不斷進(jìn)化的充電電池和充電技術(shù) EV之外再創(chuàng)新市場(chǎng)

快速充電和非接觸充電技術(shù)的進(jìn)步可能會(huì)大大改變包括產(chǎn)業(yè)設(shè)備及電動(dòng)汽車在內(nèi)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并開創(chuàng)出新的市場(chǎng)（圖1）?？煽焖俪潆姷匿囯x子充電電池在電動(dòng)汽車等領(lǐng)域推進(jìn)，或?qū)⑼苿?dòng)非接觸充電的引用。

圖1：快速充電與非接觸充電的結(jié)合將會(huì)使市場(chǎng)擴(kuò)大
采用快速充電電池的電動(dòng)工具市場(chǎng)在迅速成長(zhǎng)。產(chǎn)業(yè)設(shè)備及電動(dòng)汽車使用電線的充電方式較為麻煩，與非接觸充電相結(jié)合是擴(kuò)大市場(chǎng)的關(guān)鍵。

　　具體而言，無(wú)人搬運(yùn)機(jī)、產(chǎn)業(yè)機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)設(shè)備，和新一代有軌電車、巴士和商用車輛等在固定線路運(yùn)營(yíng)的電動(dòng)汽車等將對(duì)非接觸充電的應(yīng)用起到推動(dòng)作用。這是由其充電安全性的提高和方便省事的優(yōu)點(diǎn)所決定的。

共振方式備受期待

　　目前，可為電動(dòng)汽車等充電的大功率非接觸充電技術(shù)的開發(fā)比以往任何時(shí)候都興盛。其中，共振方式的非接觸充電技術(shù)引起極大關(guān)注。美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）于2007年6月，美國(guó)英特爾于2008年8月發(fā)表了利用磁場(chǎng)耦合共振的技術(shù)，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(shù)有望對(duì)行駛中的汽車充電，其相關(guān)研發(fā)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(wù)店開發(fā)中的利用電場(chǎng)耦合共振的技術(shù)（圖2）。該技術(shù)雖然需使送電端與受電端緊貼，但在水平方向錯(cuò)位的狀態(tài)下也可供電，優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)發(fā)生像現(xiàn)在已應(yīng)用的電磁感應(yīng)式的非接觸充電技術(shù)那樣，當(dāng)異物侵入時(shí)會(huì)產(chǎn)生過熱、以及電磁波、高頻波的泄漏等問題。

圖2：以電場(chǎng)耦合方式供電
竹中工務(wù)店正在開發(fā)利用電場(chǎng)耦合原理的供電系統(tǒng)（a）。使用串聯(lián)諧振的供電系統(tǒng)成功地以90％的效率向白熾燈泡供應(yīng)了100W電力。

　　而且，與電磁感應(yīng)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(shè)備的重量及成本。另外，只需擴(kuò)大接觸面積即可為大功率電器供電，這也是其優(yōu)點(diǎn)。

　　竹中工務(wù)店技術(shù)研究所尖端技術(shù)研究所材料工程部門主任研究員原川健一表示，“未來(lái)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(shè)想的用途是與直流供電系統(tǒng)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)業(yè)機(jī)器人、建筑機(jī)械、醫(yī)療器械及家電產(chǎn)品等供電。并且，還將力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)停車時(shí)由地板伸出臂桿與車身接觸進(jìn)行快速充電的電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)。

　　竹中工務(wù)店正在開發(fā)的使用電場(chǎng)耦合共振的供電系統(tǒng)，分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振兩種方式。兩者各具所長(zhǎng)：串聯(lián)諧振方式的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，并聯(lián)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(biāo)值均為95％。

　　關(guān)于串聯(lián)諧振，已經(jīng)實(shí)施了向白熾燈泡傳輸100W電力的試驗(yàn)（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(cè)和二次側(cè)緊貼，在二次側(cè)的接觸部分粘貼了導(dǎo)電性硅片。串聯(lián)諧振的優(yōu)點(diǎn)在于，不僅電路構(gòu)成簡(jiǎn)單，而且在結(jié)電容發(fā)生變化時(shí)，可用改變驅(qū)動(dòng)頻率的方法應(yīng)對(duì)。只是該方式有施加電壓會(huì)增高的傾向。

　　另一方面，并聯(lián)諧振據(jù)悉尚處在由反復(fù)進(jìn)行模擬研究的試制階段。并聯(lián)諧振的優(yōu)點(diǎn)在于，即使結(jié)電容降低也可高效送電，即使輸出功率高時(shí)，也可將施加電壓抑制在較低水平。但該方式存在電路構(gòu)成復(fù)雜的課題。竹中工務(wù)店表示，“目標(biāo)是希望2012年前后實(shí)現(xiàn)實(shí)用化”