2020年第4期广东化工
第47卷总第414期·47·智能电表中锂/亚硫酰氯电池寿命预测 李会娜，祝媛，赵瑞瑞，刘子文
(惠州亿纬锂能股份有限公司，广东惠州516000)
Life Prediction of Lithium/Thionyl Chloride Battery in Smart Meter
钢铁清洗剂Li Huina,Zhu Yuan,Zhao Ruirui,Liu Ziwen
(EVE Energy Co.,Ltd.,Huizhou516000,China)
Abstract:Lithium/thionyl chloride(Li/SOCl2)batteries are widely used in the field of smart meters and aerospace due to their high specific energy,long storage life and maintenance-free.How to evaluate the
瓶嘴
life of batteries in the actual use condition is still a difficult problem in the industry.This paper aims to establish the life prediction model of batteries through accelerated testing and semi-empirical method by simulating the application scenarios of batteries in smart meters industry. Taking the actual environment of Guangdong Province as an example,the life prediction model is used to calculate the life of batteries in smart meters for5.9years, which meets the requirement of smart meter industry that the accumulative working time of batteries after power failure should not be less than5years,and provides a reference basis for predicting the service life of batteries in smart meter industry.
Keywords:Li/SOCl2battery；accelerated testing；life prediction model
为适应我国电价政策的推行，国家电网公司自2010年起开始
推广智能电能表[1]。国网智能电能表采用费率计量，具有电量结算、定时冻结、停电LCD显示、负荷记录等功能[2]，而这些功能
要以时钟准确度为前提，因此，需要使用一个备用电源保证时钟
芯片不出现故障或断电，维持时钟准确度。根据标准Q/GDW1354-20134.3.c[3]，锂电池作为智能电表备用电源，需要满足以下要求：(1)采用绿环保锂电池，且电池在电能表寿命周
期内无需更换，断电后可维持内部时钟累计工作时间不少于5年；
(2)时钟电池应有防脱落措施，与电池正极直接连接的裸露导电体与其它裸露导电体之间要有防短路措施；(3)电池电压不足时，电表能够给予“Err-04”的报警提示。
锂亚硫酰氯(Lithium/thionyl chloride)电池，后面简称为Li/SOCl2电池，因不含铅、镉、汞等重金属，无环境危害，安全性符合EN50020欧洲防爆电气标准[4]，自放电率低，开路电压高(3.6V)，应用温度范围广及工作平台电压高等[5-6]优点，被广泛应用在智能电表领域作为时钟和记忆备份电源，这类设备的应用特点主要以低倍率，长寿命为主，且使用量每年逐级递增，据统计，2003全球用量已达1亿只[7]。Li/SOCl2电池作为锂一次电池，容量不可逆，在此设备中的应用关系到仪器仪表的正常工作及重要数据的储存等问题，且在电表中的应用条件较复杂，使用过程中，电池长期处于一个密封的环境中，电池周围的环境温度比正常大气温度高，在一定程度上会加速电池内部化学反应的速率，并且长期有微安级别的电流消耗，对于这种工况，电池的实际寿命到底是多少，还没有理论方面的预测。因此在不破坏电池的前提下预测电池在智能电能表中的使用寿命就显得至关重要。 20uA是正常智能电表在掉电状态下维持低功耗运行所需要的电流[1]，因锂亚电池的标称电压为3.6V，故对电池附加一个180 KΩ的电阻，来模拟电池在智能电表中的工作模式，同时因在室温条件下，寿命评估时间较长，文献中显示，锂亚硫酰氯电池在室温和70℃之间电池的容量的衰减机制是相同的[8]，
故采用加速评估的方式建立寿命预测模型，预测电池不同温度和不同时间内工作过程中的剩余寿命及使用年限，为电池在智能表计行业中的应用提供参考依据。
医院用筋膜仪1方案
本实验采用惠州亿纬锂能股份有限公司生产的ER14250锂亚
硫酰氯容量型电池作为研究对象，其额定电压为3.6V，额定容量为1.2Ah，该电池由金属锂负极，混合乙炔黑和聚四氟乙烯(PTFE)组成的碳正极、隔膜和电解质四部分组成。电解质由亚硫酰氯(SOCl2)、1.3mol四氯化锂铝(LiAlCl4)和8wt%SO2添加剂组成，电池组装及老化完成后，静置12h，取3pcs电池在型号为DM-2200型电池双电阻自动放电系统上选择3.6KΩ电阻量程进行放电，监测电池的放电容量，作为电池的初始容量，取相同批次的电池，分别对电池附加一个180KΩ的负载电阻，采用温度加速的方式模拟电池的工作模式，将电池分别放置在常温、40℃、50℃、60℃和70℃的环境中，定期取3pcs电池，静置12h后，在型号为DM-2200型电池双电阻自动放电系统上选择3.6KΩ电阻量程进行放电，记录放电容量，上述放电截止电压均为2.0V，测试具体方法如表1所示。
表1测试温度、数量及频率
Tab.1Test temperature,quantity and frequency384孔板
温度/℃电池数量测试频率/周
RT242
40361
50361
60361
70361
2实验结果与分析
Li/SOCl2电池的放电性能除与电池自身的重量及结构等内部影响因素有关，还受外部温度、电流、自放电等因素影响，因此预计电池在不同温度下的寿命模型，需要以以下假设为前提：Li/SOCl2电池的实际容量衰率与时间呈指数函数，同时规定判定电池失效的原则有3点：(1)产品出现漏液现象；(2)OCV低于3.4 V截止试验；(3)放电容量降低到初始容量的20%以下，在上述假设前提的基础上，借鉴半经验公式1对电池的寿命进行预测[8]。
]
C
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1[
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Cap
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(
光端机机箱i in
act0b
a
T
T
T
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t⋅
⋅
+
=∆-(1)
式中，Cap act表储存后不同状态下电池放出的实际容量；Cap ini 代表电池储存前的初始容量；C T代表温度对电池容量剩余的影响因子，本文中温度RT即T0选择为24℃，C a代表频率因子常数；b代表应用时间对电池容量剩余的影响因子，△T设置为10℃。
2.1电池容量衰减曲线
按照表1中的实验方案，定期取3pcs电池在型号为DM-2200型电池双电阻自动放电系统上选择3.6KΩ电阻量程进行放电，并取其容量平均值，利用公式2计算出电池在不同温度下的容量剩余百分比，在origin上绘制图形如图1所示。
[收稿日期]2020-01-09
面瘫的中药[作者简介]李会娜(1988-)，女，河南人，硕士研究生，从事锂电池可靠性研究。
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