Comments
Description
Transcript
環境発電 - 株式会社アルティマ
ワンストップでOK！ アルティマの「環境発電」 ソリューション 株式会社アルティマ ALTIMA Confidential アジェンダ 環境発電とは？ X アルティマのワンストップ・ソリューション X 【第一部】環境発電：発電∼蓄電までの ソリューション Infinite Power Solutions Konarka Technologies Perpetua Linear Technology 【第二部】電力を効率的に有効活用する ソリューション EnergyMicro GainSpan ALTIMA Confidential 2 株式会社アルティマについて X 設 立: 1991年 マクニカグループの一社です。 X 本 社: 新横浜 X 事業形態： 半導体技術商社 Utsunomiya - Sales/FAE Nagoya Yokohama - Sales/FAE Headquarters Tokyo - Sales - FAE - Marketing - Admin Osaka - Sales/FAE Logistics Center - Shipping/Warehouse Programming Center - CPLD/ROM Programming ALTIMA Confidential 3 多彩な取扱い製品一覧 FPGA/CPLD Embedded WiFi Antenna Optical Components and Modules DC-DC Converter SoC Ultra Low Power WiFi Chip High Brightness LED Emitter Power Line Communication High Performance Analog ICs Power over Ethernet ICs and Systems Communication & Storage ASSP LCD & Touch Panel GUI Controller Magnetoresistive RAM (MRAM) SRAM, FIFO, CLK, Serial Switch Ultra-Low power Microcontroller IEEE802.11n 4x4 Integrated Single Chip Optical Wavelength Select Switch (WSS) DAB/DAB+/DMB Radio SoC InfiniBand Interface ICs & Subsystems Ultra-Thin Secondary solid battery DC-DC Converter Module ALTIMA Confidential 10GBase-T PHY FPGA & PCB Development Tools Photovoltaic charging Film Ultra-thin Heat Conversion solution 4 多彩な取扱い製品一覧 エネルギーソリュー ションとなる製品です。 FPGA/CPLD Embedded WiFi Antenna Optical Components and Modules DC-DC Converter SoC Ultra Low Power WiFi Chip High Brightness LED Emitter Power Line Communication High Performance Analog ICs Power over Ethernet ICs and Systems Communication & Storage ASSP LCD & Touch Panel GUI Controller Magnetoresistive RAM (MRAM) SRAM, FIFO, CLK, Serial Switch Ultra-Low power Microcontroller IEEE802.11n 4x4 Integrated Single Chip Optical Wavelength Select Switch (WSS) DAB/DAB+/DMB Radio SoC InfiniBand Interface ICs & Subsystems Ultra-Thin Secondary solid battery DC-DC Converter Module ALTIMA Confidential 10GBase-T PHY FPGA & PCB Development Tools Photovoltaic charging Film Ultra-thin Heat Conversion solution 5 ENEX2011/Smart Energy Japan2011に出展 これらの製品とソリューションをご紹介し、多数のご来場 を頂きました。 http://www.altima.co.jp/event/enex2011_digest.html ALTIMA Confidential 6 環境発電（エネルギーハーベスティング）とは？ ALTIMA Confidential 7 アルティマのワンストップ・ソリューション ALTIMA Confidential 8 【第一部】 環境発電∼蓄電までのソリューション 様々なアプリケーションへの応用が可能 ALTIMA Confidential 9 環境発電：発電∼蓄電までのソリューション ALTIMA Confidential 10 Infinite Power Solutions ALTIMA Confidential 11 Infinite Power Solutions 薄膜全固体二次電池 全固体 超薄膜（厚さ0.17mm) 10000回の充放電 高速充電（10分で90%） 超低リーク(1年で１％未満） ALTIMA Confidential 12 Infinite Power Solutions 製品ラインナップ (MEC) Infinite Power Solutions社(IPS)のMicro Energy Cell Æ超薄型：0.17mm Æ再充電回数：10,000回 Æ定リーク：容量減が年間1%未満 Æ高速充電：10分で90%充電可能 Æ容易な充電制御：定電圧充電(4.1V)が可能 ALTIMA Confidential 13 Infinite Power Solutions 製品ラインナップ (MPM and D-MPM) INFINERGY MPM Output Voltage Options Output Power Storage Capacity Peak Continuous Current Input Power Minimum Charge Acceptance Operating Temperature Range Cycle Life INFINERGY D-MPM Voltage output options Peak continuous output current Size :LDO regulated output options of 2.1V, 2.7V, 3.3V, and 3.6V :Up to 100 mW @ 25°C :0.7mAh or 1mAh :30mA @ 25°C :Any Power Source up to 150 mW :1uW :–40°C to +85°C Continuous :10,000+ Cycles :Regulated 2.1V, 2.7V, 3.3V, 3.6V, Adjustable :Unregulated 4V (Vbatt) :30mA and 60mA at 25°C :26mm x 26mm x 4mm ALTIMA Confidential 14 Infinite Power Solutions 製品ラインナップ (ADP) X Designed for customers to easily evaluate THINERGY™ MEC products Microprocessor-based LCD display for user interface X X X THINERGY™ Application Development Platform (ADP) X X Customers can safely attach and power their applications from the MEC Card Provides charge and short circuit protection Interface for Energy Harvesting devices or other charging circuits Powered from USB or wall power Kit includes ADP, 3 MEC Cards, and power supply, and User Guide Simplifies & Accelerates Your System Design! ALTIMA Confidential 15 Infinite Power Solutions Safe, Solid-State Technology X Uses all solid-state materials: Metal foil substrate (highly solderable material) Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) cathode Lithium Phosphorus Oxynitride (LiPON) electrolyte Li Metal Anode Polymer Seal Metal foil encapsulation Anode (-) Seal(LiPON) Cathode (+) Electrolyte Substrate Ultra-Thin Energy Solution Batch process on world’s largest cluster tool ever developed for solid-state batteries Volume production tool (not R&D scale) ALTIMA Confidential 16 Infinite Power Solutions 幅広い製品応用例 Wireless Sensor Nodes (WSN) Industrial Automation Smart Metering Smart Homes/Buildings Security Automotive/Aviation Civil/Structural Monitoring Data Center Energy Mgt Powered Cards/Intelligent ID Biometrics E-Passports Secure Authentification Semi-Active RFID Inventory/Supply Chain Mgt RTLS/Asset Tracking Medical Devices and Sensors Topical & Implantable Cochlear Implants Military/Aerospace Commercial Aviation Hand-held Devices Real Time Clock Power Memory Backup/SSDs Flexible/Printed Electronics NexGen Consumer Electronics SuperCap Replacements ALTIMA Confidential 17 Konarka Technologies ALTIMA Confidential 18 Konarka Technologies 製品概要 有機薄膜型太陽電池セル（Organic Photovoltaic Cell） 有機薄膜型では世界で初めて量産化 印刷技術を用いて製造、大量生産で安価な製品を提供可能 フィルムタイプでフレキシブル、半透明製品も製造可（透過率30%） シリコンタイプと比べて微光環境での変換効率が優れる 屋外：３％、屋内：５％ バルクへテロ バルクへテロ ジャンクション ジャンクション テクノロジー テクノロジー ALTIMA Confidential 19 Konarka Technologies 会社概要 • 2001年マサチューセッツ大学とカリフォルニア大学からスピンアウトし設立 • 現在世界で唯一有機薄膜太陽電池(OPV)の商業生産を開始 • 300にも及ぶ特許及特許出願による知的所有件を保持 • 少数精鋭による組織から成る専門集団 • 160億の民間資金と18億の公的補助金を獲得し最先端技術を開発 • 米国、欧州、アジア、日本(2010年4月)に拠点を構える Headquarters: Lowell, MA, USA Nuremberg, Germany ALTIMA Confidential Linz, Austria 20 Konarka Technologies 安価で安全な製造方法（ROLL to ROLL） ロールツーロール製法(特許) • 連続する塗布/コーティング技術 • 柔軟性の高い基材 • 安価な設備投資 低温、低消費、低炭酸ガス排出での製造 • 既存の塗布/コーティング設備を利用 • ALTIMA Confidential 21 Konarka Technologies 広範囲な発電領域が特徴 最大出力(%) Power Plastic アモルファスシリコン 100 75 50 25 0 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 一日の時刻(HH) ALTIMA Confidential 22 Konarka Technologies OPV vs. 薄膜シリコン （低光量での変換効率比較） 変換効率 OPV (110 OPV (110)) 薄膜シリコン 出力 OPV (110 OPV (110)) 薄膜シリコン 1 Sun 3.0% 9.0% 509.9 mW 395.0mW 5,000 Lux 6.0% 6.6% 13.8 mW 2.9 mW 1,000 Lux 5.3% 2.9% 2.4 mW 0.6 mW 500 Lux 4.9% 1.9% 1.1 mW 0.3 mW 10.0% 1000.0 mW 9.0% 8.0% OPV (KT‐50) OPV (KT‐50) Poly‐Si Poly‐Si 100.0 mW 7.0% 6.0% 5.0% 10.0 mW 4.0% 3.0% 1.0 mW 2.0% 1.0% 0.0% 0.1 mW 1 Sun 5,000 Lux 1,000 Lux 500 Lux 1 Sun 5,000 Lux 1,000 Lux 500 Lux 低光量での変換効率が高い ALTIMA Confidential 23 Konarka Technologies ALTIMA Confidential 24 Konarka Technologies OPVの採用事例 • • • • • 照明や充電器への充電 携帯やパソコン 海上での電力 緊急用の通信手段 軍事用途 ALTIMA Confidential 25 Konarka Technologies アウトドア・アプリケーション（住設関連） ALTIMA Confidential 26 Konarka Technologies 民生品（ポータブル・チャージャー） ALTIMA Confidential 27 Konarka Technologies アウトドア・アプリケーション ALTIMA Confidential 28 Konarka Technologies 新開発：シースルーパネル 柔軟で薄いOPV 技術の利点を応用 • 波長調節可能なセルを用いた化学的性質 が特定波長と同時に幅広いエネルギーを 吸収します • 太陽の入射角にあまり影響を受けない • 熱効率係数が良い 仕様: 色：Red | Green | Grey | Blue 意匠：ストライプ＆ソリッド 透過率：30%まで対応可能 ALTIMA Confidential 29 Konarka Technologies OPVをご採用いただく利点 ALTIMA Confidential 30 Perpetua 製品概要 熱伝変換モジュール・フィルム 高品質・高費用対効果で用途が広い「熱伝変換ソリューション」 フィルムタイプ製品（TEG Film）をカスタマイズ可能 コンシューマーから産業機器まで幅広い応用範囲 ALTIMA Confidential 31 Perpetua 会社概要 Unique Thermoelectric Technology • • • • Exclusive licensee of >10 years of applied R&D at the Pacific Northwest National Lab Designed for power (rather than cooling) Highest performance worldwide Broad patent portfolio Easy to Use Wireless Sensor Solutions • • • Packaged with energy storage & electronics Plug & Play Convenience 2009 R&D100, Regional and National Awards Headquartered in a Center for Thin-Film Excellence • • • US Department of Energy Lab (PNNL) Academia (Oregon State, Univ. of Oregon) Global Companies (Hewlett-Packard, Intel) ALTIMA Confidential 32 Perpetua なぜ熱電変換なのか？ Battery Challenges: Fixed Battery Life Limits Duty Cycles Solutions: Renewable Batteries • Designed as a battery equivalent • Constant voltage and plenty of current • Renewably replenishes over time Want Functionality in Hot/Cold Environments Eliminate Replacement Costs Reduce Disposal Issues ALTIMA Confidential 33 Perpetua 製品紹介：Power Puck Life-long, renewable battery equivalent • Renewable energy from waste heat • Like a battery with constant 3.3 volts (adjustable) • Rapid installations • Compatible with leading wireless sensor systems ALTIMA Confidential 34 Perpetua 想定される市場 WSN Wearable (wBAN) ALTIMA Confidential Ground-based 35 Perpetua ワイヤレスセンサー・ネットワーク（WSN) Perpetua WSN Focus Areas Equipment Monitor Energy Efficiency Monitor Condition Based Steam Traps HVAC Systems Monitoring Switches and Controls Automatic Faucets Leak Detectors According to the latest ABI research report on the WSN market, a strong uplift in shipments in 2010 will help drive growth from a little more than 10 million chipsets in 2009 to 645 million in 2015, a CAGR of 99.6%. ALTIMA Confidential 36 Perpetua 人体温度差発電（wBAN) Perpetua wBAN Focus Areas Physiological Sensors Wearable Location Monitor Wearable Accessories First Responders Patients Watches Personal Health Independent Care Hearing Aids ALTIMA Confidential 37 Perpetua 地熱差発電（Ground-Base) Unattended Ground Sensors Border Security Perimeter ALTIMA Confidential Seismic Monitoring Oil & Gas Environmental Condition Monitor Civil Infrastructure Pipelines 38 ALTIMA Confidential 39 リニアテクノロジーについて X X X 本社： 米国カリフォルニア州ミルピタス 設立： 1981年 事業： 高性能アナログ集積回路の開発・生産・販売 X Linear Technology 社は高性能標準アナログICの リーディングカンパニーです。世界47拠点で、 7,500種類の製品を展開。 X アンプ、バッテリマネージメント、データコンバータ、 高周波、インターフェイス、電圧レギュレータ、電圧リ ファレンスなどの高品質アナログ製品を提供 ALTIMA Confidential 40 リニアテクノロジー社の環境発電IC Part Number Description Energy Source LTC3108-1 小さい温度差を利用し、僅か20mVの低電圧から 昇圧できる、自己共振方式を採用したDC/DCコン バータ。 温度差 LTC3109 環境発電用の昇圧DC/DCコンバータと蓄電など の電力管理機能が集積されたIC。 熱エネルギー LTC3588-1 外部ピエゾ素子等の圧電トランスデューサーから の電力を整流して蓄電し、安定化するIC。 振動 LTC4070 リチウムイオン/リチウムポリマーバッテリーの充 電と保護を行う小型シャント型チャージャー。充電 電流が極端に低くなっても、間欠的になっても、充 電を継続できます。 太陽光、 ピエゾ素子 ALTIMA Confidential 41 微弱電圧(20mV)からでも、昇圧を 可能とするDC/DCコンバータ 熱エネルギーを利用した環境発電。 ±を問わず入力電力を昇圧変換可能。 ピエゾ素子等の「振動ソース」から 効率的に電力を取り出せる DC/DCコンバータ ALTIMA Confidential 42 充電池への電圧チャージ 入力の充電電流が極端に低くなったり、間欠的に なっても、蓄電池への安定継続充電が可能 ALTIMA Confidential 43 太陽光を利用した充電池チャージャー 入力電圧 4.95V ∼ 32V 対応 2Aまでのチャージ電流に対応 多種バッテリーに対応: リチウムイオン、リチウムフェライト、 SLA電池、ニッケル水素、ニッカド電池 ALTIMA Confidential 44 では、環境から取り込んだ電力 を有効利用するには・・・？ ALTIMA Confidential 45 【第二部】 電力を効率的に有効活用 するソリューション ALTIMA Confidential 46 半導体ソリューションで電力 有効活用する、ということは… X省電力であること（効率） X使用時間が短くて済むこと（性能） ALTIMA Confidential 47 アルティマのワンストップ・ソリューション ALTIMA Confidential 48 最近の「省電力」のトレンドです！ アプリケーションのトータル消費電力 = 処理に使う電力×時間 処理時の電力 Power Time ALTIMA Confidential 49 Energy Micro ノルウェー Energy Micro社 超低消費電力 Gecko マイコン のご紹介 ALTIMA Confidential 50 EnergyMicro社の マイコン XARM Cortex-M3プロセッサー を搭載した32bitマイコンです。 X 必要な時だけにプロセッサー を動作させ短時間で処理出来る ので「Totalで超低消費電力」です 製品名 ：EFM32 愛 称 ：Gecko（ゲッコー） ALTIMA Confidential 51 英語で「Gecko（ゲッコー）」 X 普段は「じーっ」としており、無駄な生命エネルギーを 消耗しない X 餌が近づいた時は「瞬時に」起き上がり「一瞬にして」 捕獲してしまう。 X 食べ終わったら、また「じーっ」としている。 故に10%程度の生命エネルギーで生存できる。 つまり活動自体が「Totalで省エネルギー」なのです。 マイコン ALTIMA Confidential 52 マイコンなんて、基本どれも同じでは？？ マイコン CPU and Memory Clock Management Memory Protection Unit ARM Cortex-M3 processor Flash Program Memory RAM Memory Debug Interface Energy Management High Freq Crystal Osc High Freq RC Osc Low Freq Crystal Osc Low Freq RC Osc DMA Watchdog Oscillator Voltage Regulator Comparator Power-on Reset Brown-out Detector Voltage 32-bit BUS Peripheral Reflex System Serial Interfaces USART Low Energy UART UART I2C I/O Ports External Bus Interface External Interrupt General Purpose I/O Pin Reset Timers and Triggers Analog Modules Security Hardware AES Timer/ Counter Low Energy Sense ADC ADC Low Energy Timer Real Time Counter Operational Amplifier LCD Controller Pulse Counter Watchdog Timer Analog Comparator ALTIMA Confidential 53 マイコンなんて、基本どれも同じでは？？ マイコン CPU and Memory Clock Management Memory Protection Unit ARM Cortex-M3 processor Flash Program Memory RAM Memory Debug Interface Energy Management High Freq Crystal Osc High Freq RC Osc Low Freq Crystal Osc Low Freq RC Osc DMA Watchdog Oscillator Voltage Regulator Comparator Power-on Reset Brown-out Detector Voltage 32-bit BUS Peripheral Reflex System Serial Interfaces USART Low Energy UART UART I2C I/O Ports External Bus Interface External Interrupt General Purpose I/O Pin Reset Timers and Triggers Analog Modules Security Hardware AES Timer/ Counter Low Energy Sense ADC ADC Low Energy Timer Real Time Counter Operational Amplifier LCD Controller Pulse Counter Watchdog Timer Analog Comparator ALTIMA Confidential 54 そもそもアクティブ時 の消費電力が低い 高速演算で処理時間 を大幅に短縮 ARM Cortex-M3 は高性能・高速 処理が特徴！ ALTIMA Confidential 55 そもそもアクティブ時 の消費電力が低い 高速演算で処理時間 を大幅に短縮 瞬時にウェイク アップ！ 動作温度範囲：-40℃∼85℃ ALTIMA Confidential 56 スタンバイ電力が 非常に低い 自立動作する ペリフェラル プロセッサーがスリープ状態で も、ペリフェラルが自立的に 反射動作する DMA (Direct Memory Access) Peripheral Reflex System ペリフェラル同士 を直接つなぐ機能 がシステムの 自立動作を確立 もちろん、個々のペリフェラル は独自設定可能 Z Z Z ARM Cortex-M3 processor Reflex Producers Timer GPIO Reflex Consumers ADC DAC Peripheral Reflex System ALTIMA Confidential 57 どんなところに使えそう？ マイコン ALTIMA Confidential 58 超低消費電力 WiFiチップセット ALTIMA Confidential 59 製品特徴 GS1011 低消費電力WiFi SoC X 無線LAN X 対応規格 伝送レート 無線出力 受信感度 伝送距離 IEEE802.11b 準拠 11/ 5.5/ 2/ 1Mbps <CCK/QPSK/BPSK> 9dBm typical -90dBm to -81dBm @ 1Mbps to 11Mbps. 屋内：50-70m、屋外：200-300m パッケージ 10 x 10 x 0.85 mm、102pin QFN、RoHS準拠 X 温度範囲 -40∼+85 ºC ALTIMA Confidential 60 製品特徴 X 超低消費電力WiFi = バッテリ寿命が長い ! 12年以上、1分毎で5年以上 1時間毎の通信で ALTIMA Confidential 61 Wi-Fi 消費電力削減技術 ポイント X 待機電力が低い（スタンバイ時∼5μA） X 搭載回路の電力ステートを動的に制御 X 間欠動作 Æ センサーノード等では、殆どの時間が Standby / Deep Sleep システムステート 電圧 消費電流 消費電力 ウェイクアップ時間 1.2~3.6V ~5μA ~18μW 6ms Deep Sleep 1.8V 110μA 0.19mW 5ms Processor Sleep 1.8V 7.2mA 13mW ~1us App CPU @ 22MHz 1.8V 17.2mA 31mW ~5us WLAN CPU @ 22MHz 1.8V 21.5mA 39mW ~5us Receive 1.8V 144mA 260mW N/A Transmit 1.8V 192mA 345mW N/A Standby ALTIMA Confidential 62 Wi-Fiセンサーノードの動作例 エネルギー消費を最小化！ Energy = Power * Time 2.5min BOOT 1min 1min Wake-up Standby See next page ALTIMA Confidential 63 メディカル、ヘルスケア X 応用事例： 心拍計 / 血圧計 体重 / 体脂肪計 血糖値メーター 患者位置測定 / 医療機器位置測定 万歩計 / エクササイズ機器 Continua Health Alliance 2010年の検討テーマ＝Wi-Fi 各社GainSpanを使用して WLANを評価中。 ALTIMA Confidential 64 Smart Energy for HAN, AMI X 検討事例: Smart-Meter:自動検針(マルチホップ無線通信) ワイヤレス白物家電機器、ワイヤレスコントロールパネル. 空調機器コントロール ALTIMA Confidential 65 ビルディング・オートメーション X 検討事例： 室温監視 セキュリティ モーションセンサー 照明監視 窓の開閉 ■現状 •LONWORKS / BACnet / 独自プロトコル •有線(二芯ケーブル)にて, 数百- 数十キロビル内を這わせてる.状況。 ■WiFi化ニーズ •ケーブル、メンテナンス費用削減の為 •改正省エネ法の施行（2010年4月）にともなう電力レポート対応 ALTIMA Confidential 66 センサーネットワーク（工業用） X 検討事例 対象： 工場プラント、発電所、系統変電局 目的： 各種センサー情報の収集 温度、湿度、圧力、pH、振動、漏洩、流動、予知保全 ALTIMA Confidential 67 アルティマのワンストップ・ソリューション ALTIMA Confidential 68 詳細は http://www.altima.co.jp/event/enex2011_digest.html ALTIMA Confidential 69