的,在8.8中將詳細說明如何消除電壓滯后的影響。

              c)報警電壓設定:

                在水表、氣表電路中,由于帶動閥門所需要的電流較大,此時電池電壓也較低,而鋰亞硫酰氯電池具有電壓平臺非常平穩的特點,前期電池電壓不會有明顯的變化,在電池放電末期時電池電壓下降迅速,所以當在小電流(如微安級)工作時檢測到電池電壓下降到很低(3V以下)時,此時電池以大電流(如100mA)脈沖,電壓可能已經低于2V,在關閉或打開閥門時,就會由于電壓過低而無法正常動作。因此,我們建議在消除了電壓滯后的前提下,電路對電池電壓的檢測以大電流脈沖時進行最準確。但報警電壓應跟據電路能正常工作的最低電壓來的設定,設定值應比最低值高約0.1~0.2V。

              下圖給出了ER14505M型電池以100mA電流10秒種脈沖時,電池負載電壓與放電容量的關系:

              圖片4.png

              8.8如何消除電壓滯后

              電壓滯后是鋰亞硫酰氯電池的一大特性,也是該種電池存在的基礎,其原理如下:組成電池的亞硫酰氯電解液是一種強氧化性的化學物質,它同時起了電解液和電池正極活性物質的作用,亞硫酰氯與電池的負極活性物質金屬鋰接觸后,在金屬鋰表面上立即形成一層致密的鈍化膜,這一層鈍化膜是一種離子導體,鋰離子能在鈍化膜中進行遷移,但由于其遷移的速率很小,因此會阻擋電池進行反應,當電池中流過的電流不大于1μA/cm2(金屬鋰表面積)時,鈍化膜中鋰離子的遷移速率能夠滿足要求,當電流較大時,鈍化膜中鋰離子的遷移速率的限制產生嚴重影響,鈍化膜兩端產生很大的電壓降,此時具體表現就是電池負載電壓低;隨著電流的不斷流過,鈍化膜逐漸破裂,兩端的壓降逐漸下降,電池的負載電壓就逐漸上升直至正常。鈍化膜的逐漸破裂過程就是電池電壓滯后的消除過程。當電池長期處于微小電流放電或貯存情況下,電池的鈍化膜會逐漸加厚,電池的電壓滯后也會加重,嚴重時最低電壓會降到2V甚至更低,此時就會影響用戶的使用,如果在電路上未采取措施,就會由于瞬間電壓太低,使儀器不能正常使用。

              以下幾種方法可以消除電壓滯后的影響:

              (1)定時放電法:

              在上面已經講過電壓滯后的形成原理,可知電壓滯后是由于鈍化膜形成而產生的,由于鈍化膜是隨時間增加而逐漸加厚,電池電壓滯后也隨著加重,如果使鈍化膜保持一定的厚度,就能使電池電壓滯后的程度保持在可接受的范圍內。因此我們進行了相應的實驗確認,電池每隔五天左右進行一次5~10秒鐘的大電流(2~3mA/cm2)脈沖放電,能使電池滯后的最低電壓控制在3V以上。

              (2)電容貯能法(一)

              以一個足夠大容量的電容作為主電路的電源,電池通過一個二極管給電容充電,平時電池給電容充電,閥門動作時,電路由電容供電,閥門的電流由電池直接提供,要求電容的電能應能使電路正常工作數分鐘以上,這樣就是電池有幾分鐘的電壓滯后,也不會影響電路的正常工作,只是閥門的動作時間加長。

              (3)電容貯能法(二)

              以一個較大電容作為主電路的電源,電池通過一個二極管給電容充電,平時電池給電容充電,閥門動作時,電路由電容供電,閥門的電流由電池直接提供,電路檢測電容的電壓,當電容電壓低于設定值時,停止閥門動作,此時電池開始給電容充電,當電壓達到設定值時,再進行閥門動作,如此循環操作直至閥門動作完成為止。

              (4)電容貯能法(三)

              以一個足夠大容量和電流的電容作為閥門動作時的電源,電池通過一個二極管對電容進行充電,當閥門動作時,以電池對主電路供電,用電容對閥門供電,電容所貯能量應能使閥門正常工作。

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