瑞萨电子株式会社

实现免维护的室外空气质量监控系统太阳能电池的电力不稳定…

背景

全球范围内正面临着日益严重的大气污染问题※1。了解环境的“空气质量”※2是防止大气对健康造成不良影响的第一步。在美国,环境保护署 (EPA) 使用被称为空气质量指数(AQI)的指标,根据氮氧化物,臭氧,一氧化碳,PM2.5等的浓度对空气质量进行量化管理,每天观测和发布主要城市的AQI※3。但是,传统的空气质量检测系统的耗电量大,需要铺设电源电缆或者定期更换电池,可安装的地点受到限制。

※1 2018年,世界卫生组织公布,“预计每年约有360万人因室外大气污染而过早死亡”
※2 建筑物内部等空气中的气体成分含量
※3 AirNow

课题

希望通过太阳能电池的稳定供电

大型半导体厂商瑞萨电子株式会社(以下简称为瑞萨)提供了一种气体传感器IC(ZMOD4510),用于检测导致有害室外空气质量的气体。该气体传感器IC的臭氧和氮氧化物检测精度达到ppt级,可计算美国EPA的AQI基准。
此外,瑞萨通过支持选择性检测臭氧的超低功耗模式的ZMOD4510和利用了独自研究的SOTB™工艺技术※4的超低耗电量“RE微电脑”的组合,开发出了室外空气质量监控系统(AQM)。通过太阳能电池发出的微弱电力,实现了AQI的不间断检测。但是,本系统尽管不需要铺设电源电缆,也没有更换电池的麻烦,但在阴天或者下雨的时候,太阳能电池的发电量会发生波动,从而出现AQM的驱动不稳定的问题。因为太阳能电池无法存储电力。

※4 SOTB™工艺:使用SOI(Silicon on Insulator)技术,由瑞萨独自研发的晶体管技术。SOTB是瑞萨在美国及其他国家的注册商标

需要能够临时存储通过环境发电所产生电力的蓄电元器件

传统的电容器作为可以存储通过环境发电产生电力的蓄电元器件,存在自放电严重,无法长期保持所存储电力的缺点。另外,普通的充电电池尽管可以长期保持电力,但电阻大,输出小,无法驱动AQM。因此,需要可以在严酷的环境下使用,能够存储太阳能电池产生的微弱,不稳定的电力,使用寿命长,没有维护的麻烦。需要一种可以解决上述所有课题的蓄电元器件。

课题的关键

  • 环境发电会因为天气变化等原因,导致发电量发生波动,使传感器系统的驱动不稳定

  • 电容器自放电严重,无法长期保持电力

  • 传统的充电电池存在不能驱动AQM,无法存储微弱的电力,使用寿命短,在大量的传感器系统中部署时的生产成本高等缺点

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