使用了电气双层电容器的电池负荷减轻方案

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、高性能化在不断进步，其便利性使我们使用便携式电子设备的机会增加，并增加了使用时间，但与此同时，其高性能化增加了电力的消耗。因此，电池被大容量化，并在便携式设备中占据了很大部分的体积和重量。但由于便携式电子设备被用来随身携带使用的机会很多，分量轻也就成为了其重要需求之一。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。

电源课题

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。

村田制作所的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。


图1: ESR的温度特性


图2: 放电特性 (5.5V、350mF、60mΩ商品)

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。


图3：评价电路图

表1 评价条件


测定结果如图4所示。


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。

村田制作所的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。

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。