1。はじめに

高度なユーティリティネットワークへのグローバルな移行は、 スマートメーターテクノロジー 。これらのデバイスは、より効率的で応答性が高く、持続可能なエネルギーシステムを可能にするために不可欠です。メーカーとユーティリティプロバイダーの場合、これらのデバイスの長期的なパフォーマンスと信頼性、特にその電源源を理解することが最重要です。

スマートメーターとは何ですか？

スマートメーターは、消費者のエネルギー（電気、ガス、または水）の消費を記録する高度な電子デバイスであり、監視と請求の目的でこのデータをユーティリティ会社に自動的に伝えます。

マニュアルのオンサイトの読み物を必要とする従来のアナログメーターとは異なり、スマートメーターは安全なデジタル通信技術（セルラー、無線周波数、電力線通信など）を利用して提供します 近いリアルタイムデータ .

スマートメーターのコア関数は次のとおりです。

• 正確な測定： 設定された間隔で消費データを記録する（たとえば、15分または30分ごと）。
• 双方向のコミュニケーション： ユーティリティにデータを送信し、情報を受信します（例：ソフトウェアの更新、リモート接続/切断コマンド）。
• データロギング： 使用履歴を内部的に保存します。
• 改ざん検出： メーターを妨害しようとする試みにユーティリティを警告します。

なぜスマートメーターはバッテリーを必要とするのですか？

スマートメーターでのバッテリーの必要性は、ユーティリティ（電気、ガス、または水）とメーターの特定の設計に基づいて大きく異なりますが、その中心的な目的は確実にすることです。 途切れない機能とデータの完全性 .

1。独立操作（ガスおよび水道メーター）

ガスメーターと水道計は一般に、屋外または地下の場所にある場所に設置されています。そこでは、連続主電源の電力接続が非現実的であるか、費用がかかりすぎます。これらのメーターの場合、バッテリーはです 主な電源 、その寿命は、デバイスの運用寿命全体を決定することを意味します。

2。バックアップとデータの整合性（電気メーター）

電気メートルは電気グリッドから主力を引き出しますが、バックアップ電源ソリューションが必要です。バッテリーは、停電が発生した場合に、次のことを保証します。

• 請求データが保持されます： 重要な消費記録が維持されます。
• リアルタイムクロック（RTC）が続きます： メーターは正確な時間を維持します。これは、関税の切り替えとデータ間隔ロギングに不可欠です。
• 「最後のあえぎ」信号： メーターは、電力損失とその位置を示す最終的なアラートをユーティリティ会社に送信できます。

3。高パルス電流管理

特に、セルラー（狭帯域IoTなど）や無線周波数（RF）通信などのテクノロジーを使用するデータ送信には、の短いバーストが必要です。 非常に高い電流 。メーターが主に主電源である場合でも、バッテリーまたはコンデンサ（ハイブリッド層コンデンサ/スーパーキャパシタ）の組み合わせがしばしば使用され、この高いパルスのパルスを効率的に供給し、内部コンポーネントへの過度のストレスを防ぎ、信頼できる伝播を確保します。

2.スマートメーターの典型的なバッテリー寿命

スマートメーターがユーティリティプロバイダーにとって費用対効果が高く信頼できる資産であるためには、その電源がデバイスの義務付けられた運用寿命と一致する必要があります。その結果、スマートメーターバッテリーは標準的な消費者セルではありません。それらは、高度に専門化されたコンポーネントです 極度の長寿と信頼性 .

平均バッテリー寿命（例：10〜20年）

スマートメーターバッテリーの予想寿命は野心的で、通常は 10〜20年 。この期間は、多くの場合、メーター自体の典型的なサービス寿命または法定校正間隔と一致するように選択され、ユーティリティが1回の計画的な訪問でユニット全体を置き換えることができます。

• ガスと水道メーター： バッテリーはこれらのデバイスの主要な電源であるため、通常は 10〜15年の最低運用寿命 。 20年のマークに到達するには、高度なバッテリー管理、特殊な細胞化学、および高度に最適化された通信プロトコルが必要です。
• 電気メーター（バックアップ）： 主電源電気メーターの場合、内部バッテリーは バックアップ リアルタイムクロック（RTC）および不揮発性メモリ用。負荷は最小限で断続的であるため、これらのバッテリーには20年を超える寿命がありますが、それ以前はメーター全体がしばしば交換されます。

バッテリー寿命に影響を与える要因

ターゲットを絞った10〜20年の寿命を達成することは保証されておらず、設計の選択と現実世界の動作条件の複雑な相互作用に依存します。バッテリーの化学、環境、使用プロファイルの3つの重要な変数に焦点を当てています。

バッテリータイプ（リチウムなど）

長期的なスマートメーターの大部分が使用されています リチウムベースのプライマリ（非充電可能）バッテリー 非常に高いエネルギー密度と低い自己充電速度のため。特定の化学は、メーターの長寿とパフォーマンスを決定するための基本的な要因です。

環境条件（温度、湿度）

バッテリーは、周囲の環境に非常に敏感です。スマートメーターコンポーネントは堅牢に密閉されていますが、極端な条件は劣化を加速し、パフォーマンスを低下させます。

• 温度： 周囲温度が大幅に大きくなっています バッテリーの寿命を軽減します 内部の自己排出率を増やし、加速成分の老化を行うことにより。逆に、非常に寒い気温は一時的に可能です バッテリーの使用可能な容量と電圧を減らします 高電流透過期間中。温帯の屋内の場所のメートルは、一般に、温度が乱暴に変動する地下室、屋根裏部屋、または屋外ボールトに設置された場所よりも優れています。
• 湿度/シーリング： 最新のデザインではあまり一般的ではありませんが、メーターのシールの妥協は湿気を浸すことができ、バッテリーの寿命を短くして漏れ経路を導入する内部腐食をもたらします。

使用パターン（データ送信頻度）

ユーティリティがバッテリーの寿命をかける最も直接的な制御は、メーターの使用パターン、特にデータ送信の頻度とパワーを定義することにあります。

• トランスミッション負荷： データの送信（例：CellularまたはRFを介して）は次のとおりです 単一の最大の電力排水 スマートメーターのバッテリー。消費量の読み取りをすべて送信するメーター 4時間 1つの送信よりも大幅に少ないエネルギーを消費します 30分 .
• 距離と信号強度： メーターが通信ネットワークゲートウェイから遠く離れている場合（伝送電力が高い）、信号が不十分な場合（複数のレトリが必要）、高電流パルス時間と周波数が劇的に増加し、バッテリーの全体的な容量がはるかに速く枯渇します。
• 機能使用率： 頻繁なオンデマンド測定値、リモートバルブ制御（ガス/水道メーター）、または高度なセキュリティ監視などの発電集約型機能のアクティブ化により、平均電流の引き分けが増加し、メーターの総寿命が減少します。

3.スマートメーターのバッテリーが故障しているサイン

スマートメーターのバッテリーは数十年にわたる信頼できる操作のために設計されていますが、故障することはできません。バッテリーの減少の初期兆候を特定することは、ユーティリティとエンドユーザーの両方にとって重要であり、プロアクティブな交換を可能にし、計量サービスの完全な損失を防ぎます。

パフォーマンスと機能の低下

失敗したバッテリーは、最初に、電力集約型機能を実行するメーターの能力を減らすこととして明らかになります。メーターはまだ消費を測定している可能性がありますが、通信能力は劣化し始めます。

• 断続的または遅延データ送信： これは多くの場合、最初の顕著な兆候です。メーターは、必要な頻繁な間隔でデータを送信できない場合がありますが（30分ごとに）、毎日または毎週の要約を送信することができます。これは、減少する電圧がもはやサポートできなくなったためです 高電流パルス ワイヤレス通信モジュールに必要です。
• ディスプレイの応答が遅くなりました： 物理的なディスプレイを備えたメーターの場合、バッテリーが低いと、消費者がボタンを使用してディスプレイメニューをサイクリングしようとすると、画面がかすかになったり、散発的にフラッシュしたり、非常にゆっくりと反応したりする可能性があります。
• バックアップ関数の障害（電気メーター）： 電気メーターが停電を経験した場合、その内部バッテリーは時計を実行し続け、データを保存することになっています。バッテリーに障害が発生すると、 リアルタイムクロック（RTC） 停止中、電源が回復すると、時間と関税の誤りにつながります。

エラーメッセージまたはアラート

最新のスマートメーターは、自己診断が可能な洗練されたデバイスです。内部電圧が指定されたしきい値を下回ると、メーターがプログラムされて警告が生成されます。

• 低いバッテリーフラグ： メーターの内部ファームウェアは、バッテリーの充電状態と電圧を監視するように設計されています。これがクリティカルレベル（たとえば、残り15％$ $）に落ちたら、内部 「低いバッテリー」フラグ 設定され、ユーティリティシステムに送信されます。これは、計画された代替品をトリガーする意図された最も信頼できる方法です。
• 表示エラー： メーターのデジタルディスプレイには、専用のアイコン（バッテリーシルエットなど）または明示的なテキストエラーコード（「Batt Low」、「E-32」など）が表示されます。
• ネットワークの障害警告： 低電圧が送信に直接影響するため、ユーティリティの通信システムはメーターに次のようにフラグを立てることができます "オフライン" または永続的なものを持っています 「コミュニケーションの失敗」、 より広いネットワークは機能的ですが。

不正確な測定値

バッテリーの故障は主に通信に影響を与えますが、重度の場合は、特にバッテリーのみのデバイス（ガスと水）で正確な測定値を採取して記録するメーターの能力に直接影響を与える可能性があります。

• 一貫性のないデータロギング： メーターのプロセッサまたは内部メモリは、重要な測定サイクル中に電源を失ったり、ブラウンアウトを経験したり、 ギャップまたは矛盾 保存された消費データで。
• シャットオフメカニズム障害（ガスメーター）： いくつかのバッテリー駆動のガスメーターは、そうするように設計されています ガスバルブを閉じます 未処理の使用を防ぐために、バッテリーが非常に低いか完全に死んでいる場合。これにより、サービスの突然の中断が発生し、メーターの交換のための緊急訪問が必要になります。

以下の表は、バッテリーが設計寿命の終わりに近づくため、一般的な運用上の影響をまとめたものです。

4.バッテリーが死んだときはどうなりますか？

長期的なスマートメーターバッテリーの主な目的は、サービスとデータフローの継続性を確保することです。そのバッテリーが完全に枯渇または故障すると、スマートメーターシステムのコア機能が著しく損なわれ、メーターが「インテリジェント」デバイスから単純なカウンターに戻るか、さらに悪いことに、完全に機能しなくなったデバイスに移動します。

リモートリーディング機能の喪失

死んだバッテリーの最も即時かつ重大な結果は メーターの通信モジュールの損失 。セルラー、無線周波数（RF）、またはその他の独自のネットワークを介したワイヤレストランスミッションは、死んだまたは非常に低いバッテリーでは提供できない大幅なパワーバーストを必要とします。

• これ以上自動データはありません： メーターは、ユーティリティ会社に使用データを自動的に送信できなくなりました。ほぼリアルタイムの監視、負荷分散、需要対応プログラムに不可欠なデータの定期的なフローは、即座に停止します。
• 沈黙は黄金です（メーターの場合、ユーティリティには悪い）： ユーティリティは、メーターのステータスへの可視性を失います。定期的な健康チェックや重要なアラート（たとえば、改ざんイベント、高消費警告）を受け取ることができなくなり、システム管理が損なわれます。
• リモートコマンドの損失： リモートでサービスを接続または切断したり、ファームウェアアップデートをプッシュしたりするなど、双方向通信に依存する機能は不可能です。

手動メーターの読み取りの潜在的なニーズ

リモート通信リンクが切断されたため、ユーティリティ会社は時代遅れで費用のかかる必要性に戻ります 手動メーターの読み取り .

• 推定請求： バッテリーの故障後の期間、顧客はおそらく受け取るでしょう 推定請求書 履歴使用パターンに基づいています。これは業界のストップギャップの尺度ですが、実際の使用が最終的に記録されると、紛争または大規模な「追いつき」請求書につながることがよくあります。
• フィールド技術者の派遣： 正確な請求とメーターの交換計画に必要な実際の読み取りをキャプチャするには、ユーティリティはフィールド技術者を派遣してサイトを物理的に訪問し、メーターのディスプレイを読み取り、完全なメーターのスワップアウトの作業注文を開始する必要があります。これは高価であり、スマートグリッドの中核的な利点を打ち負かします。

ユーティリティ会社とのコミュニケーションの問題

完全なバッテリーの故障は、多くの場合、特にバッテリーのみのガスと水道機の場合、ユーティリティの運用上および財政的問題のカスケードシリーズにつながります。

要するに、死んだバッテリーは、高度なインフラストラクチャを責任に変換します。かなりの運用コスト（手動読み取り、緊急発送）を導入し、最終顧客に提供されるサービスの質（推定請求書、サービスの中断）を低下させます。これは、可能な限り最高のバッテリーを設置することの重要な重要性を強調しています デザインライフ 高度の実装 バッテリー監視 システム。

5。スマートメーターバッテリーの交換

スマートメーターバッテリーの最終的な交換は、数十年にわたるデザインライフに関係なく、避けられないイベントです。ユーティリティおよびメーターメーカーの場合、このメンテナンスイベントは、物流、技術、および財務上の考慮事項を提示します。交換プロセスを明確に理解することは、スマートグリッドの展開を成功させるために重要です。

住宅所有者はバッテリーを交換できますか？

ほぼすべての規制管轄区域で、 住宅所有者は、スマートメーターのバッテリーを交換することは許可されていません 。この制限は、いくつかの重要な理由で実施されています。

1. 安全性と認証： スマートメーターは、ユーティリティレベルの電力で動作する、ガスの場合、可燃性材料で動作する密閉された認定デバイスです。訓練を受けた認定技術者のみが、メンテナンスを行うためにメーターハウジングを開くことを許可されています。
2. 改ざん予防： 内部コンポーネントへのパブリックアクセスを許可すると、メーターのセキュリティプロトコルが損なわれ、エネルギーの盗難や改ざんのリスクが高まり、メーターの公式認定が無効になる可能性があります。
3. 特殊なバッテリー： 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. データの整合性： バッテリーを交換するには、メーターの内部レジスタと構成データが維持されるか、電源遷移中に正しくバックアップされるようにするために特殊な機器が必要です。

住宅所有者にとって、メーターが失敗したときに必要な唯一のアクションは ユーティリティプロバイダーに連絡してください 問題を報告します。

バッテリー交換におけるユーティリティ会社の役割

スマートメーターの監視、管理、交換の責任とそのバッテリーは、 ユーティリティカンパニーまたは契約式メータリングサービスプロバイダー 。このプロセスは通常、予測メンテナンス戦略によって支配されます。

コストに関する考慮事項

バッテリーの交換、またはより一般的には フルメーターの交換 公益事業会社にとって重要な運用支出です。 10年から20年のバッテリーを使用する目標は、 総所有コスト（TCO） .

• フィールド訪問の最小化： 最も高価な側面はです トラックロールのコスト （技術者の派遣）。単一のフィールド訪問は、メーター自体よりも費用がかかる場合があります。したがって、7年間のバッテリーと比較して15年続き、予定外のフィールド訪問を1回回避するバッテリーは、大幅なコスト削減を提供します。
• 交換戦略： 多くのユーティリティが置き換えることを選択します メーターアセンブリ全体 内部バッテリーだけではありません。この戦略は、メーターの電子機器、シール、およびキャリブレーションが10〜15年後に終末に近づいているという事実によって推進されています。ユニット全体を交換することで、完全に認定された高性能状態に戻ることが保証されます。
• 高度な監視： 優れた電圧曲線を備えたバッテリーへの投資と高度な実装 バッテリーの健康監視 機能（カスタムメーター設計に組み込まれる機能など）により、ユーティリティは残りの寿命を正確に予測できます。これにより、技術者はバッテリーの交換を他のスケジュールされたメンテナンスに束ねて、全体的な運用コストを大幅に削減できます。

6.スマートメーターのバッテリー寿命を延ばします

スマートメーターバッテリーの運用寿命を最大化することは、 総所有コスト（TCO） ユーティリティプロバイダー用。バッテリー寿命の1年ごとに、高価なフィールドメンテナンス訪問を延期することにより、大幅な節約に直接つながります。メーカーとして、私たちは設計の最適化と、効果的なメーター管理のためのツールの提供に焦点を当てています。

パフォーマンスを最適化するためのヒント

スマートメーターのバッテリー寿命を延長するための鍵は、エネルギー予算を管理し、通信に焦点を当て、アイドル期間中の消費電力を最小限に抑えることです。

• 積極的な睡眠サイクルを実装： バッテリーの寿命の大部分は 低電力睡眠モード 。ファームウェアを最適化して目覚めの時間を最小限に抑え、静止電流を減らす（メーターが「眠っている」ときに描かれた電力）は、寿命のための唯一の最も効果的な設計強化です。
• データ送信のスケジューリングを最適化します： トランスミッションは、現在の最高の抽選イベントです。メーターが届きにくい場所に展開されている場合、送信周波数は慎重に管理する必要があります。 30分ごとに消費データを送信する代わりに、最適化された設定は、30分ごとに内部的にデータを収集することですが、 集計データを1日1回または2回送信します .
• インテリジェントネットワーク登録： 最初のセットアップ中または長い通信停止後、メーターはネットワークを検索して登録する必要があります。このプロセスは非常に電力集約的なものになる可能性があります。使用 ネットワーク効率の高い通信プロトコル （NB-iotのように）登録アルゴリズムを最適化すると、必要な検索電力と時間が最小限に抑えられます。
• コンデンサのスマート使用（ハイブリッドパワー）： 高性能の統合 ハイブリッド層コンデンサ（HLC） または スーパーキャパシター 一次リチウムバッテリーと並行して、コンデンサは無線伝送の高電流需要を処理することができます。これにより、メインバッテリーは高パルスストレスからシールドされ、電圧の低下を防ぎ、全体的な寿命を延ばします。

監視メーターの健康

最も設計されたバッテリーでさえ最終的に失敗します。バッテリーユーティリティを最大化するという2番目の柱は、障害の前に最適な時間に交換が行われるように、堅牢な監視を実装することです。

• 電圧と温度監視： メーターの内部診断は、バッテリーの端子を継続的に追跡する必要があります 電圧 そして内部 温度 。電圧の突然の低下または持続的な高温は、差し迫った失敗または外部環境問題の初期の指標になる可能性があります。
• クーロンカウントと容量の推定： 高度なファームウェアは、アルゴリズム（燃料計算と呼ばれることが多い）を利用して、消費された電荷の量を計算し、推定する 残りの耐用年数（ルール） バッテリーの。これにより、ユーティリティは、バッテリーが何年も前にクリティカルなしきい値に衝突する時期を予測することができます。
• アラームしきい値： ユーティリティは、重大な障害点よりも低い動的警告しきい値を設定する必要があります。で警告 20％の残り容量 アラーム中に計画された、費用対効果の高い交換を可能にします 残り5％ すぐに注意が必要な緊急事態を示します。

以下の表は、高度な監視機能がコスト削減と長寿にどのように貢献するかを概説しています。

7。スマートメーターブランドとバッテリー寿命

グローバルなスマートメータリング業界では、いくつかの主要メーカーが信頼性と長期的なパフォーマンスに対する評判を確立しています。特定の製品仕様は絶えず進化していますが、これらのブランドは、10年から20年のライフサイクルのユーティリティ需要を満たすために、堅牢な設計と最先端のバッテリーテクノロジーに依存しています。

バッテリー寿命はブランドだけでなく、特定のものによって決定されることに注意することが重要です メーターモデル、バッテリー化学、およびユーティリティの通信設定 （たとえば、メーターがデータを報告するように設定される頻度）。ただし、各メーカーは寿命を最大化するために特定の戦略を採用しています。

アクララ

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

• 寿命の焦点： アクララ meters often emphasize ネットワーク効率 バッテリー電源を節約するため。彼らの通信技術は、低電力操作のために設計されており、高電流伝送バーストが期間と頻度で最小限に抑えることを保証します。
• バッテリー戦略： 彼らは、高度の原発性リチウム細胞と高度なリチウム細胞を利用します 電力管理統合回路（PMIC） 睡眠モードでのメーターの現在の抽選を細心の注意を払って制御します。

itron

itron is a global leader known for its diverse portfolio, which includes advanced water and gas meters that rely entirely on battery power for extended operational life.

• 寿命の焦点： itron meters are designed for 過酷な環境での耐久性 、屋外の穴や金庫に配置されたメーターにとって重要です。それらの密閉されたエンクロージャーと堅牢なコンポーネントは、極端な温度と水分の変動からバッテリーを保護します。
• バッテリー戦略： 彼らは非常に活用しています ハイブリッドパワーソリューション これは、大容量のリチウム細胞と統合されたスーパーキャパシタを組み合わせます。この組み合わせにより、メーターはプライマリバッテリーを過度にストレスをかけずに高パルス通信（RF伝送など）を処理し、システム全体の寿命を効果的に拡張できます。

ランディス・ギア

ランディス・ギア is one of the largest global players, supplying millions of smart meters, especially electricity meters, which often use batteries for backup functions.

• 寿命の焦点： 彼らのシステムは焦点を合わせています プロアクティブなグリッド管理 。電気メーターは主型ですが、ガスメーターと水道メーターはバッテリー寿命の長いために最適化されており、多くの場合、メーターの15年から20年のデザイン寿命をターゲットにしています。
• バッテリー戦略： ランディス・ギア's emphasis is on the 予測メンテナンス 側面。彼らのメーターには、洗練されたファームウェアアルゴリズムが組み込まれて、バッテリーの健康をリアルタイムで監視するため、バッテリーが実際に死ぬ前に、ユーティリティが計画されていない緊急の方法でメーターを交換できます。

エルスター（ハネウェル）

現在ハネウェルの一部であるエルスターは、バッテリーの寿命が最も重要なガスと水の計量空間に強い存在感を持っています。

• 寿命の焦点： エルスターのデザイン哲学が中心です 超低消費電力 測定段階と処理段階では、ベースライン電流の引き分けを最小限に抑えます。
• バッテリー戦略： 彼らは、可能な限り低い自己充電速度で知られているプレミアムグレードのバッテリーを選択し、貯蔵されたエネルギーが時間の経過とともに内部で失われるのではなく、運用上のタスクのためにほぼ完全に予約されていることを保証します。

以下の表は、これらの業界リーダーが使用する一般的なメーターアプリケーションにわたる典型的なターゲットバッテリー寿命の一般的な概要を示しています。

結論

スマートメーターのバッテリー寿命に関する重要な持ち帰り

スマートメーターのバッテリーがどれだけ長く続くかという問題には明確な答えがあります。これらの特殊な電源は、 長期的な資産 、通常は動作するように設計されています 10〜20年 .

カスタムスマートメーターメーカーとして、私たちは、技術と運用分野の正確なバランスを通じて寿命が達成されることを理解しています。

1. 化学の問題： への依存 リチウムチオニル塩化物 また、大容量のハイブリッドセルは、特にバッテリーのみのガスメーターと水道メーターの場合、複数年の操作を達成するための基礎となっています。
2. 効率のためのデザイン： 寿命を延ばす上で最も重要な要因は、アイドル期間中のパワードローを最小限に抑えて最適化することです データ送信頻度 および出力。
3. プロアクティブな管理が重要です： 最高のバッテリーは、その背後にある監視システムと同じくらい効果的です。高度な実装 残りの耐用年数（ルール） prediction また、バッテリーアラートの低いことで、ユーティリティ会社は計画された交換をスケジュールし、高価な緊急訪問を最小限に抑え、途切れないサービスを確保することができます。

非常に効率的なハードウェアと洗練されたバッテリー管理アルゴリズムに優先順位を付けることにより、必要な10年から20年のサービスライフを満たすだけでなく、より低いものにも貢献するソリューションを提供します。 総所有コスト 世界中のユーティリティプロバイダーの場合。