今年三星(Samsung) Galaxy Note 10/10+手機所配的那枚S Pen多了一些新功能,比如說Air Action手勢操控:轉動、輕移、向上向下都能實現手機上的一些特定操作。而實現這套操作,可不只是加裝六軸陀螺儀這麼簡單。

我們在10月中旬於日本千葉舉辦的CEATEC 2019展會上,於Nichicon展位看到的一枚形似電容器的東西,就是為這代S Pen供電的電池(參考文章上方大圖);那的確是一枚「小型鋰離子可充電電池」,而如去年的Galaxy Note 9所用S Pen選擇的則是EDLC,即電氣雙層電容器。

Nichicon展位現場的工作人員告訴我們:「Note 9的S Pen所用EDLC容量比較小,它只能滿足類似藍牙傳輸的簡單功能;」所以在Note 10實現更多樣化功能的同時,是伴隨儲電元件的技術發展,而不僅是感測器和處理器。

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上圖橫軸表示的是能量密度,就十分常見的鋰離子可充電電池,簡單地說它是指電池容量,即鋰離子可充電電池容量可以很大,比EDLC電容器大得多;但在縱軸的功率密度方面,鋰離子電池的瞬間輸入輸出性能,或者說充/放電表現是極大弱於EDLC的,後者能夠在瞬間放出很大電流。

Nichicon人員表示:「為了彌補這兩種儲能模組的缺點,我們開發了這種小型鋰離子電池SLB。不僅兼顧瞬間輸入輸出的性能,同時又有一個相當於電容器五、六十倍大容量的一款產品;」所以我們會發現,這一代S Pen的續航表現更出色,同時3分鐘就能大約充滿80%電量。

用通俗的話來說,這種所謂的「小型鋰離子可充電電池」就是介於超級電容和鋰離子電池之間的折衷型產品。除了應用於S Pen這顆最小的電池,在Nichicon規劃的產品中,φ8x11.5Lmm與φ12.5x40Lmm這兩款也預計會在明年4月開始量產。如下圖的其他尺寸;「如果市場的確有需求話,我們也是可以生產的。」

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若細看這類型的產品,Nichicon列舉了其四大特點:其一是20倍的大電流:一般的鋰離子電池只能達到1C或2C (C是用以表示充放電快慢的一種度量),「我們的電池可以達到20C,也就是20倍的大電流進行快速充放電。」

其二,這種電池可以在寒冷環境下使用;一般的鋰離子電池在0℃以下使用已經相對乏力,「我們的電池雖然在-30℃時容量會下降,但仍然可以使用,所以非常適用於戶外使用場景。」其三,使用壽命長,上述最大尺寸版本可以做到2萬5,000次的充放次數,放電容量(1C)仍然維持80%以上。一般的鋰離子電池的充放電次數在1,000~2,000次就會發生明顯老化。

最後一點是負極材料採用鈦酸鋰(LTO),「所以非常安全,不會短路,我們做壓壞實驗、針刺試驗都沒有發生爆炸;普通的鋰離子電池是承受不了的。應用於耳機、可穿戴設備和人體相關的應用是非常適宜的。」

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上述Nichicon的電池產品公稱電壓2.4V,比常規鋰離子電池低,所以需要配合電源IC;Nichicon為此和合作夥伴一起打造系統。上面這張圖是Nichicon與理光電子(RICOH)、日本京都大學合作的環境發電感測器系統。京都大學提供了太陽能充電部分,理光電子提供DCDC轉換器,最終供電給藍牙模組、感測器等;

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上圖是與瑞薩(Renesas)合作的例子,這是瑞薩採用了SOTB製程的MCU、透過環境自然能源(如光、振動)供電的開發板,其上應用了Nichicon的小型鋰離子可充電電池;瑞薩同時做了電源IC來控制電流電壓,形成了相對統一的方案。

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上圖為羅姆(ROHM)替Nichicon小型鋰離子可充電電池提供的快速充放電晶片示範方案。

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上圖的USB充電滑鼠同樣是採用Nichicon的小型鋰離子可充電電池,Torex提供了電源IC,搭配LDO和可變限流電路開關,實現恆流恆壓充電。

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上圖是物流GPS定位器的應用:這個設備能安裝在貨車上以太陽能取得電源,隨時定位貨物地點,不需要更換電池。

刺激電容器市場的強心針:汽車、5G

不過Nichicon的小型鋰離子可充電電池,與一般鋰離子電池以及超級電容應該並不存在取代與被取代的關係,畢竟其能量密度仍遠不如傳統鋰離子電池,功率密度也沒有電容器那麼大。SLB似乎更像是找準應用定位,在鋰離子電池和超級電容之間的一個「補位」型產品,上面列舉的都是其具體應用——這款產品可能會成為未來Nichicon營收的重要組成部分。

花這麼多筆墨來談Nichicon的電池產品,實際就業務類型而言,上述電池產品大約還並未真正在Nichicon內部形成規模。同時也很容易想見,這類型產品的開發與Nichicon在電容器產品方面的經驗是分不開的——後者才是Nichicon真正的拿手好戲。

就今年8月,ResearchAndMarkets公佈的資料,在鋁電解電容器市場,NCC、Nichicon、Rubycon和Panasonic,在全球範圍內聯合拿下將近60%的市場比例,雖然我們沒有更為具體的數字,而且這個統計僅針對鋁電解電容器,也足見Nichicon在其間的市場地位。

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在展開這次Nichicon展臺的具體產品之前,我們照例來觀察下Nichicon這家公司的業務發展情況。這家公司從事的業務,就大方向來看還是比較單純的:就切分成電容器業務(Capacitor Business,包含鋁電解電容和薄膜電容器),以及NECST業務(Nichicon Energy Control System Technology,電路產品)——典型和能源相關的。

總結其核心產品就是三大塊,分別為鋁電解電容器、薄膜電容器,以及電路產品───鎖定儲能相關的應用包括家用儲能系統、V2H (Vehicle-to-Home)反向供電系統、公共與工業電力儲存系統。針對電子的電容器產品是Nichicon營收主力,始終穩定佔據65%上下;按照區域劃分,Nichicon的最重要市場仍然是日本,而包括大中華區在內的亞洲市場也是其主要方向。

在Nichicon營收主要來源的電容器上,該公司表示:「我們未來的兩個發展方向,分別是5G和車載。這兩個方向有個共同點,即要求高耐熱性能,比如車載要求內部大空間,所以ECU、EPS都會放到發動機附近甚至直接放在發動機上,這就要求125℃,甚至150℃的耐熱性能。」

「5G的頻率是高頻,傳播範圍短,基地台要求小型化。小型化也就要求電子元件非常密集地排布在一起,所以對耐高溫也提出了要求,一般耐熱達到125℃或以上的產品是必然趨勢;」Nichicon指出:「在車載方面,除了鋁電解電容器,我們還有薄膜電容器產品,一般用在電動車、混合動力車上。明年我們預計要在中國宿遷,建起新的薄膜電容器工廠——目前的薄膜電容器我們還只在日本本國生產。但當前的產能無法滿足需求,所以我們準備擴充。」

(本文原刊於EDN China網站,完整閱讀請點此連結)