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[原创]可充电固态电池芯片加速物联网应用

关键词:充电 固态电池 物联网

时间:2014-01-16 15:48:57       作者:记者:胥京宇       来源:世界电子元器件

固态电池就是以固态电解质取代传统有机电解液的电池。相比采用有机电解液,固态电池有很多独特的优点,首先可以避免因过度充电、内部短路使电解液过热导致的爆炸、自燃等危险,安全性大幅提高;其次,因为内部固态,在封装形式上可以大大简化,并可高度集成,以满足不同的应用需求。固态电解质的传导速度比液态电解质快也使固态电池能实现更高的电压输出。固态电池还具有更长的使用寿命。

这些突出的优点使人们对固态电池的关注和研究兴趣不断增强。日本和韩国的不少知名企业已经开展了可商用固态电池技术的研发,也推出了一些产品。固态电池的优势还特别适合混合和电动汽车对电池的特别需求。长久以来,电池技术一直是电动汽车发展的主要瓶颈。固态电池技术有可能成为一个突破点。

Cymbet的EnerChip可充电固态电池方案

目前业界对大容量、高电压的固态电池技术报道较多,对微型、低电压的固态电池技术报道很少。是不是这种微型的低电压固态电池解决方案还没有成熟地推向市场?近日,Cymbet公司,一家仅有38位员工的美国公司,向业界介绍了他们的微型可充电固态电池解决方案EnerChip。EnerChip将可充电的固态电池与电源管理IC、时钟管理RTC集成在一个芯片上,能够以表面贴装SMT封装或裸晶片形式提供给不同需求的用户,而且尺寸非常小,最大尺寸9mm×9mm,最小仅4mm×4mm。除了电池芯片外,Cymbet还提供EnerChip能量处理器,同EnerChip电池芯片一起可以为一些自供电的系统提供智能化的能量采集电源管理。

由于采用了特殊的材料、制造技术和封装技术,EnerChip可充电固态电池可以反复充电1000次,能够在系统产品的整个生命周期中持续使用,而不需要换电池;EnerChip芯片不会有有害的化学物质或气体泄漏,也不会燃烧,因为使用SMT和回流焊安装,不需要电池座;EnerChip 还100%无细胞毒性,即使进入人体也不会产生有害物质和病变。

EnerChip可充电固态电池解决方案特别适合三大应用,一是系统备份电源,为系统中的MCU、实时时钟、非易失存储器提供备份电源,保证他们在电源故障时仍可正常工作;二是嵌入式电源,很多便携及可穿戴式设备如医疗保健产品需要将电源嵌入到系统中甚至人体中去,要求微型和100%无细胞毒性;三是能量采集应用,如物联网应用中的各个终端节点设备要求能够从周围环境采集能量实现自供电。

据Cymbet公司市场营销副总裁Steve C. Grady介绍,目前Cymbet公司最大市场来自系统备份电源,约占48%。目前已经采用EnerChip 解决方案的终端应用产品包括:飞机舱内娱乐系统、线卡RTC备份电源、手持通信测试仪、GPS地图系统、单板计算机、定时工业门锁、工业RFID读卡器等。

应用市场需求分析

备用电源市场是个很大的市场,据统计,全球每年用于电池或备用电池系统的纽扣电池销量为400亿个;每年实时时钟和用户定制的定时设备出货量为10亿个,其中50%以上需要备用电源;全球每年销售的MCU达160亿个,其中的16亿个可追溯使用了EnerChip做备份电源。在上述市场中,EnerChip的目标是取代现在占主流的纽扣电池和超级电容。如果所有的纽扣电池和超级电容被EnerChip 可充电固态电池所取代,这个市场是不可限量的。相对于纽扣电池和超级电容,EnerChip可充电固态电池有许多优势。首先,EnerChip可SMT安装,前两者都不行;低的自放电和稳定的输出电压,这一点超级电容不行;更小的尺寸、没有有害的化学物质、内部供电管理、电源失效指示和集成的DC/DC转换器,这些因素纽扣电池和超级电容都不具备。因此,EnerChip有信心取代这两者在备份电池市场的位置。

嵌入式能源市场包括的应用有安全和探测设备、爆炸设备的电子保险丝以及可植入人体的医疗设备如眼科用品、贴片等。这些系统要求提供一个微型的可直接嵌入到系统中的能量存储设备。EnerChip可通过标准的线键合或回流焊形式连接到系统板上,满足多种不同的系统配置需求,比如既可以和系统IC并排,也可堆叠放置。目前市场火热的可穿戴式设备是嵌入式能源的一个热门市场。很多概念性的应用如医疗中的眼压传感器、太阳能智能隐形眼镜等得以实现。太阳能智能隐形眼镜内嵌了EnerChip的微型多功能超低功耗电源管理芯片和能量存储模块,还内嵌了太阳能模块、传感器、控制电路、无线模块、显示电路、天线等,能够采集太阳能为眼镜供电,处理和控制显示图像,并且通过无线方式可以和智能手机交互信息。

能量采集市场最适合的应用就是物联网应用了。物联网应用中各个无线传感器节点、终端设备都需要自供电,随时从周围环境获取能量,因此大大推动了能量采集市场的发展。预计能量采集市场出货量在2018年将达到59亿片,其中90%以上的无线传感网应用若没有能量采集功能都是根本无法实现的。

Cymbet 的EnerChip产品分为几大类:可充电固态电池、集成电源管理IC(PMIC)的可充电固态电池、集成RTC(SPI或I2C)、PMIC和可充电固态电池的模块、以裸晶片形式提供的上述产品、以及用于能量采集的能量处理器。为了用户开发方便,Cymbet还提供了各种类型的开发板和评估板,以帮助用户能够快速推出他们的产品。

现在各行各业的电子设备,很少有不能联网的了。从广义的角度来看,EnerChip 的可充电固态电池方案所面向的绝大部分应用都可列入物联网范畴。它很好地解决了物联网设备对电源管理的需求:微型、长效、自供电、安全、稳定可靠、无毒无害,它将为物联网应用的推广发挥重要作用。

图1 EnerChip可充电固态电池工作原理

图2 太阳能智能隐形眼镜概念

 

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