超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 1 / 36 超级电容（EDLC）技术指南 (DMT, DMF series / 20th December 2017) 目次目录 1. 超级电容的原理与构造 .................. 3 1.1. 超级电容的原理 ................... 3 1.2. 村田超级电容的构造 ............... 3 1.3. 超级电容的等价电路 ............... 4 2. 村田超级电容的特征和优势 .............. 6 2.1. 主要特征和使用优势 ............... 6 2.2. 高能量 ........................... 8 2.3. 高输出 ........................... 8 2.4. 高可靠性 ......................... 9 3. 村田超级电容的解决方案 ............... 10 3.1. 均衡高峰值负载输出 .............. 10 3.2. 峰值输出用辅助电源 .............. 10 3.3. 高输出备份 ...................... 11 3.4. 能量收集用蓄电元件 .............. 11 4. 村田超级电容的产品阵容 ............... 12 4.1. 通用型：DMT 系列 ................ 12 4.2. 高输出型：DMF 系列 .............. 12 5. 村田超级电容的电气特性 ............... 13 5.1. 公称容量 ........................ 13 5.2. ESR ............................. 13 5.3. 恒定电流放电 .................... 13 5.4. 恒定输出放电 .................... 15 5.5. 容量、ESR、厚度的温度依存性 ..... 16 5.6. 充电电流和漏电流 ............... 17 6. 村田的超级电容的可靠性（故障与劣化） . 18 6.1. 干涸故障 ....................... 18 6.2. 老化 ........................... 20 6.3. 充放电循环寿命 ................. 21 6.4. 膨胀 ........................... 21 6.5. 考虑可靠性时 ................... 23 7. 技术支持 ............................. 23 7.1. 应用指南 ....................... 23 7.2. 与劣化和性能有关的模拟工具 ...... 23 7.3. 各种使用条件下的容量和 ESR 劣化的事 例 24 7.4. 可靠性报告 ..................... 26 7.5. 电气电路模型和 3D 图 ............ 26 8. 使用注意事项 ......................... 26 8.1. 限定用途 ....................... 26 8.2. 极性 ........................... 26 8.3. 温度和自发热 ................... 26 8.4. 焊接与贴装 ..................... 26 8.5. 产品固定 ....................... 27 8.6. 关于航空危险物品规定 ........... 27 9. 多个超级电容连接 ..................... 27 9.1. 超级电容的并联连接 ............. 27 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 2 / 36 9.2. 超级电容的串联连接 .............. 27 10. 长时间使用时的平衡电路 ............. 28 10.1. 被动平衡控制 .................... 28 10.2. 主动平衡控制 .................... 31 10.3. 被动平衡控制和主动平衡控制的区别 33 11. 焊接方法 ........................... 34 12. 村田超级电容的安全性 ............... 35 12.1. UL 认证（UL810A） ............... 35 12.2. 万一短路时 ..................... 35 12.3. 关于使用时的发热 ............... 35 13. 常见问题 ........................... 36 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 3 / 36 1. 超级电容的原理与构造 1.1. 超级电容的原理 超级电容中没有类似陶瓷电容器和电解电容器的电介质。而是利用固体（电极）和液体（电解液）的界面形 成的电气双层来代替电介质。容量的大小与在界面形成的电气双层成正比。因此电极通过利用比表面积的大活性 炭来实现大容量。基本构造是通过电解液填满相互对立的正负电极构造（图 1)。 超级电容利用电解液中离子对电极表面的吸附·脱离来充放电。在相向而行的电极上施加使电解液不发生电 气分解程度的电压，电解液中的离子受电极表面吸附，储存对像是与之相对的电荷（电子和空孔）。将这种离子 和电子/离子和空孔相对排列的状态称为超级电容。离子通过储存的电荷放电从超级电容脱离。（图 2） 图 1 超级电容（EDLC）的原理 图 2 超级电容的充放电 1.2. 村田超级电容的构造 一般来说，超级电容由正极电极、负极电极、电解液（以及电解质盐），和防止由于接触与之反向的电极造成 短路的分离器构成。电极由集电体上涂抹活性炭粉末构成（图 1）。 村田的超级电容构造如图 3、图 4、图 5 所示。封装可用铝制薄膜。铝能够保护内部构造（多层电极和电介 质等）免受湿气等外部环境的影响。此外，为防止短路，铝制薄膜内外部都用绝缘树脂层涂抹。 アルミ箔 活性炭 セパレーター 電解液 - - - - - - + + + + + + + + + + + + - - - - - - - + + - + - + - 空孔 電子 プラスイオン マイナスイオン 負極 正極 - - - - - - + + + + + + - + - 空孔 電子 プラスイオン マイナスイオン - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - + + - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - 放電状態 充電状態 負極 正極 負極 正極 充电状态 放电状态 分离器 负极 正极 电解液 铝箔 活性炭 空孔 电子 正极 负极 空孔 电子 负极 正极 正极 负极 正极 负极 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 4 / 36 此外，内部的树脂涂抹层还兼具密封封装的作用。超级电容通过热密封处理密封四个角，也可通过同样的处 理密封引出电极。 村田的超级电容是 1 个封装里安装 2 个电极多层体构造，绝缘体间隔膜放置于 2 个多层体之间。电极片由集电体 和活性炭层构成，活性炭被涂抹在集电体上。电极片通过和分离器相互叠层来进行物理的·电极的分离。（图 5） 图 3 村田的超级电容构造（纵向横截面） 图 4 村田的超级电容构造（横向横截面） 图 5 村田的超级电容的构造（电极多层体） 1.3. 超级电容的等价电路 一般电容由电容（C）、并列阻抗（Rs）、绝缘阻抗（Ri）的组合表示。村田的超级电容 1 个封装中有 2 个串联 连接的 2 个单位电池（单位电容）组成，可以用图 6 所示的简单等价电路表示。2 个单位电池组成的简单等价电 路可以用如图 7 所示更加简单的等价电路表示。此时，总容量值是单位电池容量值的 1/2，ESR 是其 2 倍。 金属ケース 外部絶縁コーティング 封止樹脂 内部絶縁コーティング 隔壁フィルム 電解液 積層電極 引き出し端子 外部端子 金属ケース 外部絶縁コーティング 封止樹脂 内部絶縁コーティング 隔壁フィルム 電解液 積層電極 電極（活性炭） 集電体 セパレーター 外部绝缘涂层 内部绝缘涂层 密封树脂 引出端子 外部端子 金属壳 电解液 多层电极 间隔膜 集电体 电极（活性炭） 分离器 外部绝缘涂层 金属壳 密封树脂 内部绝缘涂层 间隔膜 电解液 多层电极 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 5 / 36 图 6 1 个封装中有 2 个单位电池组成的村田超级电容 图 7 简单等价电路 但是这个简单等价电路并不一定反映实际超级电容的电气特性。这与活性炭电极表面有许多各种各样的孔有 关。如 1.1 项（图 2）所示，活性炭表面通过吸附离子储存电荷。离子在浅的孔内容易迅速移动，在深的孔内受 物理阻抗影响无法迅速移动。也就是说浅的孔能够迅速充放电，深的孔充放电需要花费大量时间（图 8）。因此， 详细等价电路如图 8 所示，由多个 C 和多个 R 构成。此外，深的孔内 C 和 R 的值都变高。 图 8 详细等价电路 正極 + 負極 - バランス 負極 - バランス 正極 + Rs-unit Ri-unit Cunit Rs-unit Ri-unit Cunit 単位セル 単位セル C: コンデンサ Rs: 直列抵抗 Ri: 絶縁抵抗 負極 - Rs=2*Rs-unit C=0.5*Cunit C: コンデンサ Rs: 直列抵抗 Ri: 絶縁抵抗 単位セル 単位セル 正極 + 負極 - バランス 正極 + Rs-unit Ri-unit Cunit Rs-unit Ri-unit Cunit Ri=2*Ri-unit 負極 - Rs C C: コンデンサ Rs: 直列抵抗 Ri: 絶縁抵抗 正極 + Ri 正極 + 負極 - Ri Rs1 Rs2 Rs3 Rsn C1 C2 C3 Cn 浅い孔（充電しやすい） 深い孔（充電しにくい 活性炭 ion 正极+ 平衡 负极- 电容器 串联阻抗 绝缘阻抗 单位元件 单位元件 正极+ 平衡 负极- 浅孔（易充电） 深孔不易充电 正极+ 负极- 电容器 串联阻抗 绝缘阻抗 正极+ 负极- 电容器 串联阻抗 绝缘阻抗 正极+ 负极- 平衡 单位元件 单位元件 正极+ 负极- 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 6 / 36 2. 村田超级电容的特征和优势 2.1. 主要特征和使用优势 村田的超级电容能够储存数百 mF 到１F 的大容量。此外因为具有 4.2V 到 5.5V 的高电压，所以可以作为各种 电池和高效储能用峰值输出用辅助电源使用（图 9）。 一般的超级电容与其他电容器相比具有高密度，与各种电池相比具有高输出（图 10）的特性。特别是村田的超 级电容与传统的超级电容相比具有更高的能源密度（图 11），甚至在 50W 时也能放电。因此村田的超级电容除了 可作为峰值输出用辅助电源外，还可用于均衡高峰值负载输出、高输出备份以及能量收集用蓄电元件使用。 此外，产品厚度为 2.2mm～3.7mm，非常薄，可用于小型·薄型设备。村田的超级电容的另一个特征是实现防 止外部水分造成劣化的优越密封封装，在超级电容市场也具有极高的可靠性（详请参照 2.4）。 图 9 具有大容量的村田超级电容 图 10 功率密度和能源密度的比较 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 7 / 36 图 11 与传统超级电容的比较 图 12 村田超级电容的特征和优势 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 8 / 36 2.2. 高能量 村田超级电容薄型贴装储存了大量能源。例如，4.2 V 470 mF 的产品在初始状态能够储存 4,000 mJ，50°C 5 年后也能够储存 2,000 mJ 的能源（* 1）。能量是钽电解电容器（6.3 V, 1,500 uF（30mJ））的 70 倍，相当于铝 电解电容器（16 V, 1,500 uF（200mJ））的 10 倍（图 13）。也就是说通过使用村田的超级电容，能够实现更高 能量设计和组件中能量元件部分的小型化。 * 1 超级电容的能量通过E = 1 2 CV2 (E：储存能源[J]、C：容量[F]、V：额定电压[V])计算得出。因为超级 电容的逐渐劣化，性能由于长时间使用期间也会慢慢劣化（详细参照 6.2），劣化后的性能预测请参照 7.2。 图 13 钽电容器和铝电解电容器的能量比较 2.3. 高输出 村田的超级电容是薄型封装且高输出。锂离子电池（Li-MnO2）和锂亚硫酰氯电池（Li-SOCl2）等被广泛用于 寿命长的设备中，这些电池都是低输出（图 14）。因此，使用这些电池的设备的功能仅限于低输出。此外，碱性 电池和小型锂离子电池具有比较高的输出，但是在高输出的状态下使用会使寿命缩短。村田的超级电容能够辅助 使用高输出功能和长时间工作时的电池（图 14）。 图 14 与各种电池输出的比较 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 9 / 36 2.4. 高可靠性 一般来说，超级电容由于外部的水分发生老化劣化,也会发生干涸故障。村田的超级电容改善了这些问题（详 见 6）。 水分从密封部分渗入到封装内部。村田的超级电容为了防止水分侵入，将密封部分的面积设计的很小（图 15）。 因此，与严重受水分影响的圆柱型超级电容不同，将水分造成的损坏抑制到极低（图 16）。这个超小设计的密封 处具有防止由于干涸故障原因导致电解液蒸发的作用（详见 6.1）。 图 15 实现高可靠性的优良贴装（外部水分侵入和电解液的干涸对策） 图 16 与圆柱型相比，具有优越可靠性的村田超级电容（40°C, 4.5V 试验） 100% 110% 120% 130% 140% 150% 160% 170% 180% 190% 200% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 ESR (1kHz) ratio Time [hours] 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Capacitance (1A) ratio Time [hours] ESR 容量 圆柱型EDLC劣化严重 村田的EDLC劣化轻 Murata 圆柱型 Murata 圆柱型 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 10 / 36 3. 村田超级电容的解决方案 3.1. 均衡高峰值负载输出 村田的超级电容能够解决电池输出不足的问题。电池和超级电容并联连接，实现高输出（图 17）。因此能够 有助于设备性能和品质的提升。比如，可延长通信设备的通信距离、改善音响设备的低音质。 电池电压高于超级电容的额定电压（4.2 V～5.5V）时，可将多个超级电容串联连接使用（详见 9.2）。 关于均衡高峰值负载输出的详细内容，请查看本公司官网的应用指南。 图 17 超级电容均衡峰值负载 3.2. 峰值输出用辅助电源 村田的超级电容在设备需要高输出时，可作为辅助电源使用。村田的超级电容相对于峰值负载能够放电高达 10A。预先给电源和超级电容充电，在峰值负载时放电（图 18）。 因此设备也可增加高输出功能。例如，可在智能手机上安装高亮度 LED 闪光灯、在驱动设备的低输出电池上 增加高峰值负载的电机机能。 电池电压高于超级电容的额定电压（4.2 V～5.5V）时，可将多个超级电容串联连接使用（详见 9.2）。 关于峰值用辅助电源用途的详细内容，请查看本公司官网的应用指南。 图 18 峰值输出用辅助电源的超级电容 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 11 / 36 3.3. 高输出备份 村田的超级电容可用于需要高输出备份的设备。超级电容在电源和负载之间并联连接。平时超级电容通过电 源充电，断电时进行放电（图 19）。 因此设备可进行高输出和长时间的备份。例如，、SSD (Solid State Drive)实现薄型化的同时，新增了高输 出且长时间备份的功能。此外，便携设备更换电池时，也能操作设备。 电池电压高于超级电容的额定电压（4.2 V～5.5V）时，可将多个超级电容串联连接使用（详见 9.2）。 关于高输出备份用途的详细内容，请查看本公司官网的应用指南。 图 19 超级电容的高输出备份 3.4. 能量收集用蓄电元件 能源采集系统中，太阳光、风力、热能等的发电量是不稳定的。村田的超级电容可方便充放电，适合作为不稳定 发电的蓄电元件。超级电容连接在收集器和负载之间。超级电容通过收集器充分充电后，可对负载进行稳定的放 电（图 20）。 图 20 作为能量收集用蓄电元件使用的超级电容 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 12 / 36 4. 村田超级电容的产品阵容 4.1. 通用型：DMT 系列 DMT 系列可用于高输出、通用型的各种设备（表 1）。以小于１Ω的低 ESR 和-40℃～85℃广泛温度范围为特征。 因此，可用于进行 10A 的高电流放电，不仅可用于民生设备，还可用于 FA 设备和智能表、SSD 等工业用/企业用 等。此外，由于达到了基板上安装的厚度（不对应回流），因此在薄型设备中也可使用。 DMT 系列与传统的超级电容相比，具有优越的可靠性。与传统的超级电容相比在高温下劣化较小，能够长时间 工作。因此，使用超级电容可不必担心可靠性。 DMT 系列的最新产品阵容请查看本公司官网。 表 1 超级电容的产品阵容; DMT 系列（通用型） 4.2. 高输出型：DMF 系列 DMF 系列是具有超高输出的超级电容（表 2）。以小于 0.1Ω非常小的 ESR 和-40℃～70℃温度范围为特征。低 温状态下也能保持低 ESR。因此，DMF 系列无论在任何温度下都能够进行高达 10A 级的放电。因此，适合高亮度 LED 闪光灯和高输出的音响设备、智能电表（特别是寒冷地区）用途等。此外，由于达到了基板上安装的厚度（不 对应回流）、因此在薄型设备中也可使用。 此外，DMF 系列与传统的超级电容相比劣化小，具有优越的可靠性。但是 DMF 系列有工作时间范围（详见 6） DMF 系列的最新产品阵容请查本公司官网。 表 2 超级电容的产品阵容：DMF 系列（高输出型） 14 21 3.5 4 P/N Rated Voltage Capacitance ESR (1 kHz) Dimensions (Max) Operating temperature DMT3N4R2U224M3DTA0 4.2V 220 mF ±20% 300 mΩ (320 mΩ Max) 21 x 14 x 2.2 mm (21.5 x 14.5 x 2.5 mm Max) -40° to +85°C DMT334R2S474M3DTA0 4.2V 470 mF ±20% 130 mΩ (150 mΩ Max) 21 x 14 x 3.5 mm (21.5 x 14.5 x 3.8 mm Max) -40° to +85°C DMT334R2S474M3DTA0 14 21 2.2 4 DMT3N4R2U224M3DTA0 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 13 / 36 5. 村田超级电容的电气特性 5.1. 公称容量 村田的超级电容中有 220mf~1,000mF 范围的公称容量产品。将这些容量定义为在 100mA 的恒定电流放电间的 电压下降速度（图 21）。首先，超级电容达到额定电压之前，以 500mA 进行充电，持续 30 分钟。然后以 100mA （I=0.1A）进行放电。 村田的超级电容容量使用以下公式，用 V1 到 V2 的时间计算得出。V1、V2 分别是额定电压的 80%、40%的值。 公称容量 = I ∙ T2 − T1 V1 − V2 图 21 容量的测量 5.2. ESR 如第 4 节所示，村田的超级电容的等价串联阻抗（ESR）的范围是 40mΩ~300mΩ。使用阻抗计用 1kHZ 的交流法 测量 ESR（图 22）。测量电流为 10mArms，不施加偏置电压进行测量。 图 22 ESR 的测量 5.3. 恒定电流放电 超级电容通过一定的电流放电时，随着时间的流逝电压几乎呈直线下降趋势（图 23）。 因为超级电容内部阻抗(ESR),放电开始后，可以看到初始电压下降（∆V ≈ I*ESR）。放电电流越大初始电压 下降越大。此外，在 ESR 高的超级电容中，初始电压下降变大。 初始电压下降后，随着时间的流逝超级电容的电压也下降。下降的速度由电流值和静电容量值决定（∆V/∆t ≈ I/C）。电流值越高或者容量值越低，电压下降会更快。但是，∆V/∆t ≈ I/C 是理想的关系（参照图 8 的左图）。 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 14 / 36 非常高的电流和非常低的电流放电时，下降速度无法用这个关系式表达。原因是多个超级电容并联连接的 C 构成 的等价电路构造（参照图 8 的右图）。 图 24 和图 25 所示是恒定电流放电实际的超级电容的动态图。超级电容可进行高达 10A 的放电。 图 23 超级电容的恒定电流放电 图 24 恒定电流放电（品名： DMT334R2S474M3DTA0 、4.2V 的放电 @25°C） 图 25 恒定电流（品名：DMF3Z5R5H474M3DTA0 、5.5 V 的放电 @25°C） 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 200 400 600 800 1000 Voltage [V] Time [msec] 1A 2A 4A 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 0 200 400 600 800 1000 Voltage(V) Time (msec.) 1A 2A 4A 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 15 / 36 5.4. 恒定输出放电 超级电容以固定输出放电时，随着时间的流逝电压降低（图 26）。由于超级电容的低内部阻抗（ESR），放电开 始后即可以发现初始电压下降（∆V ≈ P*ESR/Vc）。放电输出越大，初始电压下降越大。此外，ESR 高的超级电容 中，初始电压下降也变大。初始电压下降后，随着时间的流逝超级电容的电压也降低。电压降低的速度由放电输 出、静电容量值以及每个时刻的电压级决定（dv/dt = P/CVn）。放电输出越高或者容量值越低，电压降低越快。 此外，时间和电压级下降，所以伴随着时间流逝电压下降速度增快（图 26）。但是 dv/dt = P/CVn 是理想的关系 （参照图 8 左图）。以非常大的输出和非常小的输出放电时，电压降低速度不能用这个关系式表示。 原因是超 级电容是由多个并联连接的 C 构成的复杂等价电路构造。（参照图 8 右图） 恒定输出放电时超级电容的实际状态如图 27、图 28 所示。在 30W 以上的状态下可以放电。 图 26 超级电容的恒定输出放电 图 27 恒定输出放电（品名：DMT334R2S474M3DTA0 、4.2 V 的放电 @25°C） 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 200 400 600 800 1000 Voltage [V] Time [msec] 1W 5W 10W 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 16 / 36 图 28 恒定输出放电（品名：DMF3Z5R5H474M3DTA0 、5.5 V 的放电 @25°C） 5.5. 容量、ESR、厚度的温度依存性 村田的超级电容的容量、ESR、厚度与温度的依存性（图 29、图 30）。 DMT334R2S474M3DTA0 时，容量值在低温状态下减少，低于-40°C 的状态下比 25°C 时减少 70%。这与 DMT 系 列在低温状态下内部阻抗特别高，在电极表面的深孔离子很难放电有关系（图 8）。也就是说低温状态下不能进 行 100%负荷放电。ESR 也会随着温度变化而变化。随着温度升高降低，随着温度降低增加。低于 85℃的状态下 是 25℃时候值的一半，另一方面低于-40°C 状态下是 25℃时候值的 9 倍。这是由于电解液的粘性阻抗的温度依 存性。另一方面，无论是低温状态下还是高温状态下厚度几乎没有发生变化。ESR 则会随着温度降低而增加， -40°C 状态下的值是 25°C 时候的 2.5 倍。这也是由于电解液的粘性阻抗的温度特性。高温下厚度增加，70℃ 状态下，与室内温度下相比，增加了 0.25mm，虽然很少但确有增加。 图 29 DMT334R2S474M3DTA0 的温度依存性 图 30 DMF3Z5R5H474M3DTA0 的温度依存性 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 0 200 400 600 800 1000 Voltage(V) Time(msec.) 1W 5W 10W 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 Capacitance change Temperature [oC] 0% 100% 200% 300% 400% 500% 600% 700% 800% 900% 1000% -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 ESR change Temperature [oC] 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thickness increase [mm] Temperature [℃ ] 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Capacitance change Temperature [oC] 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 ESR change Temperature [oC] 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Thickness increase [mm] Temperature [℃ ] 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 17 / 36 5.6. 充电电流和漏电流 超级电容显示充电时电流的特性工作状态。电容和超级电容充电时理想的工作状态如图 31 和图 32 所示。 理想的电容时，随着时间的流逝充电电流急速下降，短时间内充电完成。充电完成后，存在漏电流。 一方面，超级电容如 1.3 所示，活性炭电极表面有各种大的孔，是复杂的等价电路（图 8，图 32）。多个并 联连接的 C 和串联连接的 R 对充电电流有影响。一般电极表面浅的孔上有小的 C 和 R，所以在非常短的时间内大 电流流入。另一方面，电极表面深的孔上有大的 C 和 R，所以微弱的电流要花费很长时间才能流入。因此，超级 电容完全充电要花费很长时间，通过微弱电流慢慢充电。 大多用途中，无需考虑这种微弱的充电电流，像能量收集这种低输出的充电用途上使用超级电容时，则需要 考虑。 村田超级电容的实际充电电流状态如图 33 和图 34 所示。在数百个小时内都能看到微弱的电流。实际的漏电 流是 1 uA。 图 31 理想电容的充电电流 图 32 超级电容的充电电流 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 18 / 36 图 33 DMT334R2S474M3DTA0 的充电电流（4.2 V 25°C, n=10） 图 34 DMF3Z5R5H474M3DTA0 の的充电电流（5.5 V 25°C, n=10） 6. 村田的超级电容的可靠性（故障与劣化） 6.1. 干涸故障 干涸故障是开放的故障。干涸故障是由于内部电解液向外部蒸发引起的。蒸发是一点点发生的，要花费很长 时间。要使超级电容工作，需要有最少量电解液。如果残留的电解液比最少量多，也不会对超级电容的性能产生 影响。由于蒸发，小于最少量时，会引起离子不足，可以使用的电极面积将会减少。结果，容量急速下降、ESR 增加，最终引起超级电容无法工作（图 35）。干涸故障是开放的模式。 村田的超级电容为了使达到干涸故障的时间变长，设计成注入多余电解液。此外，贴装也是抑制干涸的设计 （图 36）。蒸发的速度和温度条件有关。换句话说，干涸故障到达时间也与温度条件有关。干涸故障到达时间请 参照图 37. 0.1 1 10 100 0 500 1000 1500 2000 電流[µA] 時間 [hrs] 时间(hrs) 电 流 (μA) 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 19 / 36 图 35 干涸引起容量和 ESR 的变化 图 36 为了减少干涸（电解液的蒸发）的优越封装设计 图 37 干涸时间 -40 -20 0 20 40 60 80 0 5 10 15 20 Average Tepmerature [oC] Time [years] DMT DMF 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 20 / 36 6.2. 老化 老化劣化会使容量慢慢变小，使 ESR 增加（图 38）。老化是由于内部水分和电解液发生电气化学反应引起的。 电气化学反应在电极表面产生生成物，这个生成物引起超级电容的性能劣化（容量降低和 ESR 增加、图 38）。劣 化是由于水分一点点渗透到电容内部，慢慢发生的，所以不会突然发生故障（图 38）。电气化学反应的量与温度、 电压有关，水分渗透也与温度和电压有关。因此，老化速度与温度和电压有关。村田的超级电容对老化劣化具有 优越的耐持久性（图 16）。通过使用合适的材料和良好的防止水分渗透的贴装设计，抑制老化劣化速度。 图 38 老化造成的容量和 ESR 变化 DMT334R2S474M3DTA0在 4.2 V / 70°C / 12,000时的试验结果和DMF3Z5R5H474M3DTA0在4.2 V / 40°C / 9,000 时的试验结果如图 39 和图 40 所示，可观察老化劣化，初始状态时劣化的程度很大，慢慢收敛。 此外，关于老化劣化，我们准备了模拟工具。详见 7.2。 图 39 DMT334R2S474M3DTA0 在 4.2 V / 70°C / 12,000 时的容量和 ESR 变化 图 40 DMF3Z5R5H474M3DTA0 在 4.2 V / 40°C / 9,000 时的容量和 ESR 变化 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0 5000 10000 15000 Capacitance ratio Test time [hours] Average Max-Min 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 0 5000 10000 15000 ESR ratio Test time [hours] Average Max-Min 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0 2000 4000 6000 8000 10000 Capacitance ratio Test time [hours] Average Max-Min 0% 50% 100% 150% 200% 250% 300% 0 2000 4000 6000 8000 10000 ESR ratio Test time [hours] Average Max-Min 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 21 / 36 6.3. 充放电循环寿命 村田的超级电容具有优越的充放电循环负载耐性。这与电池和锂离子电容器（混合电容器）有所不同，因为引起 大幅劣化的电气化学反应不会伴随着充放电。 充放电循环试验事例如图 41 所示。DMT334R2S474M3DTA0 以 0.5A 電流充电至 4.2V，保持 3.5 秒，之后以 0.5A 的电流放电至 0V 保持 3.5 秒。这种充放电循环可以循环 100000 次。如图 41 所示，循环负载后容量和 ESR 几乎 没有劣化。 由于超级电容的自发热，会使长时间循环高速充放电时的劣化进一步严重，所以请务必注意，关于自发热请参照 12.3。 图 41 DMT334R2S474M3DTA0 的充放电循环试验 （4.2 V⇔0 V , 100,000 循环, 充放电电流 0.5 A） 6.4. 膨胀 长时间使用超级电容，封装可能会发生膨胀，膨胀使流入内部的水分与电解液发生电气化学反应（劣化）。 DMT334R2S474M3DTA0 在各种条件下，贴装膨胀和工作时间的关系事例如图 42 所示。在 25℃和 55℃的状态下时， 5 年后（44000 小时后）几乎没有发生膨胀。另一方面，在 70℃以上使用时，电压越高膨胀越厉害。 图 43 是 DMF3Z5R5H474M3DTA0 的事例。持续在 40℃以下 3.0V 的状态下使用时，5 年后（44000 小时后）几乎没 有膨胀。另一方面，持续在 70℃以下 4.2V 以上状态下使用时，1000 小时后产生 1mm 的膨胀。特别是 DMF3Z5R5H474M3DTA0，发生了 1.25mm 以上的膨胀时，封装有可能损坏，所以请注意。（例：5V 60℃的状态下使 用 1,000 小时后的膨胀是 1.25mm）。 产品设计时，请将膨胀考虑在内进行设计。关于其他品名尽请咨询。 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Before After 100 K cycles 容量[%] 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Before After 100 K cycles ESR[%] 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 22 / 36 图 42 贴装的膨胀和使用时间（DMT334R2S474M3DTA0） 图 43 贴装的膨胀和使用时间（DMF3Z5R5H474M3DTA0） 时间(hours) 时间(hours) 膨 胀 (mm) 膨 胀 (mm) 膨 胀 (mm) 膨 胀 (mm) 时间(hours) 时间(hours) 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 23 / 36 6.5. 考虑可靠性时 超级电容使用时，需要考虑老化劣化和干涸故障。但是实际上这两个不会同时发生。干涸故障发生前，只会 发生老化劣化（图 44）。在使用温度条件下充分确认干涸时间时，请先确认图 37 的指标。接下来，为了充分确 认使用电压和温度条件下的超级电容性能，请利用本公司的模拟工具（详请参考 7.2）。 图 44 实际的容量和 ESR 变化 7. 技术支持 7.1. 应用指南 本公司的 WEB 网页上刊载了多个特定用途用的应用指南，请充分使用。 7.2. 与劣化和性能有关的模拟工具 使用超级电容时，本公司提供在设计时非常有用的模拟工具。能够正确预测，在使用条件下超级电容怎样发生劣 化，是否能够放电（图 45）。 例如，在 3.6V、40℃环境下使用超级电容 5 年时，模拟工具使用详细的等价电路模型（1.3）可推断出该条件下 的老化劣化，显示 3.6V、40℃、5 年后的放电性能。此外，也能根据您的需要，对多个电容器串联/并联时（9） 的性能进行预测。 该模拟工具根据电压和温度的加速度系数计算。实际上通过加速试验导出加速度系数。 本公司 WEB 网页会员注册制工程师门户网站「my Murata」的「Supercapacitor site」上公开了模拟工具“Murata Supercapacitor Discharge Time Simulator (SimSurfing)”，请注册后进行使用。（URL： https://my.murata.com/en/web/capacitor-edlc/home） 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 24 / 36 【使用条件的参数】  超级电容的充电电压 使用温度 期待寿命 放电电流和放电输出 可允许最低工作电压 超级电容的品名 超级电容的连接数（串联/并联） 【模拟结果】 使用条件下（每个元件的电压和温度）的容量/ESR 的劣化 超级电容的初始和设备寿命结束时的放电性能（电压 vs.时间） 图 45 每个使用条件的性能预测的模拟工具 7.3. 各种使用条件下的容量和 ESR 劣化的事例 本节中介绍多个使用条件下预测容量和 ESR 劣化的事例。举例说明容量达到初始值的 50%，ESR 达到初始值的 2 倍时的时间（图 46）。 图 46 举例说明容量达到初始值的 50%，ESR 达到初始值的 2 倍时的时间 DMT 系列（品名：DMT334R2S474M3DTA0）的容量达到初始值的 50%、ESR 达到初始值的 2 倍所需的预测时间如表 3、 0% 100% 200% 300% 0 ESR ratio Time [hours] 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0 Capacitance ratio Time [hours] 2 times of initial ESR value 50% of initial Cap value Time to reach 2 times Time to reach 50% 100% 50% 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 25 / 36 表 4 所示。条件为电压 3.0 V ～4.2 V、温度 40 °C ～60°C。 表 3 DMT334R2S474M3DTA0 的容量达到初始值的 50%所需要的时间 DMT 系列 40 °C 50 °C 60 °C 3.0 V 140,000 小时 (16 年) 88,000 小时 (10 年) 61,000 小时 (7 年) 3.6 V 88,000 小时 (10 年) 61,000 小时 (7 年) 41,000 小时 (4.7 年) 4.2 V 66,000 小时 (7.5 年) 44,000 小时 (5 年) 29,000 小时 (3.3 年) 表 4 DMT334R2S474M3DTA0 的 ESR 达到初始值的 2 倍所需要的时间 DMT 系列 40 °C 50 °C 60 °C 3.0 V >175,000 小时 (>20 年) >175,000 小时 (>20 年) 111,000 小时 (13 年) 3.6 V >175,000 小时 (>20 年) 158,000 小时 (18 年) 88,000 小时 (10 年) 4.2 V >175,000 小时 (>20 年) 131,000 小时 (15 年) 70,000 小时 (8 年) DMF 系列（品名：DMF3Z5R5H474M3DTA0）的容量达到初始值的 50%，ESR 达到初始值的 2 倍所需要的预测时 间如表 5 和表 6 所示。条件为电压 3.0 V ～5.5 V、温度 20 °C ～40 °C。 表 5 DMF3Z5R5H474M3DTA0 的容量达到初始值的 50%需要的时间 DMF 系列 20 °C 30 °C 40 °C 3.0 V 175,000 小时 （20 年） 88,000 小时 （10 年） 44,000 小时 （5 年） 3.6 V 175,000 小时 （20 年） 88,000 小时 （10 年） 44,000 小时 （5 年） 4.2 V 158,000 小时 （18 年） 79,000 小时 （9 年） 44,000 小时 （5 年） 5.0 V 66,000 小时 （7.5 年） 35,000 小时 （4 年） 19,000 小时 （2.2 年） 5.5 V 44,000 小时 （5 年） 22,000 小时 （2.5 年） 12,000 小时 （1.4 年） 表 6 DMF3Z5R5H474M3DTA0 的 ESR 达到初始值所需要的时间 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 26 / 36 DMF 系列 20 °C 30 °C 40 °C 3.0 V 175,000 小时 （20 年） 88,000 小时 （10 年） 44,000 小时 （5 年） 3.6 V 175,000 小时 （20 年） 88,000 小时 （10 年） 44,000 小时 （5 年） 4.2 V 175,000 小时 （20 年） 88,000 小时 （10 年） 44,000 小时 （5 年） 5.0 V 88,000 小时 （10 年） 44,000 小时 （5 年） 22,000 小时 （2.5 年） 5.5 V 53,000 小时 （6 年） 26,000 小时 （3 年） 13,000 小时 （1.5 年） 7.4. 可靠性报告 关于超级电容的可靠性，我们提供包含 FIT 数据、MTTF 数据以及加速度试验/加速度模式在内的可靠性报告。该 报告在本公司 WEB 网页会员注册制工程师门户网站「my Murata」的「Supercapacitor site」上公开。请注册后 进行使用。（URL：https://my.murata.com/en/web/capacitor-edlc/home） 7.5. 电气电路模型和 3D 图 超级电容的电气电路模型（SPICE 模型）和 3D 图也在本公司 WEB 网页会员注册制工程师门户网站「my Murata」 的「Supercapacitor site」上公开。请注册后进行使用。 （URL：https://my.murata.com/en/web/capacitor-edlc/home） 8. 使用注意事项 本节介绍超级电容使用时的注意事项，使用前请确认各个产品的购入规格书上记载的注意事项。 8.1. 限定用途 由于故障和误操作本产品有可能给人身安全和财产造成危险，所以在以下要求高可靠性的用途使用时，请务 必事先咨询村田。 ① 航空设备 ②宇宙设备 ③海底设备 ④发电所控制设备 ⑤医疗设备 ⑥输送设备（汽车、火车、船舶等） ⑦交通信号设备 ⑧防灾/防犯罪设备 ⑨信息处理设备 ⑩和以上设备具有相同作用的设备 此外，请勿用于以下用途。 ① 军事设备 8.2. 极性 请在使用时，确认本产品主体所显示的极性。超级电容原则上不具有极性，但是一旦与制造时规定的用于稳 定化的极性弄错，就有可能造成容量劣化和电解液泄漏问题。 8.3. 温度和自发热 请在低于包含自发热的保证温度下使用。详请参照 12.3。 8.4. 焊接与贴装 村田的超级电容不支持流体贴装和回流焊接贴装。焊烙铁贴装和连接器贴装等贴装时，请注意勿要施加超过 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 27 / 36 该产品的主体部分温度保证范围的温度。 因为有可能引起电极端子和电气特性劣化问题，所以贴装时，请勿对电容器施加过大的机械冲击、振动和压 力。 关于焊烙铁贴装的推荐条件请参考 11。 贴装后请勿清洗。 8.5. 产品固定 掉落、振动等有可能对产品施加机械压力的时候，请用树脂和双面胶固定产品。如对产品固定的方法有疑问， 请咨询本公司销售或者技术人员。 用树脂涂装该产品时会有各种风险，涂层树脂种类不同引起金属腐蚀、树脂硬化时的收缩应力不同引起端子 和产品包装变形以及加热引起的风险。请通过封装产品的状态进行可靠性评估后，选择树脂。 用胶带该产品固定在基板上时，请注意不要强压产品，因为强压产品有可能造成产品变形。产品在为进行位 置修正揭掉粘结好的产品和胶带与产品剥离残留在基板上时，有可能发生变形。不得不揭掉产品时，为防止此 类风险，请勿使用锋利的工具。 8.6. 关于航空危险物品规定 根据 2013 年 1 月 1 日发行的航空危险物品规定（IATA-DGR）第 54 版，该产品每个产品的电气容量都不足 0.3Wh， 所以不属于该规定所指的危险物品。 9. 多个超级电容连接 9.1. 超级电容的并联连接 需要更大电量和高输出时，请将多个超级电容并联连接使用（图 47）。N 个超级电容并联连接时，总容量变成 N 倍，ESR 变成 1/N 倍。由此能够同时实现大电量（ E = 1 2 CV2）和高输出。并联连接时能够连接不同品名的超级 电容。 并联连接时也请设计成平衡电路设计。（详请参考 10） 图 47 多个超级电容并联连接 9.2. 超级电容的串联连接 需要更高电压时，请将多个超级电容串联连接使用（图 48）。例如，使用设备的电源电压是 5V 时，仅 1 个额 定电压为 4.2V 的超级电容就形成过电压，所以不能使用。但是，如果将 2 个超级电容串联连接使用，为使允许 电压达到 8.4V，请使用 5V 的电源。 N 个超级电容串联连接时，总容量是 1/N 倍，ESR 变成 N 倍，能够高电压充电且实现大电量（E = 1 2 CV2）。 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 28 / 36 此外，串联连接使用能够减少老化劣化。老化与电压有关，所以通过将施加在每个超级电容上的电压降额， 能够降低劣化。 串联连接时，不能够连接不同品名（不同容量、系列、新/旧等），请使用完全相同的电容连接。 N 个超级电容串联连接时，可施加的电压是额定电压的 N 倍。 串联连接时，请设计平衡电路，详请参照 10。 图 48 多个超级电容串联连接 10. 长时间使用时的平衡电路 村田的超级电容为提高电压，1 个封装内由 2 个电容串联连接构成（图 49）。例如，DMF3Z5R5H474M3DTA0 （470mF） 由 2 个 940mF 的元件串联连接。因此，受各自元件容量和绝缘阻抗的差异影响，施加在各元件上的电压有时候会 不平衡。使用超级电容时，一旦产生这种不平衡，施加在单侧元件上的电压就会变高，一旦超过这个电压的最大 允许值，可能会引起特性劣化故障。此外，元件间的电压差会造成元件间的寿命差，所以也是缩短产品寿命的重 要原因。 超级电容中，为获得元件间的电压平衡，有必要控制各施加电压的平衡。平衡控制的方法有被动平衡控制和 主动平衡控制 2 种方法。 图 49 1 个封装中将 2 个电容元件串联连接的村田的超级电容 10.1. 被动平衡控制 被动平衡控制是使用阻抗的电路（ + bal - + bal - C1 C2 阻抗值 平衡电流（最大） （收敛速度） 消耗电力（只有阻抗） 电路损耗 1kΩ 4.2 mA 快 8.82 mW 大 10kΩ 420 uA ↑ 882 uW ↑ 100kΩ 42 uA ｜ 88.2 uW ｜ 1MΩ 4.2 uA ↓ 8.82 uW ↓ 10MΩ 420 nA 慢 882 nW 小 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 29 / 36 图 50），具有结构简单成本低的优势。电压平衡收敛很快，所以建议使用低阻抗值。阻抗值低会造成电力损 耗，多数情况下，损耗少到可以忽略。例如，即使是使用 1kΩ的阻抗，电力损耗也只不过 8.8mW（表 7）。 （注） 给超级电容施加 4.2V 时的值 （参考） 超级电容的绝缘阻抗大于 1MΩ。 如果担心 mW 级上的电力损耗，请使用高阻抗值。但是为了保持电压平衡，要有被允许的最大阻抗值（ 表 8）。在高电压使用电容时，有必要更加严谨地管理电压平衡。也就是说施加电压越高，最大阻抗值越低。请注 意不要超过 表 8 所示的阻抗值。关于表格中没有的品名，请至本公司咨询。 阻抗值 平衡电流（最大） （收敛速度） 消耗电力（只有阻抗） 电路损耗 1kΩ 4.2 mA 快 8.82 mW 大 10kΩ 420 uA ↑ 882 uW ↑ 100kΩ 42 uA ｜ 88.2 uW ｜ 1MΩ 4.2 uA ↓ 8.82 uW ↓ 10MΩ 420 nA 慢 882 nW 小 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 30 / 36 图 50 被动平衡电路 表 7 平衡阻抗值和平衡电流/电力消耗量 表 8 阻抗的最大值 （注） 给超级电容施加 4.2V 时的值 （参考） 超级电容的绝缘阻抗大于 1MΩ。 如果担心 mW 级上的电力损耗，请使用高阻抗值。但是为了保持电压平衡，要有被允许的最大阻抗值（ 表 8）。在高电压使用电容时，有必要更加严谨地管理电压平衡。也就是说施加电压越高，最大阻抗值越低。请注 意不要超过 表 8 所示的阻抗值。关于表格中没有的品名，请至本公司咨询。 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 31 / 36 正极负极间的施加电压 阻抗的最大值 P/N DMT334R2S474M3DTA0 DMF3Z5R5H474M3DTA0 ~2.7V 4.7 MΩ No need balance ~3.0V 4.7 MΩ 4.7 MΩ ~3.2V 2.2 MΩ 2.2 MΩ ~3.6V 1.0 MΩ 1.0 MΩ ~4.0V 220 kΩ 470 kΩ ~4.2V 4.7 kΩ 220 kΩ ~4.5V 47 kΩ ~5.0V 4.7 kΩ 5.0V 以上 1.0 kΩ 10.2. 主动平衡控制 主动平衡控制是使用运算放大器的平衡电路（图 51），即使是使用高阻抗，通过电流增幅作用，也能在短时 间内收敛电压平衡。 运算放大器有必要选择大于施加在 Vcc 上的电压。此外，为了防止异常振荡，有时候需要阻尼阻抗。需要通 过消耗电力和驱动电流选择运算放大器。 在使用运算放大器的平衡电路中，仅在有电压差时运行，电压平衡收敛后就变成仅在无负荷时的消耗电力， 所以与被动平衡相比，具有优越的能量效率。 一般来说运算放大器的通过速率越高，能够进行高速运行，驱动电流也变高，对短时间内的电压平衡收敛有 好处。另一方面，运行速度很快，消耗电力有变大的倾向（表 9）。请结合需求进行选择。 主动平衡控制的其他方法还有使用专用 IC 的方法。表 10 是 IC 的一个例子。IC 具有控制充放电电压的机能。这 种通过 IC 控制电压平衡的控制方式是超好的。此外，通过变换电压的电路方式改变元件构造。供给泵型的充电 电流很小，外部元件是只需要陶瓷电容。另一方面，升压和升降压方式能够有较大的电流输出，外部元件需要 FEI 和功率电感器等，元件数量增多。 图 51 主动平衡电路 Damping resistor OPAMP 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 32 / 36 表 9 运算放大器的倾向 选择指标 一般倾向 通过速率 低 ←→ 高 驱动电流 低 ←→ 高 消耗电力 低 ←→ 高 带宽 窄 ←→ 宽 用途 通用 ←→ 特殊 成本 低 ←→ 高 表 10 专用 IC 的例子 功能 IC 品名 制造商 最大充电电 流 输入电压 充电电压 其他 平衡控制 ALD9100xx Advanced Linear Devices 使用 IC 无限制 ～15V 单片 1.8V～ 2.8V ・2 片串联使用 ・可选择 Gate 阙值电压 ALD8100xx ・4 片串联使用 ・可选择 Gate 阙值电压 BD14000EFV-C Rohm 使用 IC 无限制 8V～24V 单片 2.4V～ 3.1V ・4～6 片串联使用 bq33100 Texas Instrument 使用 IC 无限制 3.8V～25V 单片～5V ・2-5 片串联使用 备份 充电电流控制 OZ581 O2 Micro 3A 4V～36V 5V～20V ・线性控制充电 ・详情请向 IC 制造商确认。 SLG46533-SLG 46538 Dialog Semiconductor 2.5A (using SLG59M1563 V load switch) 1.9V~5.0V 与输入电压 相同 ・Configurable mixed-signal IC （可选择功能） ・详情请向 IC 制造商确认。 平衡控制 过压保护 SLG46116 Dialog Semiconductor 使用 IC 无限制 1.7V~5.5V 与输入电压 相同 ・Configurable mixed-signal IC （可选择功能） ・详情请向 IC 制造商确认。 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 33 / 36 平衡控制 备份 充电电流控制 AS3630 AMS 1A 2.5V～4.8V 2 片 4.5V～ 6V ・LED 闪光灯用 ・提高输入电压充电 LTC3128 Linear Technology 3A 1.73V～ 5.5V 2 片 1.8V～ 5.5V ・升降输入电压充电 LTC3225-1 Linear Technology 150mA 2.8V～ -5.5V 2 片 4.0V or 4.5V ·升降输入电压充电 LTC3350 Linear Technology 使用 IC 无限制 4.5V～35V 单片～5V ・1～4 片串联使用 ・降低输入电压充电 LTC3625-1 Linear Technology 1A 2.7V～5.5V 2 片 4.0V～ 4.5V ·升降输入电压充电 TPS61325 Texas Instruments 220mA 2.5V～5.5V 2 片 3.825V ～5.7V ・LED 闪光灯用 ・提高输入电压充电 10.3. 被动平衡控制和主动平衡控制的区别 表 11 是被动平衡控制和主动平衡控制的区别。贴装面积和成本方面，被动方式更有优势。一方面，运算放大 器和专用 IC 的收敛速度很快，收敛后的电力消耗很小。使用专用 IC 能够控制充电电压，具有更高机能，但成本 也相应变高。 选择时，请兼顾机能和成本进行选择。 表 11 被动平衡控制和主动平衡控制的区别 （注）本公司对使用本文档记载的 IC 相关信息造成的损失，不承担任何责任。此外，不敢保证本文档中记载的 电路的相互连接是否侵害了第三者的专利权等知识产权。 方式 被动（阻抗） 主动（运算放大器） 主动（专用 IC） 贴装面积 小 中～大 大 电路成本 低 中 高 消耗电力 大(1kΩ)～小(1MΩ) 中 中 收敛速度 慢 快 快 使用电压 无限制 有限制 有限制 多直可否 可 可 一部分 IC 可 电源 OFF 时运行 可 不可 不可 充电电压控制 不可 不可 可 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 34 / 36 11. 焊接方法 村田超级电容 DMT/DMF 系列不能对应波峰焊接贴装和回流焊接贴装。贴装时，请在不超过该产品主体部分温度 的温度保证范围内进行焊烙铁贴装等。 焊烙铁贴装的推荐条件、注意事项如下所示。 (1) 先前处理 ① 请在基板焊盘上提供预备焊料。 <提供方法事例> ・焊丝 ＋ 焊烙铁 ・焊膏 ＋ 回流焊 ② 建议使用双面胶等，将产品暂时固定在基板上。 (2) 焊接贴装推荐条件 焊料 ：助焊剂焊丝 焊料种类 ：无铅焊料 Sn-3Ag-0.5Cu 焊烙铁温度 ：350℃ +/-10℃ 焊烙铁功率 ：70W 以下 (3) 焊接顺序推荐 ① 请使用焊烙铁加热产品端子和基板焊盘的两端。 ② 在端子上放置φ1mm 的 2-3mm 的焊料，并在以下条件下加热(**). ②’在端子上放置焊丝，并在以下条件下加热(**). 图 52 焊烙铁焊接过程 (**)焊接时间 焊接时间：4 秒以内 / 端子 焊接次数：3 秒以内 / 端子 但是，每个产品总的焊接时间在 15 秒以内。 ピンセット ① ③ ② はんだこて ランド ランド φ1mmの2-3mmのはんだ ②’ ランド 糸半田 製品端子 焊烙铁 产品端子 焊盘 φ1mm, 2-3mm 的焊料 焊盘 糸焊丝 镊子 焊盘 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 35 / 36 (4) 推荐焊盘图案 (5) 注意事项 ・焊烙铁请勿直接接触产品主体部分。 因为有可能会引起电极端子和电气特性劣化，所以在贴装时 请勿对产品施加过度的机械冲击、压力。 ・贴装后请勿进行清洗。 12. 村田超级电容的安全性 12.1. UL 认证（UL810A） 第 4 节中讲述的本公司所有的超级电容均获得了安全规格 UL810A 认证。 12.2. 万一短路时 超级电容即使在发生短路时，也不会引起液体泄漏、冒烟、起火、破裂。与电池不同，DMT/DMF 系列的内部能量 仅有 5～10J。此外，ESR 仅有数 10mΩ～数 100mΩ，几乎不会发热。 参考：以 5.5V 充电的 DMF3Z5R5H474M3DTA0 短路时，在极短的时间内流入 120A 的电流（图 53）。最大电流与阻 抗有关。 图 53 外部发生短路时的模拟 12.3. 关于使用时的发热 超级电容在充电时发热。但是超级电容的能量与电池相比很低，所以发热量也极低，多数情况下不会发生问 ESR 容量 電流 V 0 20 40 60 80 100 120 140 0 0.1 0.2 0.3 Current [A] Time [sec.] DMF3Z5R5H474M3DTA0 DMT334R2S474M3DTA0 電流[A] 电 流 (A) 平衡端子 负端子 正端子 焊盘图案 产品包装 焊盘图案和焊盘包装的位置 推荐焊盘图案 超级电容（EDLC）技术指南 No. C2M1CXS-053N 株式会社村田製作所 36 / 36 题。但是在高输出且高频使用时需要注意。 发热量与超级电容充放电时的能量消耗量有关。超级电容的能量与电池相比很低，例如，4V 3,000 mAh 的电 池有 40 kJ 的能量，而 DMF3Z5R5H474M3DTA0 （5.5V 470mF） 和 DMT334R2S474M3DTA0 （4.2V 470mF）约只有 4~7J 的能量（E=1/2*CV 2）。因此，充放电时的能源发热量极低。大概预估村田超级电容有 1 J/K 的热容量。即使 能量在一瞬间全部释放（短路时），温度上升也小于 10℃。此外，这个温度增加是瞬间的，通过放热能够立即降 下来。 但是，如果像高频一样反复充放电，超级电容的热量将会累积，温度将会上升。上升与充放电的电流值、频 率、占空比有关，此外与发热和放热平衡也有关系（图 54）。 图 55 是超级电容实际的发热例子。对 DMF4B5R5G105M3DTA0 （5.5V 1,000mF）循环施加每秒 5A 30ms 的峰值 电流时，温度逐渐上升，300 秒后以 3℃的上升收敛。这样的收敛也就意味着发热量和放热量相同。 图 54 发热与放热 图 55 实际的发热事例 13. 常见问题 本公司的 WEB 网页上总结了常见问题（FAQ），敬请参考。