充電電池和充電技術(shù)

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(chē)在內(nèi)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并開(kāi)創(chuàng)出新的市場(chǎng)（圖1）?？煽焖?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/充電">充電的鋰離子充電電池在電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(chē)、巴士和商用車(chē)輛等在固定線路運(yùn)營(yíng)的電動(dòng)汽車(chē)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(chē)等充電的大功率非接觸充電技術(shù)的開(kāi)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(mén)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(chē)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(kāi)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(guò)熱、以及電磁波、高頻波的泄漏等問(wèn)題。


圖2：以電場(chǎng)耦合方式供電

竹中工務(wù)店正在開(kāi)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(mén)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(chē)時(shí)由地板伸出臂桿與車(chē)身接觸進(jìn)行快速充電的電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)。

竹中工務(wù)店正在開(kāi)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”

快速充電在電動(dòng)工具領(lǐng)域大獲成功

非接觸充電技術(shù)雖大有興起之勢(shì)，但其應(yīng)用的前期階段是快速充電鋰離子電池的采用。實(shí)際上，已有產(chǎn)品通過(guò)采用快速充電鋰離子電池提高了易用性，從而擴(kuò)大了銷(xiāo)售額的事例。這就是電動(dòng)工具。

電動(dòng)工具對(duì)鋰離子充電電池的采用始于2004～2005年，近幾年飛速擴(kuò)大。電動(dòng)工具大廠商之一牧田（MAKITA）表示，電動(dòng)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(wàn)單元，2006年第一季度即增至400萬(wàn)單元，2007年第一季度增至900萬(wàn)單元，2008年第一季度更進(jìn)一步增至1300萬(wàn)單元。

牧田開(kāi)發(fā)技術(shù)本部技術(shù)管理部開(kāi)發(fā)企劃課系長(zhǎng)后藤宗利坦言“我們?cè)鴮?duì)將鎳氫充電電池?fù)Q成鋰離子充電電池是否真的能贏得市場(chǎng)半信半疑”。市場(chǎng)需求迅速擴(kuò)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(yōu)點(diǎn)，再加上最快15分鐘即可充滿電的快速充電功能（圖3）。