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作者：田中裕輔 株式會社村田制作所化學設備商品統括部 高機能功率設備商品部企劃推進科

1.要旨
在我們身邊目前還有尚未完全使用電子技術的產品以及即使使用了電子技術但還不具備信息處理能力的產品，它們正在不斷智能化，性能也逐年提升。比如，鐘表、活動量計、信用卡、粘貼式醫療設備等小型產品逐漸智能化。以活動量計為例，之前是將步數等簡單信息記錄于主機內，而現在安裝了3D運動傳感器，通過正確把握運動信息準確計算出消耗卡路里，并能發送到iPhone和Android終端。最新的活動量計還具備分析睡眠狀況、心跳、脈搏、呼吸等多功能模式。而隨著這些智能化終端的多功能化、高機能化，在工作峰值時的消耗電力也會增加。另一方面，這些智能終端上對安裝的電池尺寸也有限制，提高電池峰值輸出電力就更加困難。今后這類設備中消耗電力和供電之間的不平衡仍會持續，我們預想比起提升電池的容量，可以輔助峰值負載輸出并能節省貼裝空間的電容需求將會越來越高。

株式會社村田制作所（以下稱村田）為滿足此類客戶的需求，特將業界超薄的T寸0.4mmMax的超級電容DMH系列商品化（圖1）。改良以往超級電容生產過程中培養的電極印刷技術和研發新的疊層工藝，研發出能夠最大限度確保高度方向自由度的產品。該系列的第1批產品20×20×0.4mm /35mF的超級電容將于2017年2月開始量產（參照表1）。本片文章將介紹DMH系列的適用事例和效果。

表１ DMHA14R5V353M4ATA0的規格

2. 代表應用
T寸0.4mmMax的DMH系列充分利用它的形狀，安裝在對高度具有嚴格限制的應用和封裝面積不足的設備的狹小空間處時，能夠最大程度地發揮它的作用。應用事例和DMH系列適用用途如下所示（圖2）。

① 可穿戴設備
由于受設備大小和重量制約，使用紐扣電池和小型鋰離子電池（以下稱LIB），通過DMH系列峰值輔助可實現多功能化和高機能化。

【用途事例】
智能手表、活動量計、智能玻璃、胰島素泵

② 卡型電子設備
在適合ISO7810（0.76mm厚度）的卡型終端上，可作為能源緩沖和薄型電池的峰值輔助使用。

【使用事例】
IC卡片、通用信用卡、指紋認證卡、安全卡

③ 具有電子紙顯示器的設備 　　　　　　　　　　　　　　　　
通過和電池一起使用，可在電子紙更換時瞬間提供必要的電力，從而提高更換速度。此外，可使在低溫更換時更快、更穩定。

【用途事例】
電子紙顯示器、電子貨架標簽、電子標簽

④ 粘貼式醫療設備
能夠保證產品的薄型、系統的峰值電力輸出以及均衡負載，延長電池交換間隔。特別是對防止使用過程中斷電的設備非常有效。

【用途事例】
便攜式心電圖儀、粘貼式體溫計、粘貼式創傷系統等

圖2 DMH系列的適用應用事例

3. DMH系列的優勢和設備適用事例

① 作為能源緩沖（蓄電元件）使用時

靜電容量35mF/額定電壓4.5V的DMH系列在20×20×0.4mm的體積內能夠蓄電350mJ的能源。與薄型電容器相比，可儲存的能源是0.4mmMax的多層陶瓷電容器（以下稱MLCC）的數千倍。與薄型LIB相比，雖然能源密度比不上那些電池，但是可輸出的峰值電力很大。此外，不需要特別的傳輸程序和循環，具有可自由使用斷電（一次電池）和充放電電路（二次電池）的優勢。是適合想要不使用電池，安裝大量使用MLCC緩沖電路沒有空間時以及只能充分使用設備死角時的解決方案(圖3)。

圖3 薄型化DMH系列的優勢

DMH系列的充電性能和放電性能如圖4所示。DMH系列如果在額定電壓下充電的話，10mA額定電流放電時間15秒，100mA額定電流放電時間1.5秒、1A額定電流放電時間130毫秒。充電是可逆的，可在相同時間內充電。使用DMH系列，可設計在有限的空間內安裝，無論低速率還是高速率都能靈活地充放電的緩沖電路。

② 作為峰值輔助元件使用時

接下來將介紹與電池等電源組合時的效果。與電池組合時，具有2個效果。下面介紹與紐扣電池組合時的適用事例。
一個作用是峰值輔助作用。通過提高峰值輸出電力，能夠測量工作負荷的數值和負荷的驅動改善。介紹一個具體事例，就是可穿戴設備上經常使用的給使用者觸覺感受的觸覺裝置（振動設備）僅使用紐扣電池驅動和使用紐扣電池、DMH系列共同驅動時的實驗結果。評估系統如圖5所示。紐扣電池使用的是市場購入的CR203，作為擴音器的電源使用。擴音器的輸入是150Hz方波，擴音器的輸出連接在觸覺裝置上。測量出接地電池電壓和擴音器輸出電壓。結果如圖6所示。使用DMH系列時，電池電壓變動受到抑制，擴音器的輸出電壓倍增。從這個結果來看，觸覺裝置的振動強化，使用者有更好的觸感。以上便是DMH系列的峰值輔助效果。

與電池組合的第二個值得期待的效果是通過將電力暫時儲存在DMH系列中的電力放電，來均衡電池負載。因為電池沒有必要瞬間釋放大電流，因此能夠減少電池電壓的變動。一般來說電氣設備系統設定了最低工作電壓，輸出電壓低于最低工作電壓時，系統會自動關機。

如果電池電壓受到抑制，能讓離系統關機的時間增長，電池壽命也可能增加。也有可能減少預想的電池更換頻率。CR2032和DMH系列的壽命延長效果如圖7所示。負荷在周期1秒、75%1mA?25%40mA、9000次循環的條件下給電池脈沖負荷。為了使圖示更清晰，將減去40mA負荷時的電壓變動以1000次循環每次的頻率表示。假設系統的最低工作電壓是1V，僅使用紐扣電池的話4500秒就能達到1V。和DMH系列一起使用的話，7000秒后能達到1V，達到1V的時間能夠延長55%。此外，延長電池的附加壽命的附加效果是提高了電池殘留量的檢測精度。檢測電池電壓，系統以此為基礎檢測電池的殘留量。還有望減少電池電壓變動、提高電池殘留量檢測精度。以上是與電池組合使用的2點效果。　　　　　

圖7 使用DMH系列的CR2032的延長效果

如上所示，如果使用薄型超級電容DMH系列的話，能夠給使用紐扣電池工作的設備提供高機能化和長時間驅動。

4．結語
如上所示是充分利用薄型超級電容DMH系列優勢的用途和效果。今后將向設備的多功能化和高機能化邁進，預計供給消耗電力間的失衡將會比現在更嚴重。村田致力于擴充薄型超級電容產品以及更加低ESR化，更加努力地解決客戶的問題。