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3分钟充电80%,三星的S Pen手写笔是如何做到的?

时间:2019-11-20 作者:黄烨锋 阅读:
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。

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。

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”

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。

“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。

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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。

“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。

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。”

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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”。

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。

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。”

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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;

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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;

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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

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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

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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

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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。
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