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使用了電氣雙層電容器的電池負荷減輕方案

發布時間:2012-12-7 11:55    發布者:eechina
以智能手機、平板電腦為代表的便攜式電子設備正以顯著的速度發展著。便攜式電子設備的多功能化、高性能化在不斷進步,其便利性使我們使用便攜式電子設備的機會增加,并增加了使用時間,但與此同時,其高性能化增加了電力的消耗。因此,電池被大容量化,并在便攜式設備中占據了很大部分的體積和重量。但由于便攜式電子設備被用來隨身攜帶使用的機會很多,分量輕也就成為了其重要需求之一。因此,便攜式電子設備中使用的電池要求具備大容量、體積小、重量輕的特征。

電源課題

電池想要同時兼具大容量化和支持高負荷并不容易。因此,對于高負荷,是采用軟件來分散控制峰值負荷的方法等進行處理的,但由于智能手機等應用的發展,用戶使用方法的多樣化,使整機的電源設計者很難預測實際負荷狀態。
如果將電池和電氣雙層電容器(EDLC)組合使用,我們則可以期待獲得前述的減輕電池高負荷狀態的效果。原理上,EDLC的內部電阻可以比電池小,此外,最適合的設計也可快速對應。

村田制作所的電氣雙層電容器特征


村田的EDLC采用了最適合的電極材料和構造,實現了小型化、低電阻(數十mΩ)及大容量。因此才可能在低損耗的同時釋放出A命令的大電流。另外,與電池相比,EDLC即使在低溫環境下,其特性變化也很少,并且能發揮和常溫狀態下相同水平的性能。


圖1: ESR的溫度特性


圖2: 放電特性 (5.5V、350mF、60mΩ商品)

使用了電氣雙層電容器的電池負荷減輕效果

電池數百mΩ的內部電阻相當于村田的EDLC的數倍。假設只從電池里釋放A命令的大電流的話,電壓將大幅下降,損耗也會增大。此外,如果電壓下降后,超過了電池設定的保護電路的電壓下限的話,將會強制停止所有作業。會形成電源會突然關掉的狀態(電源關閉)。

這里我們列舉了使用EDLC來減輕電池負荷的具體事例。

圖3是將電池以及EDLC的內部電阻部分分離開,并做了明顯標記的電路圖。為了使EDLC達到減輕電池負荷的作用,將EDLC和電池并聯連接。

表1為評價條件。此處設定的負荷為設想的脈沖驅動的GSM和GPRS等通信、高輸出音頻、小型馬達等的峰值負荷。


圖3:評價電路圖

表1 評價條件


測定結果如圖4所示。


圖4:電池電壓和負荷電流的波形(左:無EDLC、右:有EDLC)

電池的負荷電流在沒有EDLC的情況下為1.9A,和EDLC并聯連接后負荷電流的變為0.42A,電池的下降電壓也從沒有EDLC的情況下的0.38V減小到0.09V。

因此,EDLC和電池并聯之后,抑制了電池的負荷電流和電壓變動,使電子設備可以處于穩定的工作狀態。特別是支持短時間的的脈沖負載電流,村田EDLC內部電阻的低阻抗化實現了高速支持負荷變動。

村田制作所的電氣雙層電容器產品一覽

村田的EDLC的產品一覽如表2所示。

表2 EDLC產品一覽(DME系列)


今后的展望

便攜式電子設備今后將迎來體積小、重量輕兼具多功能化為特征的市場。由于EDLC減少了電池的負荷,就可生產出更便利的產品。

村田制作所將繼續推進產品開發,通過提供當前市場所需求的產品方案,以便攜式電子設備為契機為社會的發展繼續作出貢獻。
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