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电动汽车：颠覆性的快速充电与非接触充电技术 |
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newmaker 来源：《电子设计应用》 |
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“充电”的概念将被彻底改变，原因在于业界出现了具有较长的使用寿命并可以快速充电的锂离子电池，而且非接触充电技术也得到了较大发展。为了延长电池每次充电后的使用时间，充电电池正朝着更大容量的方向发展。而在以往，充电时间需要数小时的大容量电池的寿命通常只有2年左右。
寿命长且可快速充电的电池的出现也为电子设备的设计带来了新的选择。比如，设计工程师可以选择小容量的电池，通过频繁充电来解决容量不足的问题，只要电池的寿命够长，就无需在设备的使用寿命期内更换电池。
将上述电池与非接触充电技术相结合，就能够开发出可以随时随地进行充电的新设备。此类设备的出现也将促使非接触充电的基础设施得到完善。相应的设备与充电基础设施的共同发展将能形成新的市场，产生惊人的利润(见图1)。实际上，寿命长且可快速充电的电池与非接触充电技术的研发已颇为活跃，在各行业内，利用此类技术所开发的充电基础设施及各种设备也越来越多(见图2)。
图1 快速充电与非接触充电技术将改变设备
图2积极开发使用新充电电池与新充电方法的设备 *图中的红色标记符表示汽车与工业设备领域，绿色标记符表示便携设备领域
电动汽车是新技术的试金石
面向电动汽车领域进行的锂离子电池的开发工作，催生了寿命长且可快速充电的电池。自2004年登场以来，这类电池先是广泛应用在电动工具及工业设备上，到2009年可能会正式应用于混合动力车及电动汽车。
汽车生产商将于今后的1年~2年内正式投入电动汽车的研发。为了大幅减少汽车的二氧化碳排放量，日产汽车企划/先进技术开发本部技术企划部资深专家上田昌则认为：“开发完全不排放气体的电动汽车势在必行。”其它多家汽车生产商也都持相同观点。
例如，三菱汽车将于2009年7月开始销售电动汽车iMiEV，公司计划在推出后的第一年生产2000辆，第二年生产4000辆，之后将逐渐扩大到年产2万辆。日产汽车也计划于2010年在日本和美国、2011年在中国销售电动汽车，到2012年则计划推广到世界各国。就连在电动汽车研发方面不太积极的丰田汽车(该公司是混合动力车市场的领先者)也表示将于2012年进入电动汽车市场。
要扩大电动汽车的市场，就必须加大充电站等基础设施的建设。目前开发的电动汽车用锂离子电池的能量密度仅为100Wh/kg左右，还不到笔记本电脑与手机中采用的锂离子电池的一半。这主要是因为，与便携设备相比，用于电动汽车的电池更注重安全性与使用寿命。目前，受限于充电电池的成本与外形尺寸，电动汽车每次充电后的续航距离最多也不过100km～200km，仅为引擎车的1/4左右。
充电基础设施的完善是电动汽车获得普及的重要前提。实际上，企业与地方政府共同完善充电基础设施的行动正在世界各国如火如荼地开展着，其中最为突出的就是美国Better Place公司。该公司与以色列、丹麦等国的政府联手，正在积极准备建设用于电动汽车的充电基础设施，仅在以色列就计划将建设50万座充电站。
如果充电基础设施能够得到进一步的完善，那么对于用户来说，电动汽车每次充电后的续航距离就不再是问题。到时，用户更关注的将是电池的充电时间及充电方式，这将导致电池开发过程中的思维转换。以往为了延长续航距离而拼命提高电池能量密度的做法不再可取，对于开发者来说，更重要的是降低电池的成本及明确相应的产品定位。
共振式非接触充电技术值得期待
用户一旦认可了在较短时间内对电池进行反复充电的使用方式，那么，对于非接触充电的需求就会越来越多(见图3)。自动搬运设备通常会以固定的频率反复启动、停止，因此，业界正在开发无需人工充电，而通过非接触充电技术进行充电的设备。在电动汽车方面，如定期行驶的巴士等也已经开始进行非接触充电系统的实验。 
图3 目标是在移动中进行充电
目前，已实用化的非接触充电系统主要采用电磁感应方式，也就是通过一个线圈给另一个线圈供电。但是，电磁感应式非接触充电系统存在以下三方面的问题：首先，当位置发生偏移时，会导致充电效率下降；其次，有异物进入时，会出现局部发热的情况；最后，电磁波及高频方面的防护也不易解决。因此，电场或磁场共振式非接触充电系统的开发在近期更为活跃。例如，日本竹中工务店正在开发的电场共振式非接触充电系统就可以解决电磁感应式系统中的局部发热及电磁波和高频防护等问题。
此外，麻省理工学院(MIT)于2007年6月曾公布了其对于磁场共振式非接触充电技术的研究。如果这项技术进展顺利，那么就有可能进行空间全方位的电力传输。应用该技术，电动汽车将可以在行驶过程中通过道路或护栏进行充电。
也将影响到电力系统
电动汽车的普及还可能产生新的商机，这就是电池的再利用。随着充电次数的增加，电池的容量及输出功率都会越来越小，使其无法再用于电动汽车。但是，从电动汽车上淘汰下来的电池还可以继续用作家庭或小型发电站的蓄电设备。电池本身的生命周期延长了，也就等于降低了电池成本。家庭或小型发电站可以利用这些低成本电池建立蓄电系统，这将出现新的电力系统。
便携设备也将发生改变
当快速充电与非接触充电在电动汽车及工业设备领域实现成功应用后，这两项技术在手机等便携设备领域中的融合也将得到加速(见图4)。
图4 充电基础设施的完善将导致便携设备发生变化
据NTT DoCoMo公司分析：“非接触充电的优点是可以随地设置充电站，对用户来说，这将非常方便。”因此，目前业界对于在各种场合设置可对便携设备进行充电的基础设施十分关注。
宝马公司于2009年2月开始在韩国销售的宝马7系列轿车中集成了三星手机专用的非接触充电系统，只需将特定的手机放在中心控制台上，就可以进行非接触充电。而精工爱普生公司也推出了用于非接触充电系统的电磁感应式充电模块，有0.5W与2.5W两款。
如果便携设备具备了完善的可随时随地充电的环境，那么用户就无需再在乎电池容量与充电时间，而对可快速充电的电池的需求也将会越来越大。惠普公司举例说：“拿笔记本来说，在使用4个小时之后，充电30分钟，就可以再使用4个小时，这种使用模式将会对用户产生极大的吸引力。”不少厂商都对可快速充电的电池与非接触充电技术在便携设备领域的融合持乐观态度。(end)
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(9/28/2009) |
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