【現電池メーカー設計者が語る】エコカーに求められるバッテリーとは？

今、世界中で環境問題について騒がれています。地球温暖化、大気汚染の影響によりガソリン車、ディーゼル車の販売禁止の規制など様々な動きがある中で、エコカーがますます注目されております。そこでエコカーに求められるバッテリーの性能についてまとめてみました！
エコカーについてまとめた記事についてもご参照ください！
これからの自動車業界を引っ張っていく存在であるバッテリーについてざっくり知りたい！という方は是非チェックしてみてください！

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目次
・エコカーに求められるバッテリーとは？
・HVに求められるバッテリーとは？
・EVに求められるバッテリーとは？
・PHEVに求められるバッテリーとは？
・まとめ

●エコカーに求められるバッテリーとは？
まず、エコカーについて求められる電池についてです。
エコカーとはここでは、HV、EV、PHEVを総称したものになります。

✔求められるバッテリー
①携帯用機器用リチウムイオン電池よりも数倍から十倍程度の高い出力特性。
②高容量な電池であるため、より大きな電流での充放電に耐えうる高い安全性を担保するための部材選択と電池構造の設計。
③Wh当たりの電力コストが問題となるため、より安価なリチウムイオン電池が求められる。
④10年～15年の耐久年数を要するサイクル特性

これらはエコカー全般に求められる電池性能となりますが、HV、EV、PHEVでそれぞれ求められるバッテリーは実は結構異なります。以下に解説したいと思います！

●HVに求められるバッテリーとは？
まずHVは、内燃機関であるエンジンと同時に電気駆動のモーターを搭載し、2つの駆動源を持つ車のことです。基本的にはエンジンを電気駆動で補うというシステムのガソリン車に近い性質の車となります。車両速度に応じて最も効率の良くなるようにモーターとエンジンを適宜使い分けております。例えば、以下のように使い分けております。
車両速度が低い場合：モーターを利用。
車両速度が高い場合：エンジンを主体に利用。
車両を停止する場合：モーターを発電機として、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し2次電池に一旦貯めることでエネルギーの再利用実施。
エンジンのエネルギー効率の良い領域を積極的に利用することで、ハイブリッド車の燃費向上を図ることが重要となります。

✔求められるバッテリー
HV用の単電池容量は約5Ahの高出力型になります。簡単に言うといわゆる容量が小さくて瞬発力を求められるバッテリーになります。ランナーで言えば、単距離走者がHV用のバッテリーになります。エンジンが苦手な低回転の部分を押し出す瞬発力をアシストするものが求められます。
また、回生時の電流値は比較的に大きいため、電池には高い入出力特性が要求されます。
そのためには、高いイオン電導性を有する電解液の開発が必要です。
電解液に対してはLiイオンの高い輸率も求められ、電池で使用される部材の開発と電極設計技術により入出力特性を改善することが重要となります。

●EVに求められるバッテリーとは？
EVとはエンジンがなく電気駆動のモーターのみで走る車のことです。

✔求められるバッテリー
EV用の単電池容量は約50Ahの高容量型になります。ランナーで言えば、長距離走者がEV車用のバッテリーになります。1回の充電で長距離運転出来るようにするために、体積当たりのエネルギー密度が大きな電池が必要になります。現在は1回の充電でおよそおよそ200km走行が可能です。(200Wh/kg)
正極に3元系やLi過剰固溶体正極使用、負極にLiとの合金系材料Li金属そのものといった新しい活物質材料を使用することで、400Wh/kg～500Wh/kg程度のエネルギー密度が達成出来る見込みです。(400km～500km)　ゴールとしては、1000Wh/kgであるとされます。
また、全固体電池というものも研究されており、通常のリチウムイオン電池には可燃性の電解液が入っていますが、その液体部分をイオンが移動する固体の物質に変えたものになります。この電池が実現すれば安全性、容量が飛躍的に向上するとされております。

●PHEVに求められるバッテリーとは？
PHEVは、HVに比べ大きなバッテリーと、エンジンの両方を積むことによってエネルギー効率と給油速度を両立させた車となります。いわゆるHVとEVの中間的な存在です。
コンセントで直接バッテリーに外部充電が出来、モーターのみで走行可能な範囲でEVとしても使用できます。また、コンセントをつなぐことで家庭へ給電するという自家発電装置の1役割も兼ねる事が出来ます。

✔求められるバッテリー
PHEVは、いわゆるHVとEVの中間的な存在なので出力も容量もHVとEVの中間の性能が求められます。HVに対しては大容量バッテリーが求められ、約10倍の容量が必要になります。また出力についても、EVより大きな出力が求められ、約5倍の出力性能が必要になります。

●まとめ
上記でまとめた電池性能についてまとめると以下の表のようになります。