充電電池及充電技術

快速充電和非接觸充電技術的進步可能會大大改變包括產業設備及電動汽車在內的產品設計，并開創出新的市場（圖1）。可快速充電的鋰離子充電電池在電動汽車等領域推進，或將推動非接觸充電的引用。



圖1：快速充電與非接觸充電的結合將會使市場擴大

采用快速充電電池的電動工具市場在迅速成長。產業設備及電動汽車使用電線的充電方式較為麻煩，與非接觸充電相結合是擴大市場的關鍵。

具體而言，無人搬運機、產業機器人等產業設備，和新一代有軌電車、巴士和商用車輛等在固定線路運營的電動汽車等將對非接觸充電的應用起到推動作用。這是由其充電安全性的提高和方便省事的優點所決定的。

共振方式備受期待

目前，可為電動汽車等充電的大功率非接觸充電技術的開發比以往任何時候都興盛。其中，共振方式的非接觸充電技術引起極大關注。美國麻省理工學院（MIT）于2007年6月，美國英特爾于2008年8月發表了利用磁場耦合共振的技術，成為熱門話題，至今仍令人記憶猶新。盡管傳輸效率只有40％左右，但使用該技術有望對行駛中的汽車充電，其相關研發日趨活躍。

新共振方式的非接觸充電也已亮相。這就是竹中工務店開發中的利用電場耦合共振的技術（圖2）。該技術雖然需使送電端與受電端緊貼，但在水平方向錯位的狀態下也可供電，優點是不會發生像現在已應用的電磁感應式的非接觸充電技術那樣，當異物侵入時會產生過熱、以及電磁波、高頻波的泄漏等問題。


圖2：以電場耦合方式供電

竹中工務店正在開發利用電場耦合原理的供電系統（a）。使用串聯諧振的供電系統成功地以90％的效率向白熾燈泡供應了100W電力。

而且，與電磁感應方式不同，共振方式不使用鐵氧體及利茲線圈，因此可降低設備的重量及成本。另外，只需擴大接觸面積即可為大功率電器供電，這也是其優點。

竹中工務店技術研究所尖端技術研究所材料工程部門主任研究員原川健一表示，“未來可望在工廠、辦公室及公寓的墻壁及地板中嵌入可非接觸充電的功能”。目前設想的用途是與直流供電系統相結合，以實現對產業機器人、建筑機械、醫療器械及家電產品等供電。并且，還將力爭實現停車時由地板伸出臂桿與車身接觸進行快速充電的電動汽車充電系統。

竹中工務店正在開發的使用電場耦合共振的供電系統，分為串聯諧振和并聯諧振兩種方式。兩者各具所長：串聯諧振方式的構造較為簡單，并聯諧振方式即使施加電壓降低也可高效送電。兩者的傳輸效率目標值均為95％。

關于串聯諧振，已經實施了向白熾燈泡傳輸100W電力的試驗（圖2（b））。目前的傳輸效率為90％。頻率約為600kHz，接觸部分的絕緣膜為300μm。為了令一次側和二次側緊貼，在二次側的接觸部分粘貼了導電性硅片。串聯諧振的優點在于，不僅電路構成簡單，而且在結電容發生變化時，可用改變驅動頻率的方法應對。只是該方式有施加電壓會增高的傾向。

另一方面，并聯諧振據悉尚處在由反復進行模擬研究的試制階段。并聯諧振的優點在于，即使結電容降低也可高效送電，即使輸出功率高時，也可將施加電壓抑制在較低水平。但該方式存在電路構成復雜的課題。竹中工務店表示，“目標是希望2012年前后實現實用化”

快速充電在電動工具領域大獲成功

非接觸充電技術雖大有興起之勢，但其應用的前期階段是快速充電鋰離子電池的采用。實際上，已有產品通過采用快速充電鋰離子電池提高了易用性，從而擴大了銷售額的事例。這就是電動工具。

電動工具對鋰離子充電電池的采用始于2004～2005年，近幾年飛速擴大。電動工具大廠商之一牧田（MAKITA）表示，電動工具用鋰離子充電電池組的全球供貨量在迅速增加，2005年第一季度僅為100萬單元，2006年第一季度即增至400萬單元，2007年第一季度增至900萬單元，2008年第一季度更進一步增至1300萬單元。

牧田開發技術本部技術管理部開發企劃課系長后藤宗利坦言“我們曾對將鎳氫充電電池換成鋰離子充電電池是否真的能贏得市場半信半疑”。市場需求迅速擴大的主要原因在于，鋰離子充電電池既有重量輕又有與插電式幾乎相同的輸出功率特性的優點，再加上最快15分鐘即可充滿電的快速充電功能（圖3）。