電気二重層キャパシタの基礎(後編)
電気二重層キャパシタの使い方と効果

2015/04/28
基礎

カテゴリー:コンデンサPLAZA

1. はじめに

前編では弊社の電気二重層キャパシタ(EDLC)の構造や特徴を、他のコンデンサ等との比較も交えて紹介させて頂きました。今回は電気二重層キャパシタの代表的な使い方と効果について、採用事例も交えて紹介させて頂きます。

 

2. 代表的な使い方

前編で紹介させて頂いたとおり、弊社の電気二重層キャパシタは、小型薄型サイズながら、低ESR、大容量、高出力であることを特長としています。
また、優れた充放電サイクル寿命、並びに電解コンデンサや他の電気二重層キャパシタと比べて高い信頼性を有しています。これらの特長を活かし、主に以下の4つの用途の活用が考えられます。

(1)ピーク出力アシスト
(2)バックアップ用補助電源
(3)バッテリー負荷軽減
(4)蓄電素子

それぞれの使い方について、順に説明していきます。


(1) ピーク出力アシスト
ピーク出力アシストは、カメラのフラッシュなどのように瞬間的にパワーを必要とする場合、電源からのパワー供給を電気二重層キャパシタで補う使い方です。高出力である弊社の電気二重層キャパシタを使うことにより、電源の小型化や、機器への高出力機能の追加、機器の性能改善などが期待できます。


【用途例】
LEDフラッシュ、小型DCモータ機器、ガス・水道スマートメーター、RKE(リモートキーレスエントリー)など
 
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 図1 ピーク出力補助電源


(2) バックアップ用補助電源
機器において電源断が生じた場合のデータバックアップ用の電源として、電気二重層キャパシタをお使い頂けます。長寿命で、電池より低ESR・小型の特長を活かして、限られたスペースで高エネルギーかつ高出力のバックアップ機能を実現できます。


【用途例】
SSD、PLCなどのメモリーバックアップや通信機器のラストガスプ 
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図2 バックアップ用補助電源


(3) バッテリー負荷軽減
電池に掛かる負荷が大きすぎて電池電圧が不安定になった場合、電気二重層キャパシタで電池をアシストすることにより負荷低減が可能です。通信機器や音響機器において、動作の安定化や品質向上も実現できます。


【用途例】
オーディオ機器、各種通信機器、ポータブルプリンター、
セキュリティ機器、ヘルスケア機器など
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図3 バッテリー負荷軽減


(4) 蓄電素子
弊社の電気二重層キャパシタは、低ESRであるため不安定な入力でも充放電が可能です。そのため、発電量が不安定なハーベスターの蓄電デバイスに適しています。また、長寿命の特長を活かし、メンテナンスフリーな電源の実現が可能となります。


【用途例】
エネルギーハーベストを用いたIoTデバイス、
センサネットワークシステムの電源など
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図4 蓄電素子



3. 採用事例と効果

(1) LEDアプリケーションでの採用事例
  • 採用事例:DSCやDVCのLEDフラッシュ、火災報知機のLEDビーコン
  • 効果:大電流によるLEDの発光が可能になり、機能の向上に貢献しています。
また、フラッシュ用途では、LEDをカメラのフラッシュに使用することでのストロボの長寿命化、小型化を実現するとともに、発光時間やLED出力の可変および連射機能などのユニークな機能の実現が可能になります。


DMFシリーズ 1,000mF品4A放電時、5.5Vから2.5Vの電位差で約1秒の放電が可能。


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図5 LEDFLASHでの適用例


 

(2) ガス・水道用スマートメーターでの採用事例
  • 採用事例:電池駆動のスマートガスメーターやスマート水道メーター
  • 効果:弊社の電気二重層キャパシタを通信やバルブ開閉用の補助電源として使用することにより、一次電池の寿命を15年から20年に伸ばすことに貢献しています。また、弊社の電気二重層キャパシタは低ESRであるため低温下でのロスが小さく、電池に蓄えられたエネルギーを効率よく使用することができます。
 
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図6 スマートメーターでの適用例



(3) SSDでの採用事例
  • 採用事例:SAS、SATA、PCIeのエンタープライズSSDのバックアップ
  • 効果:タンタルコンデンサやアルミ電解コンデンサの員数削減による省スペース化に貢献しています。蓄電できるエネルギーは、470mF品で言えば大容量タンタルコンデンサの100倍以上。たとえば10Wで5.5Vから2.0Vまで放電のした場合、約1秒のバックアップが可能です。
 
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図7 SSDバックアップでの適用例



(4) バッテリー駆動オーディオ機器での採用事例
  • 採用事例:ハイエンドポータブルオーディオ機器の電源安定化(音質改善)
  • 効果:電源ラインの安定化による音質向上に貢献しています。
  
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図8 オーディオアンプでの適用例




4. 終わりに

低ESR・大容量の電気二重層キャパシタについて、その特長を活かした用途例を紹介させて頂きました。村田製作所では、今後も商品の低ESR化や小型化に対する取り組みを行い、機器の高機能化や小型化、省エネに貢献していきます。

当文章は、電波新聞第2部「ハイテクノロジー」2015年1月29日号に掲載された内容を一部再構成したものです。



担当:株式会社村田製作所 高機能パワーデバイス商品部