[实用新型]一种超级电容作为储能介质的物机

说明书

技术领域

本实用新型涉及物联网中的智能器件，具体涉及一种采用超级电容替代锂电池作为储能介质的物机。 

背景技术

“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念，实现人与物、物与物之间信息互通。把传感器装备到各种真实物体上使其具有智慧，智慧物体通过嵌入式系统运行特定程序感知自身和外部信息，感知过程是人与物、物与物进行信息互通的过程。 

智慧物体使用RS422／485总线、现场总线、CAN 总线、ZigBee技术等连接智能化终端构建成一个智能化的局域物联系统，给局域物联系统配置相应的互联网接口，连接到互联网上，便实现互联网向物联网的拓展。 

移动网络的快速发展，适用于人的移动终端—手机用户发展迅猛，手机的功能在不断增强，移动互联已得到普及,当今的人们已经离不开手机。智慧物体的出现，必然需要使用一种合适于智慧物体使用的移动终端设备—物机，物机与手机最大的差别是使用的对象，造成物机不能像手机一样快速发展的瓶颈之一是物机使用的电池。 

物机是利用GSM网络，以GSM模块为核心，配置MCU、通信接口和电源等应用于真实物体的移动通信终端设备，物机虽然是移动通信终端设备，但其安装后是相对固定的。物机对于人来说是远程受控终端，反映远程监视真实物体的状况。电源是真实物体所有监视设备或系统的动力，因此，电源故障（停电）的监测及报警是物机必备的功能。 

物机最初沿用手机采用锂电池作为储能介质，通过实际应用的验证，发现物机使用锂电池作为储能介质是不可取的。如在城市路灯电缆防盗报警中使用物机报警，最终由于锂电池低温不够、完全充放电次数少等，使得物机在实际应用过程中故障太多，维修量巨大；在家居安防报警系统中也由于锂电池问题降低了设备的可靠性，锂电池成为物机推广应用的主要瓶颈之一，主要原因是： 

（1）锂电池完全冲放电次数只能在300次左右，制约了设备的寿命，造成后期设备的维护量巨大，以至于阻碍了设备进行大面积推广应用；

（2）锂电池的放电效率与环境温度有很大关系，对于室外全天候应用的设备无法解决低温环境的应用。

超级电容是近年发展快速的种大容量储能元件，和普通电池相比，具有功率密度高、充放电时间短、效率高、使用寿命长、清洁环保等特点，在电动汽车、新能源等领域的应用日益广泛。 

针对物机这种真实物体使用的移动终端设备，超级电容完全可以取代锂电池作为物机的储能介质，二者的比较如下： 

①⑤超级电容具有超宽的温度适用范围，通常可以达到－40℃～85℃；而一般电池是

-20℃～60℃。；

②超级电容大电流充放电性能优越，功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以

上；

③超级电容充放电时间短，充电电路简单，无需限流和充放电控制回路，无记忆效应。

二次电池受充放电电流限制，充电时间长，一般需几小时到十几小时，而双电层电容器不受充电电流限制，可快速充电，几秒到几十秒即可充满； 

④超级电容具有超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和

Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。

虽然超级电容有许多优点，但是超级电容在物机中的应用，还存在着如下问题： 

如何采用超级电容取代锂电池应用到物机，突破因锂电池局限导致物机在实际应用中可靠性低的瓶颈，这是本领域技术研究的方向。

物机是手机拓展应用到智慧物体的产物，其固定安装于智慧物体之上，随智慧物体的移动而移动，具有相对固定的特点；智慧物体与物机之间以数据通信为主，兼顾语音和视频；由于智慧物体的智慧不够，物机需要具备自检测GSM网络、电源的能力，对故障能实现自修复或报警，实现这些功能，储能介质是物机必备的。 

已知物机的储能介质是电池，手机使用的储能介质—锂电池是物机设计者沿用的依据。虽然有关手机上使用锂电池的配套充放电器件都非常成熟，但由于物机与手机的使用对象不同，也就是说：物机的使用对象是智慧物体，手机的使用对象是人，智慧物体的智慧目前还无法与人相比，导致手机上普遍使用的锂电池在物机上应用存在严重的缺陷，成为提升物机可靠性指标的瓶颈。