作者：田中裕辅 株式会社村田制作所化学设备商品统括部 高机能功率设备商品部企划推进科
1.要旨
在我们身边目前还有尚未完全使用电子技术的产品以及即使使用了电子技术但还不具备信息处理能力的产品，它们正在不断智能化，性能也逐年提升。比如，钟表、活动量计、信用卡、粘贴式医疗设备等小型产品逐渐智能化。以活动量计为例，之前是将步数等简单信息记录于主机内，而现在安装了3D运动传感器，通过正确把握运动信息准确计算出消耗卡路里，并能发送到iPhone和Android终端。最新的活动量计还具备分析睡眠状况、心跳、脉搏、呼吸等多功能模式。而随着这些智能化终端的多功能化、高机能化，在工作峰值时的消耗电力也会增加。另一方面，这些智能终端上对安装的电池尺寸也有限制，提高电池峰值输出电力就更加困难。今后这类设备中消耗电力和供电之间的不平衡仍会持续，我们预想比起提升电池的容量，可以辅助峰值负载输出并能节省贴装空间的电容需求将会越来越高。
株式会社村田制作所（以下称村田）为满足此类客户的需求，特将业界超薄的T寸0.4mmMax的超级电容DMH系列商品化（图1）。改良以往超级电容生产过程中培养的电极印刷技术和研发新的叠层工艺，研发出能够最大限度确保高度方向自由度的产品。该系列的第1批产品20×20×0.4mm /35mF的超级电容将于2017年2月开始量产（参照表1）。本片文章将介绍DMH系列的适用事例和效果。
表１ DMHA14R5V353M4ATA0的规格
2. 代表应用
T寸0.4mmMax的DMH系列充分利用它的形状，安装在对高度具有严格限制的应用和封装面积不足的设备的狭小空间处时，能够最大程度地发挥它的作用。应用事例和DMH系列适用用途如下所示（图2）。
① 可穿戴设备
由于受设备大小和重量制约，使用纽扣电池和小型锂离子电池（以下称LIB），通过DMH系列峰值辅助可实现多功能化和高机能化。
【用途事例】
智能手表、活动量计、智能玻璃、胰岛素泵
② 卡型电子设备
在适合ISO7810（0.76mm厚度）的卡型终端上，可作为能源缓冲和薄型电池的峰值辅助使用。
【使用事例】
IC卡片、通用信用卡、指纹认证卡、安全卡
③ 具有电子纸显示器的设备
通过和电池一起使用，可在电子纸更换时瞬间提供必要的电力，从而提高更换速度。此外，可使在低温更换时更快、更稳定。
【用途事例】
电子纸显示器、电子货架标签、电子标签
④ 粘贴式医疗设备
能够保证产品的薄型、系统的峰值电力输出以及均衡负载，延长电池交换间隔。特别是对防止使用过程中断电的设备非常有效。
【用途事例】
便携式心电图仪、粘贴式体温计、粘贴式创伤系统等
图2 DMH系列的适用应用事例
3. DMH系列的优势和设备适用事例
① 作为能源缓冲（蓄电元件）使用时
静电容量35mF/额定电压4.5V的DMH系列在20×20×0.4mm的体积内能够蓄电350mJ的能源。与薄型电容器相比，可储存的能源是0.4mmMax的多层陶瓷电容器（以下称MLCC）的数千倍。与薄型LIB相比，虽然能源密度比不上那些电池，但是可输出的峰值电力很大。此外，不需要特别的传输程序和循环，具有可自由使用断电（一次电池）和充放电电路（二次电池）的优势。是适合想要不使用电池，安装大量使用MLCC缓冲电路没有空间时以及只能充分使用设备死角时的解决方案(图3)。
图3 薄型化DMH系列的优势
DMH系列的充电性能和放电性能如图4所示。DMH系列如果在额定电压下充电的话，10mA额定电流放电时间15秒，100mA额定电流放电时间1.5秒、1A额定电流放电时间130毫秒。充电是可逆的，可在相同时间内充电。使用DMH系列，可设计在有限的空间内安装，无论低速率还是高速率都能灵活地充放电的缓冲电路。
② 作为峰值辅助元件使用时
接下来将介绍与电池等电源组合时的效果。与电池组合时，具有2个效果。下面介绍与纽扣电池组合时的适用事例。
一个作用是峰值辅助作用。通过提高峰值输出电力，能够测量工作负荷的数值和负荷的驱动改善。介绍一个具体事例，就是可穿戴设备上经常使用的给使用者触觉感受的触觉装置（振动设备）仅使用纽扣电池驱动和使用纽扣电池、DMH系列共同驱动时的实验结果。评估系统如图5所示。纽扣电池使用的是市场购入的CR203，作为扩音器的电源使用。扩音器的输入是150Hz方波，扩音器的输出连接在触觉装置上。测量出接地电池电压和扩音器输出电压。结果如图6所示。使用DMH系列时，电池电压变动受到抑制，扩音器的输出电压倍增。从这个结果来看，触觉装置的振动强化，使用者有更好的触感。以上便是DMH系列的峰值辅助效果。
与电池组合的第二个值得期待的效果是通过将电力暂时储存在DMH系列中的电力放电，来均衡电池负载。因为电池没有必要瞬间释放大电流，因此能够减少电池电压的变动。一般来说电气设备系统设定了最低工作电压，输出电压低于最低工作电压时，系统会自动关机。
如果电池电压受到抑制，能让离系统关机的时间增长，电池寿命也可能增加。也有可能减少预想的电池更换频率。CR2032和DMH系列的寿命延长效果如图7所示。负荷在周期1秒、75%1mA⇔25%40mA、9000次循环的条件下给电池脉冲负荷。为了使图示更清晰，将减去40mA负荷时的电压变动以1000次循环每次的频率表示。假设系统的最低工作电压是1V，仅使用纽扣电池的话4500秒就能达到1V。和DMH系列一起使用的话，7000秒后能达到1V，达到1V的时间能够延长55%。此外，延长电池的附加寿命的附加效果是提高了电池残留量的检测精度。检测电池电压，系统以此为基础检测电池的残留量。还有望减少电池电压变动、提高电池残留量检测精度。以上是与电池组合使用的2点效果。
图7 使用DMH系列的CR2032的延长效果
如上所示，如果使用薄型超级电容DMH系列的话，能够给使用纽扣电池工作的设备提供高机能化和长时间驱动。
4．结语
如上所示是充分利用薄型超级电容DMH系列优势的用途和效果。今后将向设备的多功能化和高机能化迈进，预计供给消耗电力间的失衡将会比现在更严重。村田致力于扩充薄型超级电容产品以及更加低ESR化，更加努力地解决客户的问题。