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【NE】2009年05月04日号「非接触充電」

GWで時間にも余裕があると言うことで、本日は、
しばらくサボっていた「日経エレクトロニクス」のレビューをします^^;


       ne0504.jpg

  [日経エレクトロニクス]2009年5月4日号 


今回紹介するテーマは「非接触充電と急速充電」です。
携帯電話と関係する部分も多く、なかなか興味深い記事となっていました。

記事のタイトルは、、、

 [特集]
 ちょこっと充電
 -急速×非接触の世界へ-



それでは、まず本記事の概要から紹介します。


概要

キーワードは、
「急速充電」「非接触充電」である。

「急速充電」が可能な電池の登場により、これまで高容量化を目指していた電池の開発の考え方が変わりつつある。短いサイクルで急速充電するような電池の使い方をすれば、電池の容量をある程度抑えられ、電池を長寿命化できる。さらに「非接触充電」を組合わせることで、短いサイクルでの充電をより行いやすくすることが可能となる。

本記事は以下のような3部から構成されています。

 第1部 総論
 急速と非接触で充電の概念が変わる

 第2部 電気自動車への展開
 将来は壁や床からも充電
 電池の長寿命化で2次利用

 第3部 携帯電話への展開
 ケータイへの搭載目指しデバイス開発競争が過熱


今回のブログでは、主に第1部と第3部のみをまとめていきす。


第1部 総論
急速と非接触で充電の概念が変わる


充電の概念が大きく変わろうとしている。
キーワードは、「急速充電」「非接触充電」である。

従来の2次電池は、機器の1充電当たりの駆動時間を伸ばすために、高容量化を目指した開発が進められてきた。高容量化と引き換えにされたのが、充電時間の長時間化と電池の短寿命化である。

「急速充電」が可能な電池の登場により、電池の高容量化を目指した開発が変わってきている。すなわち、電池の容量は必要最低限に抑えて、充電は急速に行うことで、短いサイクルで充電をしていけば良いという考えが可能となった。こうすると、電池の寿命も長くすることができ、製品の寿命まで電池交換が不要になる。

さらに、「非接触充電」と組合わせると、充電していることをユーザに感じさせない機器が可能となる。こうした機器の登場は、非接触充電を可能とする充電インフラの整備を促し、短いサイクルでの充電をより行いやすくすることができであろう。


共鳴方式の非接触充電に期待

現在、実用化されている非接触充電システムは、コイルからコイルへ電力を給電する「電磁誘導方式」が主流である。同方式は、位置ずれによる効率低下や、異物進入時の過熱,電磁波や高周波への対策が必要となる。

最近では、電界や磁界を用いた「共鳴方式」の非接触充電システムに対する開発機運が高まっている。「共鳴方式」では「電磁誘導方式」での課題を簡単にクリアできる。さらに、「電磁誘導方式」と違い、フェライトやリッツ線コイルを用いないため、機器の重さやコストを低減できる。

「共鳴方式」は、「磁界結合」を使ったものと「電界結合」を使ったものに分けられる。

「磁界結合」の共鳴を使った技術は、伝送効率は40%大と低いものの、走行中の電気自動車にも充電可能であるという。

「電界結合」の共鳴を使った技術は、送電側と受電側を密着させる必要があるものの、水平方向の位置ずれに対応でき、異物進入時の過熱や電磁波,高周波の問題が生じない。


第3部 携帯電話への展開
ケータイへの搭載目指しデバイス開発競争が過熱


携帯電話機器では、「非接触充電技術」が先行し、のちに「急速充電技術」が取り入れられそうである。


[非接触充電]ケータイ搭載まっしぐら

携帯電話機における非接触充電機能は、3つの世代を経ながら進化しそうだ。

 第1世代(2009年~2010年頃)
 特定の端末と特定の充電代を組合わせた、1対1の構成。
 特定のID番号を充電台と端末間でやりとりしたり、
 磁気センサを使ってIDを識別する。
  ↓
 第2世代
 1台の充電台で複数の端末を充電する。
  ↓
 第3世代
 携帯電話やデジカメなど、複数の異なる機器を同時に充電できる。


近接電磁誘導型が中心に

現在、出荷されている非接触充電モジュールは、電磁誘導方式を用いており、一般的な携帯電話機を1時間30分で満充電できる。また、充電時に誤って金属に給電しないように検知機能や温度検知機能,ID認識機能を備える。電磁誘導コイル間での給電効率は90%以上であるが、安全回路や認証回路が介在することで、実効的な給電効率は70%程度になる。

コイルの位置がずれても、電磁誘導で用いる交流の周波数を適応的に変更することで高い効率で給電可能な電磁誘導方式も開発されている。

電磁誘導方式の非接触充電機能を携帯電話機に組込む場合の課題は、
「コスト低減化」と「薄型化」である。

「薄型化」に関しては、コイルの巻き方に工夫したり、基板上にプリントしたコイルを印刷するなどの対策が検討されている。


磁界共鳴型

電磁誘導コイルの薄型化や低コスト化が進む中、全く別の手法を導入しようという動きもある。給電を、磁界共鳴で行うというものだ。

磁界共鳴型では、充電台と端末の両側にアンテナを設け、これを使って電力を供給する。非接触ICカード技術である「NFC(FeliCaの仲間みたいなもの)」と同じ周波数を使う。充電台と機器の間でデータ通信を行い、最適な充電電圧や電流値に関する情報をやり取りする。アンテナに関しても「NFC」などの非接触ICカードのアンテナと共用できる。

また、磁界共鳴型では、充電時の自由度が高く、位置あわせを気にせずに台の上にごろっと放り投げておけば充電できる。

一方、近接電磁誘導型では、安全規格などが整備されているが、磁界共鳴型はまだこれからである。


[急速充電]ケータイやノートPCへ

一般にLiイオン2次電池は充放電時に体積が膨張しやすいが、体積膨張を許容するような構造にすることで、急速充電可能な電池の開発が検討されている。


感想

この記事を読むまで、私は「非接触充電」の効果を侮っていました。携帯電話を充電するには、携帯電話を充電台(クレードル)に設置するか、充電コネクタを携帯電話に接続しなければいけませんが、それが、非接触充電用の台にポンと投げておくだけで充電できるようになる、とくらいにしか考えていなかったのです。公共のインフラを使って、いつでもどこでもちょこっと充電するという考えには全く至ってきませんでした。

非接触充電が公共のインフラで使えるようになれば、電気自動車は走りながらガードレールから充電できるようになるし、携帯電話はエスカレータの手すりから充電できるようになる可能性もあるようです。そうすることができれば、電気自動車の電池も高容量化させる必要もなく、電気自動車の価格も下げられ、電気自動車の普及に貢献できると思います。また、非接触充電のインフラを整備しないといけないので、公共事業による経済効果への貢献も期待できそうですね。すばらしいです。

公共のインフラを使って携帯電話を充電できれば便利だと思いましたが、その場合、その充電に使われた電気代は誰がどう支払うのかという疑問が生まれました。携帯電話の場合は、公共インフラから充電した分、電話料金に加算して徴収するといったビジネスモデルが構築しやすそうですが、電気自動車の場合は、全く新しい電気代の徴収方法を考えないといけない気がします。


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