從簡(jiǎn)單的小裝置到用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜裝置，都要緊湊、可靠和非常安全的電源。為滿足這些要求，TDK集團(tuán)開(kāi)發(fā)了全新技術(shù)的全球首個(gè)可充電的固態(tài)SMD電池CeraCharge?。今天繽紛多彩的生活離不開(kāi)技術(shù)各異且具有不同容量的電池和蓄電池。未來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將要無(wú)數(shù)的特殊電源以滿足新的超低功率半導(dǎo)體和傳感器的需求。這些設(shè)備必須在無(wú)外部電源的狀況下通過(guò)能量收集技術(shù)正常工作數(shù)年。這關(guān)于能量存儲(chǔ)介質(zhì)提出了新的要求：尺寸小，可充電，本質(zhì)安全，易于裝配，低成本且工作壽命長(zhǎng)。當(dāng)前技術(shù)尚不能同時(shí)滿足所有這些要求。關(guān)于許多應(yīng)用而言，TDK集團(tuán)的CeraCharge電池供應(yīng)了一種擺脫當(dāng)前困境的解決方法。與大部分常見(jiàn)技術(shù)不同，CeraCharge采用固體電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的電解液，通過(guò)鋰離子在固體中的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)充放電。CeraCharge是一種基于疊層技術(shù)的電池，類似于MLCC，如圖所示。

圖1:CeraCharge的剖面圖。采用固態(tài)陶瓷電解質(zhì)替代液態(tài)電解質(zhì)。通過(guò)這種技術(shù)，高能量密度和最小的元件體積與陶瓷多層元件的安全性及高容量制造優(yōu)點(diǎn)被結(jié)合在一起。此外，采用固態(tài)陶瓷電解質(zhì)還消除了火災(zāi)、爆炸或液態(tài)電解質(zhì)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。SMT兼容設(shè)計(jì)讓產(chǎn)品的使用非常簡(jiǎn)單CeraCharge是全球首個(gè)SMT兼容的可充電電池元件，具有易于布置元件和支持傳統(tǒng)回流焊工藝等優(yōu)勢(shì)，從而降低了使用CeraCharge電池的設(shè)備的生產(chǎn)成本。在初始階段，CeraCharge可供應(yīng)EIA1812封裝規(guī)格(4.5mmx3.2mmx1.1mm)。在1.4V額定電壓下，可供應(yīng)100μAh的容量，初始內(nèi)部電阻小于200Ω。CeraCharge的重要技術(shù)數(shù)據(jù)如表1所示。

CeraCharge的典型放電特性如圖2所示，其額定放電電流為20μA，但能支持1mA(10C)的持續(xù)放電。相比于傳統(tǒng)可充電或其他類型電池，CeraCharge的工作溫度范圍更寬，達(dá)-20°至+80°C，因此非常適合氣象站等戶外應(yīng)用。以20μA恒定電流放電的典型溫度特性如圖3所示。圖2:CeraCharge的典型放電特性圖3:CeraCharge的典型溫度特性根據(jù)要求，CeraCharge的充放電循環(huán)可完成數(shù)十次至上千次，且不會(huì)對(duì)電氣參數(shù)出現(xiàn)任何重大損耗（電氣參數(shù)可達(dá)到初始值的80%）。圖4顯示了CeraCharge在1.6V恒定電壓下充電3小時(shí)并以20μA恒定電流放電的典型循環(huán)次數(shù)特性。

圖4:CeraCharge的典型循環(huán)特性關(guān)于短時(shí)或脈沖工作，如在藍(lán)牙信號(hào)模塊傳輸數(shù)據(jù)時(shí)為其供電，一個(gè)CeraCharge電池可供應(yīng)幅值約3mA/s的電流（圖5）。

圖5:CeraCharge的典型脈沖功率潛在應(yīng)用極其廣泛為提高電池容量和電壓，用戶可將多個(gè)CeraCharge電池串并聯(lián)使用。這個(gè)特點(diǎn)使其廣泛適用于各種應(yīng)用，例作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)的備用電池或用作藍(lán)牙信號(hào)傳輸?shù)哪芰看鎯?chǔ)裝置。在大部分情況下，實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)一般采用原生電池（紐扣電池）供電。這種傳統(tǒng)解決方法的重要缺點(diǎn)是用戶必須定期更換電池。由于RTC中存在VSB（向電池供電）功能，所以用CeraCharge之類的可充電電池替換RTC模塊的原生電池可解決這個(gè)問(wèn)題（圖6）。RTC每次要備用電池供電的時(shí)間一般小于1小時(shí)，而一個(gè)CeraCharge無(wú)需充電就能為RTC供應(yīng)1至2周的備用電源。

圖6:CeraCharge可替代常用作實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)備用電池的原生紐扣電池太陽(yáng)能供電的信號(hào)傳輸技術(shù)與CeraCharge的結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的前提是能將各種裝置和設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接。太陽(yáng)能供電的藍(lán)牙低功耗(BLE)信號(hào)傳輸技術(shù)因超小空間要求和低功耗而逐漸為諸多用戶接受，成為一種廣受歡迎的連接解決方法。圖7顯示了太陽(yáng)能供電的BLE信號(hào)傳輸技術(shù)的驅(qū)動(dòng)模型。在此電路中，太陽(yáng)能電池首先為電容器（MLCC或EDLC）充電，為BLE模塊供應(yīng)主電源。CeraCharge用于存儲(chǔ)能量，當(dāng)太陽(yáng)能電池?zé)o法供電時(shí)，CeraCharge可對(duì)電容器充電。在電容器充滿電后，利用剩余能量對(duì)CeraCharge充電，并在電容器沒(méi)電時(shí)向電容器放電。這能保證太陽(yáng)能供電的信號(hào)傳輸裝置持續(xù)不斷地工作。電路中所需的CeraCharge并聯(lián)數(shù)量取決于在無(wú)太陽(yáng)能電池供電時(shí)BLE模塊所需的最大供電要求。

圖7:CeraCharge可用作次級(jí)電源，存儲(chǔ)的能量可以為作為BLE模塊主電源的電容器充電為覆蓋更寬廣的應(yīng)用，TDK除了供應(yīng)當(dāng)前EIA1812規(guī)格的SMD型產(chǎn)品外，還將開(kāi)發(fā)EIA0603等其他規(guī)格和容量的CeraCharge電池。這些應(yīng)用包括用作能量收集的能量存儲(chǔ)裝置，通常配合電容器使用；或用作可穿戴設(shè)備中的子電池，在發(fā)生短時(shí)高電流/電壓需求時(shí)，可平滑電流與電壓。