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如何让智能手机电池同时满足大容量、体积小、重量轻?

发布时间:2012-12-06 责任编辑:abbywang

【导读】以智能手机、平板电脑为代表的便携式电子设备正以显著的速度发展着。便携式电子设备的多功能化、高性能化及其便利性使我们使用的机会增加,也增加了使用时间。同时,高性能化也增加了电力的消耗。但是如果电池被大容量化,就会占据很大的体积和重量。因此,便携式电子设备中使用的电池要求具备大容量、体积小、重量轻的特征。


便携式电子设备的电池想要同时兼具大容量化和支持高负荷并不容易。因此,对于高负荷,是采用软件来分散控制峰值负荷的方法等进行处理的,但由于智能手机等应用的发展,用户使用方法的多样化,使整机的电源设计者很难预测实际负荷状态。

如果将电池和电气双层电容器(EDLC)组合使用,我们则可以期待获得前述的减轻电池高负荷状态的效果。原理上,EDLC的内部电阻可以比电池小,此外,最适合的设计也可快速对应。

电气双层电容器特征

村田的EDLC采用了最适合的电极材料和构造,实现了小型化、低电阻(数十mΩ)及大容量。因此才可能在低损耗的同时释放出A命令的大电流。另外,与电池相比,EDLC即使在低温环境下,其特性变化也很少,并且能发挥和常温状态下相同水平的性能。

ESR的温度特性
图1: ESR的温度特性
ESR的温度特性
图2: 放电特性 (5.5V、350mF、60mΩ商品)

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使用了电气双层电容器的电池负荷减轻效果

电池数百mΩ的内部电阻相当于村田的EDLC的数倍。假设只从电池里释放A命令的大电流的话,电压将大幅下降,损耗也会增大。此外,如果电压下降后,超过了电池设定的保护电路的电压下限的话,将会强制停止所有作业。会形成电源会突然关掉的状态(电源关闭)。

这里我们列举了使用EDLC来减轻电池负荷的具体事例。图3是将电池以及EDLC的内部电阻部分分离开,并做了明显标记的电路图。为了使EDLC达到减轻电池负荷的作用,将EDLC和电池并联连接。表1为评价条件。此处设定的负荷为设想的脉冲驱动的GSM和GPRS等通信、高输出音频、小型马达等的峰值负荷。

评价电路图
图3:评价电路图
评价条件
表1 :评价条件

测定结果如图4所示。

电池电压和负荷电流的波形
图4:电池电压和负荷电流的波形(左:无EDLC、右:有EDLC)

电池的负荷电流在没有EDLC的情况下为1.9A,和EDLC并联连接后负荷电流的变为0.42A,电池的下降电压也从没有EDLC的情况下的0.38V减小到0.09V。

因此,EDLC和电池并联之后,抑制了电池的负荷电流和电压变动,使电子设备可以处于稳定的工作状态。特别是支持短时间的的脉冲负载电流,村田EDLC内部电阻的低阻抗化实现了高速支持负荷变动。

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电气双层电容器产品一览

村田的EDLC的产品一览如表2所示。

EDLC产品一览
表2:  EDLC产品一览(DME系列)

今后的展望

便携式电子设备今后将迎来体积小、重量轻兼具多功能化为特征的市场。由于EDLC减少了电池的负荷,就可生产出更便利的产品。

村田制作所将继续推进产品开发,通过提供当前市场所需求的产品方案,以便携式电子设备为契机为社会的发展继续作出贡献。
 

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