广告

三星的那支S Pen手写笔,为什么能做到3分钟充电80%?

时间:2019-11-13 作者:黄烨锋 阅读:
就今年8月,ResearchAndMarkets公布的数据,在铝电解电容器市场,NCC(日本化工)、尼吉康、Rubycon(红宝石)和松下,在全球范围内联合拿下将近60%的市场份额。虽然我们没有更为具体的数字,而且这个统计仅针对铝电解电容器,也足见尼吉康在其间的市场地位。
广告

今年三星Galaxy Note 10/10+手机所配的那枚S Pen多了一些新功能,比如说Air Action手势操控:转动、轻移、向上向下都能实现手机上的一些特定操作。而实现这套操作,可不只是加装六轴陀螺仪这么简单。mPsEETC-电子工程专辑

mPsEETC-电子工程专辑
Galaxy Note 10的S Pen,采用的是一枚来自尼吉康、φ3x7Lmm尺寸的“小型锂离子可充电电池”mPsEETC-电子工程专辑

这是我们在前不久于日本千叶举办的CEATEC 2019展会上,尼吉康展位看到的一枚形似电容器的东西——它就是为这代S Pen供电的电池。这的确是一枚“小型锂离子可充电电池”,而如去年的Galaxy Note 9所用S Pen选择的则是EDLC,即电气双层电容器。mPsEETC-电子工程专辑

“Note 9的S Pen所用EDLC容量比较小,它只能满足类似于蓝牙传输之类的简单功能。”尼吉康展位现场的工作人员告诉我们。所以在Note 10实现更多样化功能的同时,是伴随储电器件的技术发展的,而不仅是传感器和处理器。mPsEETC-电子工程专辑

20191113-201.jpgmPsEETC-电子工程专辑

这张图横轴表示的是能量密度,就十分常见的锂离子可充电电池,简单地说它是指电池容量,即锂离子可充电电池容量可以很大,比EDLC电容器大得多;但在纵轴的功率密度方面,锂离子电池的瞬间输入输出性能,或者说充放电表现是极大弱于EDLC的,后者能够在瞬间放出很大电流。mPsEETC-电子工程专辑

“所以为了弥补这两种储能模块的缺点,我们开发了这种小型锂离子电池SLB。不仅兼顾瞬间输入输出的性能,同时又有一个相当于电容器五六十倍的大容量的一款产品。”所以我们会发现,这一代S Pen的续航表现更出色,同时3分钟就能大约充满80%电量。mPsEETC-电子工程专辑

用通俗的话来说,这种所谓的“小型锂离子可充电电池”就是介于超级电容器和锂离子电池之间的折中型产品。除了应用于S Pen这颗最小的电池,在尼吉康规划的产品中,φ8x11.5Lmm与φ12.5x40Lmm这两款也预计会在明年4月开始量产。如下图的其他尺寸,“如果市场的确有需求的话,我们也是可以生产的。”mPsEETC-电子工程专辑

20191113-202.jpgmPsEETC-电子工程专辑

若细看这类型的产品,尼吉康列举了其四大特点。其一是20倍的大电流:一般的锂离子电池只能达到1C或2C(C是用以表示充放电快慢的一种度量),“我们的电池可以达到20C,也就是20倍的大电流进行快速充放电”。mPsEETC-电子工程专辑

其二,这种电池可以在寒冷环境下使用。一般的锂离子电池在0℃以下使用已经相对乏力;“我们的电池,虽然-30℃时容量会下降,但仍然可以使用,所以非常适用于户外使用场景。”其三,使用寿命长,上述最大尺寸版本可以做到25000次的充放次数,放电容量(1C)仍然维持80%以上。一般的锂离子电池的充放电此处在1000-2000次就会发生明显老化。mPsEETC-电子工程专辑

最后一点是负极材料采用钛酸锂(LTO),“所以非常安全,不会短路,我们做压坏实验、针刺试验都没有发生爆炸;普通的锂离子电池是承受不了的。应用于耳机、可穿戴设备和人体相关的应用是非常适宜的。”mPsEETC-电子工程专辑

20191113-203.jpgmPsEETC-电子工程专辑

上述尼吉康的电池产品公称电压2.4V,比常规锂离子电池低,所以需要配合电源IC;尼吉康为此和合作伙伴一起打造系统。上面这张图是尼吉康与理光电子、京都大学合作的环境发电传感器系统。京都大学提供了太阳能充电部分,理光电子提供DCDC转换器,最终供电给蓝牙模块、传感器等;mPsEETC-电子工程专辑

20191113-204.jpgmPsEETC-电子工程专辑
这是与瑞萨合作的例子,这是瑞萨相对知名的采用了SOTB工艺的MCU、通过环境自然能源(如光、振动)供电的开发板,其上应用了尼吉康的小型锂离子可充电电池;瑞萨同时做了电源IC来控制电流电压,形成了相对统一的方案;mPsEETC-电子工程专辑

20191113-205.jpgmPsEETC-电子工程专辑
罗姆为尼吉康的小型锂离子可充电电池,提供的快速充放电芯片演示方案
mPsEETC-电子工程专辑

20191113-206.jpgmPsEETC-电子工程专辑
USB充电鼠标,同样是尼吉康的小型锂离子可充电电池,Torex提供了电源IC,搭配LDO和可变限流电路开关实现恒流恒压充电
mPsEETC-电子工程专辑

20191113-207.jpgmPsEETC-电子工程专辑
这是物流GPS定位器的应用:这个设备放在货车上,以太阳能的方式获取能源,随时定位货物地点,不需要更换电池
mPsEETC-电子工程专辑

刺激电容器市场的强心针:汽车、5G

不过尼吉康的小型锂离子可充电电池,与一般锂离子电池以及超级电容应该并不存在取代与被取代的关系,毕竟其能量密度也还是远不如传统锂离子电池,而功率密度也没有电容器那么大。SLB似乎更像是找准应用定位,在锂离子电池和超级电容之间,做的一个补位型产品,上面这几张图列举的都是其具体应用——这款产品可能会成为未来尼吉康营收的重要组成部分。mPsEETC-电子工程专辑

花这么多笔墨来谈尼吉康的电池产品,实际就业务类型而言,上述电池产品大约还并未真正在尼吉康内部形成规模。同时也很容易想见,这类型产品的开发与尼吉康在电容器产品方面的经验是分不开的——后者才是尼吉康真正的拿手好戏。mPsEETC-电子工程专辑

就今年8月,ResearchAndMarkets公布的数据,在铝电解电容器市场,NCC(日本化工)、尼吉康、Rubycon(红宝石)和松下,在全球范围内联合拿下将近60%的市场份额。虽然我们没有更为具体的数字,而且这个统计仅针对铝电解电容器,也足见尼吉康在其间的市场地位。mPsEETC-电子工程专辑

20191113-208.jpgmPsEETC-电子工程专辑

在展开这次尼吉康展台的具体产品之前,我们照例来观察下尼吉康(Nichicon Corporation)这家公司的业务发展情况。这家公司从事的业务,就大方向来看还是比较单纯的:就切分成电容器业务(Capacitor Business,包含铝电解电容和薄膜电容器),以及NECST业务(Nichicon Energy Control System Technology,电路产品)——典型和能源相关的。mPsEETC-电子工程专辑

20191113-209.jpgmPsEETC-电子工程专辑

总结其核心产品就是三大块,分别为铝电解电容器、薄膜电容器,以及电路产品(相关储能的家用储能系统、V2H(Vehicle-to-Home)反向供电系统、公共与工业电力存储系统)。mPsEETC-电子工程专辑

20191113-210.jpgmPsEETC-电子工程专辑

截至今年3月的FY2018,尼吉康全年净销售额为1228.6亿日元(联合决算,consolidated),近五年的营收平稳。这里我们只看销售额的成分,很容易发现,针对电子的电容器产品是尼吉康营收来源的绝对大头,始终稳定在65%上下;而电路产品,即NECST业务,在业务规模上还是无法与尼吉康的电容器业务相提并论的。另按照区域划分,尼吉康的最重要市场仍然是日本本国,包括大中华区在内的亚洲市场也是其主要方向。中国高铁、潍坊钢铁厂等,都是尼吉康的重要客户。mPsEETC-电子工程专辑

原本电容器市场已经是个相对成熟的市场,然而近些年的技术热点顿时惠及到了电子科技的方方面面,其中也包括电容器。在尼吉康营收主要来源的电容器上,“我们未来的两个发展方向,分别是5G和车载。这两个方向有个共同点,即要求高耐热性能,比如车载要求内部大空间,所以ECU、EPS都会放到发动机附近甚至直接放在发动机上,这就要求125℃,甚至150℃的耐热性能。”mPsEETC-电子工程专辑

“5G的频率是高频,传播范围短,基站要求小型化。小型化也就要求电子器件非常密集地排布在一起,所以对耐高温也提出了要求,一般耐热达到125℃或以上的产品是必然趋势。”mPsEETC-电子工程专辑

“而在车载方面,除了铝电解电容器,我们还有薄膜电容器产品,一般用在电动车、混合动力车上。明年我们预计要在中国宿迁,建起新的薄膜电容器工厂——目前的薄膜电容器我们还只在日本本国生产。但当前的产能无法满足需求,所以我们准备扩充。”mPsEETC-电子工程专辑

实际早在2011年,尼吉康就在宿迁开设了工厂专门制造和销售铝电解电容器;这次则是针对薄膜电容器制造,也要在宿迁工厂开工。考虑到汽车会成为尼吉康的重点发展对象,薄膜电容器应该也会是尼吉康未来实现业绩增长的热点(尤其电动及混合动力车所用马达驱动逆变器所需的薄膜电容器,尼吉康在财报中预测这一领域应用的销售额会翻番)。mPsEETC-电子工程专辑

本文我们主要就这家公司的电容器业务,来大略地介绍尼吉康在CEATEC 2019展会上展示的新品。由于展示产品太多,这里只提及了其中的一部分。mPsEETC-电子工程专辑

铝电解电容器:要耐高温、还要持久

铝电解电容器按照电解质的不同,可以分成普通型的铝电解电容器(电解质为电解液)、导电性高分子铝电解电容器(电解质为导电性高分子),和混合铝电解电容器。其中混合铝电解电容器,在电解质部分同时用到了电解液和高分子两种材料,属于一个折中型方案。如下图所示:mPsEETC-电子工程专辑

20191113-211.jpgmPsEETC-电子工程专辑

普通的铝电解电容器,成本相对更低,而且电解液具有氧化皮膜修复功能,漏电流小;而导电性高分子铝电解电容器,成本相对更高,优势在电阻小,尤其在高频和低温下的ESR(等效串联电阻)性能非常出色,且耐纹波——另外耐高温性能出色,相对而言,普通铝电解电容的电解液是易蒸发的。mPsEETC-电子工程专辑

混合铝电解电容器因为采用两种材料,成本适中,各部分性能也折中。尼吉康工作人员向我们介绍说,混合铝电解电容器是市场各家都在努力的方向,因为其成本以及漏损电流方面的优势,令其很具吸引力,车载市场应用会越来越多。mPsEETC-电子工程专辑

20191113-212.jpgmPsEETC-电子工程专辑

首先来说传统铝电解电容器产品,按照形状来看,它们可以分成牛角型、螺栓型、引线型和贴片型(或芯片型)。“在电源应用中,牛角型和引线型用得比较多;车载ECU、EPS,则是芯片型会多一些,因为其附着面积更大,耐震性更好。”mPsEETC-电子工程专辑

现场展示中,有个尚未定名的“超高温度品”(现场似乎也还未有实物),是个贴片型电容器。其特点在于可以做到150℃ 2000小时保证——竞品很多也能达到这个温度,但使用时间保证基本上都是1000小时;这款产品规划中是明年10月份开始量产。mPsEETC-电子工程专辑

20191113-213.jpgmPsEETC-电子工程专辑
UCM系列(贴片型)主打的是小型长寿命,其技术特色在采用薄的电解纸、高倍率阳极箔和薄的阴极箔——以实现小型化;采用新规电解质——以实现高温化mPsEETC-电子工程专辑

20191113-214.jpgmPsEETC-电子工程专辑
UCH系列(贴片型)的125℃,已经达到车规级;这个系列的特色是高可靠性,以及低温下的ESR相比更早的产品,如UCZ系列,在-40℃条件下会有显著降低;所用电解质具备低蒸发特性,对电解液的特性做了调整
mPsEETC-电子工程专辑

20191113-215.jpgmPsEETC-电子工程专辑
UXY系列(引线型),属于典型的车载产品;其铝壳底部有6个凹槽,据说这是尼吉康的独家技术,凹槽能够紧紧锁住素子,即便产生振动,引线也不会断——尼吉康宣称这款产品具备业界最高的耐振动性能,可抗最大40G加速度;
mPsEETC-电子工程专辑
20191113-216.jpgmPsEETC-电子工程专辑

20191113-217.jpgmPsEETC-电子工程专辑
牛角型产品的个头都比较大,上图个头较大的这个即牛角型电容器,主力应用于工业机器mPsEETC-电子工程专辑

上面这些主要展示的是传统型铝电解电容器,即采用电解液为电解质的电容器产品。接下来是导电性高分子铝固体电解电容器了。这类电容器的主要应用领域是信息通讯、PC、游戏机等。原因在于,如前文所述,导电性高分子铝电解电容器具备高可靠性,耐高纹波、低ESR的特性。mPsEETC-电子工程专辑

“许多PC厂商为了让基板看起来更高档,用上了特殊的颜色。比如我们有金色特别定制的,黑色的。”mPsEETC-电子工程专辑

20191113-218.jpgmPsEETC-电子工程专辑

20191113-219.jpgmPsEETC-电子工程专辑
华擎、技嘉等厂商的主板,都大量用到了尼吉康的导电性高分子铝固体电解电容器mPsEETC-电子工程专辑

20191113-220.jpgmPsEETC-电子工程专辑
PCM系列,“是行业中具备最长寿命的产品,还没有别家的产品能够达到125℃ 8000小时保证,先前行业之最是6000小时。我们做到125℃ 8000小时,主要是改善了封口橡胶的密封性,对内部材料做了重新的调整。”主要应用于汽车,其量产要等到明年4月份;mPsEETC-电子工程专辑

20191113-221.jpgmPsEETC-电子工程专辑
PCZ系列特点在150℃ 2000小时保证——这款产品已经于今年4月量产,不过这回尼吉康又特别增加了多种电压规格,包括16V、20V、50V、63V——工作人员介绍说是因为客户提出了更多需求;
mPsEETC-电子工程专辑

20191113-222.jpgmPsEETC-电子工程专辑
这一板,就是传说中的混合铝电解电容器,其中GYA系列规格125℃ 4000小时;GYB则为105℃ 10000小时保证;GYC 135℃ 4000小时;在此基础上开发的GYD系列,150℃ 1000小时保证,“已经是行业最高标准,虽然别家也能做到这个数字,但这款产品的耐纹波电流特性是行业最出色的。”
mPsEETC-电子工程专辑

薄膜电容器:具备双重自愈能力

“和前面看到的电解电容相比,薄膜电容器寿命比电解电容器长得多,可以达到20年以上;另外在电压等级方面,电解电容电压比较低,薄膜电容则电压高;电解电容受温度影响大——在温度变化时,其容量、损耗率发生变化,而薄膜电容是非常稳定的。”尼吉康的工程师说。mPsEETC-电子工程专辑

薄膜电容器广为人知的一个特性即自我恢复,“薄膜表面上,蒸镀了薄薄的金属层,是纳米级的金属层,作为电极。内部电解质一旦出现故障,通过瞬间的短路的能量,让周围的薄膜全部分散、蒸发掉了,这样的话就能恢复电容器原有功能。所以薄膜电容器一旦出现故障,它自身是可以解除的,这叫自愈型电容器。”mPsEETC-电子工程专辑

20191113-223.jpgmPsEETC-电子工程专辑

与此同时,尼吉康还在技术上为这种电容器加了“双保险”。“我们在薄膜电容器内部,为了可靠性又加入了保险丝结构。如果不产生动作的话,内部就有很多蜂窝状的熔丝。”借由保险丝,针对故障部分的电容器从电路中隔开,对电容器原本的特性几乎不会带来任何影响。也就有了“双重保障”。“作为后备保护,薄膜电容器的寿命得到了保证,也是我们产品寿命很长的重要原因。”mPsEETC-电子工程专辑

针对汽车行业应用这样的双重保障,而针对电力负荷再加保护回路,做“第三重保护”。“这种自愈型是我们独创的,二三十年前我们就开始用了。低压应用可能不少,但高压电容器,做这种方式的只有我们一家。”mPsEETC-电子工程专辑

20191113-224.jpgmPsEETC-电子工程专辑
应用于高铁的薄膜电容器,“因为安全性好,寿命长,所以在高铁上用得广”;mPsEETC-电子工程专辑

20191113-225.jpgmPsEETC-电子工程专辑
圆筒形电解电容器的替代品——这颗薄膜电容器外形尺寸“和现存的电解电容器是一样的,所以可以替换电解电容”
mPsEETC-电子工程专辑

20191113-226.jpgmPsEETC-电子工程专辑
用于EV、HV、PHV汽车马达驱动逆变器所需的平滑用薄膜电容器
mPsEETC-电子工程专辑

尼吉康在部署策略中提到,薄膜电容器作为EV、HV驱动发动机用逆变器的关键部件,随着EV的普及,薄膜电容器在日本和海外的采用率会增大。所以前述在中国宿迁建立新厂,以及在日本草津进行增产也就显得理所应当了,毕竟这可能会成为尼吉康未来营收的重要增长点。mPsEETC-电子工程专辑

20191113-227.jpgmPsEETC-电子工程专辑

20191113-228.jpgmPsEETC-电子工程专辑

实际上,在CEATEC 2019展会上,除了前面介绍的这些电容器和电池产品展示,尼吉康的另一个业务即NECST(或电路产品)也占据了展位的极大空间,如上图所示。不过鉴于篇幅关系,这里不再做更为具体的介绍。从尼吉康2018年财报来看,NECST定位于开发新的市场需求。在扩展销售方面,NECST着力的是“家用电力站”。这类型产品似乎更有为日本社会专门定制的意思。mPsEETC-电子工程专辑

比如上图尼桑的LEAF演示V2H系统,即一般的充电器是从家中给汽车充电,而在V2H系统则实现反向充电,即车成为供电装置。上图右下这款可移动的产品,连接汽车之后,就能将车变成一个大电池,为电灯、电水壶等家电供电——在自然灾害来袭,遭遇停电事故时就是个相当不错的解决方案;上图左下也用于防灾,这是个典型的储能设备,可以为超市、办公室提供临时用电;家用的这类蓄电装置在尼吉康的产品线中似乎也非常多样;甚至还有三合一混合蓄电系统,包含太阳能发电板、混合电力控制器、转换器、家庭蓄电单元模块,都能表现出日本生活环境的特殊性。mPsEETC-电子工程专辑

20191113-229.jpgmPsEETC-电子工程专辑

即便我们认为,尼吉康未来的盈利关键在新一代电池产品,以及包括薄膜电容器这类更具成长潜力的增长点上。不过尼吉康CEO武田一平曾在去年的年报中提到,需要“平衡电容器与NECST业务”,“在成长型市场上扩张销售,并且进入新的市场”,从“制造业务转向Koto-zukuri,转向创造型业务”,并且特别强调了“能源”市场的重要性,可见NECST业务在尼吉康的规划中可能还有更加长远的目标。mPsEETC-电子工程专辑

但无论如何,汽车智能化、网联化、电子化的发展方向,对尼吉康而言都是目前最重要的市场机遇——它既给相对成熟的电容器市场打了一剂强心针,甚至构建起新的电容器业务增长点,而且也是NECST储能业务开展的关键。mPsEETC-电子工程专辑

参考来源:

[1]https://www.prnewswire.com/news-releases/global-and-china-aluminum-electrolytic-capacitor-industry-report-2019-2025-300904258.htmlmPsEETC-电子工程专辑
[2]https://www.nichicon.co.jp/english/ir/pdf/20190528_Financial_Results.pdfmPsEETC-电子工程专辑
[3]https://www.nichicon.co.jp/english/ir/ir_highlight_ren.htmlmPsEETC-电子工程专辑
[4] https://www.nichicon.co.jp/english/ir/pdf/Integrated_Report_2018.pdfmPsEETC-电子工程专辑

责编:Yvonne GengmPsEETC-电子工程专辑

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
  • Tesla创新电池将颠覆EV世界?严苛测试不能少 作为所有其他电动车零组件电源,验证电池的性能十分关键。而像是特斯拉等创新者仍在尝试开发可望提升行驶距离以及功率密度的新一代电池技术...
  • 拆解华为40W超级快充充电器,内部设计有哪些变化? 在之前的华为Mate 20发布会上,华为首次推出40W SuperCharge超级快充技术,并且一直沿用在后续的各种旗舰机型中。随着技术的升级和迭代,华为40W SuperCharge超级快充充电器虽然外观上并没有变化,但内部已经悄悄发生了变化。今天就为大家带来新款华为40W超级快充充电器的详细拆解...
  • 挑战永久续航,Atmosic欲重新定义物联网设备电池寿命 据统计,每年全球消耗的电池数量高达数十亿颗。大量的废弃电池给环境带来了巨大的污染,既然对电池的需求是刚需,如何在保障续航的前提下更好地实现技术的应用和升级,成为了大部分科技公司努力的方向。
  • 日媒拆解大疆无人机盛赞技术精密,部分器件仍被美国卡脖 近日,《日经亚洲评论》(Nikkei Asian Review)联同总部位于东京的调查公司Fomalhaut Techno Solutions对大疆创新今年初推出的Mavic Air 2无人机进行拆解分析,发现其竞争力根源在于硬件成本只是竞争对手的一半,却能实现不低的性能。
  • 提高电源管理芯片的能效,国内外厂商们都是如何做的? ASPENCORE近期在深圳举办的第21届电源管理技术论坛,各大厂商谈论的焦点均围绕高能效解决方案而展开,GaN、SiC仍是最热门的议题。那么怎样提高能效?针对电源的应用与挑战,根据不同的场景,对不同电源方案的测试应注意些什么?此外,全球电源管理芯片市场主要被几家国际巨头公司垄断,国内市场对电源管理芯片的需求80%的市场份额都被欧美厂商垄断。在当前国际大背景下,电源管理芯片的国产替代空间有多大?请看我们本期电源管理技术论坛的精彩回顾。
  • 2020中国民营企业500强:华为蝉联第一,小米前20 由全国工商联主办的2020中国民营企业500强峰会9月10日在北京举行,《2020中国民营企业500强调研分析报告》及“2020中国民营企业500强榜单”在会上发布。
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了