不断进化的充电电池和充电技术 EV之外再创新市场

快速充电和非接触充电技术的进步可能会大大改变包括产业设备及电动汽车在内的产品设计，并开创出新的市场（图1）。可快速充电的锂离子充电电池在电动汽车等领域推进，或将推动非接触充电的引用。



图1：快速充电与非接触充电的结合将会使市场扩大
采用快速充电电池的电动工具市场在迅速成长。产业设备及电动汽车使用电线的充电方式较为麻烦，与非接触充电相结合是扩大市场的关键。

具体而言，无人搬运机、产业机器人等产业设备，和新一代有轨电车、巴士和商用车辆等在固定线路运营的电动汽车等将对非接触充电的应用起到推动作用。这是由其充电安全性的提高和方便省事的优点所决定的。

共振方式备受期待

目前，可为电动汽车等充电的大功率非接触充电技术的开发比以往任何时候都兴盛。其中，共振方式的非接触充电技术引起极大关注。美国麻省理工学院（MIT）于2007年6月，美国英特尔于2008年8月发表了利用磁场耦合共振的技术，成为热门话题，至今仍令人记忆犹新。尽管传输效率只有40％左右，但使用该技术有望对行驶中的汽车充电，其相关研发日趋活跃。

新共振方式的非接触充电也已亮相。这就是竹中工务店开发中的利用电场耦合共振的技术（图2）。该技术虽然需使送电端与受电端紧贴，但在水平方向错位的状态下也可供电，优点是不会发生像现在已应用的电磁感应式的非接触充电技术那样，当异物侵入时会产生过热、以及电磁波、高频波的泄漏等问题。



图2：以电场耦合方式供电
竹中工务店正在开发利用电场耦合原理的供电系统（a）。使用串联谐振的供电系统成功地以90％的效率向白炽灯泡供应了100W电力。

而且，与电磁感应方式不同，共振方式不使用铁氧体及利兹线圈，因此可降低设备的重量及成本。另外，只需扩大接触面积即可为大功率电器供电，这也是其优点。

竹中工务店技术研究所尖端技术研究所材料工程部门主任研究员原川健一表示，“未来可望在工厂、办公室及公寓的墙壁及地板中嵌入可非接触充电的功能”。目前设想的用途是与直流供电系统相结合，以实现对产业机器人、建筑机械、医疗器械及家电产品等供电。并且，还将力争实现停车时由地板伸出臂杆与车身接触进行快速充电的电动汽车充电系统。

竹中工务店正在开发的使用电场耦合共振的供电系统，分为串联谐振和并联谐振两种方式。两者各具所长：串联谐振方式的构造较为简单，并联谐振方式即使施加电压降低也可高效送电。两者的传输效率目标值均为95％。

关于串联谐振，已经实施了向白炽灯泡传输100W电力的试验（图2（b））。目前的传输效率为90％。频率约为600kHz，接触部分的绝缘膜为300μm。为了令一次侧和二次侧紧贴，在二次侧的接触部分粘贴了导电性硅片。串联谐振的优点在于，不仅电路构成简单，而且在结电容发生变化时，可用改变驱动频率的方法应对。只是该方式有施加电压会增高的倾向。

另一方面，并联谐振据悉尚处在由反复进行模拟研究的试制阶段。并联谐振的优点在于，即使结电容降低也可高效送电，即使输出功率高时，也可将施加电压抑制在较低水平。但该方式存在电路构成复杂的课题。竹中工务店表示，“目标是希望2012年前后实现实用化”

快速充电在电动工具领域大获成功

非接触充电技术虽大有兴起之势，但其应用的前期阶段是快速充电锂离子电池的采用。实际上，已有产品通过采用快速充电锂离子电池提高了易用性，从而扩大了销售额的事例。这就是电动工具。

电动工具对锂离子充电电池的采用始于2004～2005年，近几年飞速扩大。电动工具大厂商之一牧田（MAKITA）表示，电动工具用锂离子充电电池组的全球供货量在迅速增加，2005年第一季度仅为100万单元，2006年第一季度即增至400万单元，2007年第一季度增至900万单元，2008年第一季度更进一步增至1300万单元。

牧田开发技术本部技术管理部开发企划课系长后藤宗利坦言“我们曾对将镍氢充电电池换成锂离子充电电池是否真的能赢得市场半信半疑”。市场需求迅速扩大的主要原因在于，锂离子充电电池既有重量轻又有与插电式几乎相同的输出功率特性的优点，再加上最快15分钟即可充满电的快速充电功能（图3）。



图3：可15分钟快速充电的牧田电动工具

牧田上市了15分钟即可充满电的电动工具（a，b）。通过采用锂离子充电电池，可大大缩短原来使用镍氢充电电池及镍镉电池的电动工具需时数十分钟的充电时间（c）。

以前美国消费者认为电动工具的机身和电池组越重越大，驱动时间就越长，机器就越坚固。而使用锂离子电池的电动工具的面世，使“这一认识发生了重大变化”（后藤）。这是由于，锂离子电池即使重量轻也能够以满功率长时间驱动，而且电池电量用完后还可迅速充电。“除了低价位产品还能畅销的新兴市场国家之外，其他市场基本上都会转向锂离子充电电池的电动工具”（后藤）。事实上，该公司采用锂离子充电电池的电动工具销售额已是连年倍增。