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リチウムイオンバッテリーの分類と用途1

   

チウムイオン電池はスマートフォンやノートPC等コンシューマ向けが中心でしたが近年、環境問題に後押しされる形で車載用、定置用途といった省エネルギーへのニーズが急速に拡大しました

特にEV(テスラモーター等)や大型蓄電池設備等の高性能領域での需要が顕著となっています

 

車載用リチウムイオンバッテリー市場
・EV、PHEV、HEV用途

定置用リチウムイオンバッテリー市場
・住宅用、商業用、系統接続用

非定置用リチウムイオンバッテリー市場
・コンシューマ用、動力用

 

車載用リチウムイオンバッテリーの市場

車載用リチウムイオンバッテリー市場はEV、PHEV、HEV等に分類されます
出力、エネルギー密度、充放電特性、コスト等の様々な要求に合う種類のリチウムイオン電池が採用されています

テスラモーターのモデルSが事故時に炎上したように安全性の担保は各EVメーカーの共通課題となっています

トヨタ、プリウスのようにEV走行が可能なHEV(ハイブリッドEV)はストロングHEVと位置付けられ、アイドリングストップ、起動をエネルギー回生で行うシステムをマイクロHEV、走行時モーターアシストを行うものをマイルドHEVと位置付けています
日産eパワーに代表されるバッテリー充電用に小型エンジンを搭載したものはレンジエクステンダーEV、と分類します

EV system

EV用リチウムイオンバッテリー

外部電源または回生エネルギーによるモーター動力を使用して走行する自動車がEV呼ばれ、現在は駆動電源にエネルギー密度の高いリチウムイオンバッテリーが採用されています
電池の容量により航続距離が決まりますが室内空間とバッテリー搭載スペースの関係からエネルギーの高密度化が課題となっています

日産リーフは旧モデルでは228kmだった航続距離が新モデルでは400kmまで延長されています
日産リーフのバッテリーはオートモーティブパワーサプライ(株)(AESC)が開発した高容量リチウムイオンバッテリーを採用したと一部報道で言われています

EV用リチウムイオンバッテリーの容量は
日産リーフ 40kWh
テスラモーター モデルS 85kWh

充放電特性は大電流の急速充放電に耐える性能が求められますが、大容量、サイクル回数も必要なため充放電レートは抑えた設定にする必要があります

EV市場はリチウムイオン電池の独壇場となっており、HEVで主流だったニッケル水素電池はエネルギー密度、メモリー効果の面で劣るため採用しているメーカーはありません

PHEV用リチウムイオンバッテリー
PHEV(プラグインハイブリッド)はバッテリー駆動のモーターと内燃機関(エンジン等)を動力源として走行する自動車の総称です
モーターはHEVのように走行補助目的ではなく、モーター駆動単体での走行を目的としているため、省スペース、高容量化が可能なリチウムイオンバッテリーが採用されています

EVモードでの走行距離は50km程度で各社の電池容量は
トヨタ プリウスPHEV 8.8kWh
三菱 アウトランダーPHEV 12kWh
とリチウムイオンバッテリーの容量は10kWh前後が主流のようです

HEV用リチウムイオンバッテリー
HEV(ハイブリッドEV)は内燃機関の補助としてのモーター駆動目的のため、長距離のEVモード走行は前提として設計されていません
採用バッテリーは以前はニッケル水素が一般的でしたが近年はリチウムイオンバッテリーに移行しています
回生ブレーキからの充電頻度が高いことや発進時の補助等、短時間の出力特性が重要なため、EVのようなエネルギー密度重視ではなく、出力密度重視のリチウムイオンバッテリー採用となっています

容量としてトヨタ プリウスで0.75kWh その他セダン等でも1.5kWh程度の容量となります
これはEV、PHEVに比べ競合による車体価格の抑制が必要なためのコスト低減措置と考えてよいと考えます
以前はニッケル水素電池がバッテリーに使用されていたが、量産効果によるリチウムイオンバッテリーの価格低下により上級グレードにはリチウムイオンバッテリーを使用し、中級グレード以下はニッケル水素電池を使用という構成が見てとれる

アイドリングストップシステム

スズキなどが搭載しているリチウムイオンバッテリーは減速時の回生エネルギーをバッテリーに充電し、エンジン始動時のアシストに使用するという機能がある
減速、停止、発進で使用するため充放電特性が高い必要があり、エンジン始動時の鉛電池補助用という設定のためエネルギー密度は低く設定されている
スズキ アルトでは36Wh程度となっている

今後は欧州車で採用が始まっている48Vシステム移行に伴い容量も増えていくと考えられます
競合として鉛蓄電池ですがブレーキ回生等での使用の場合エネルギー密度は低くても良いので、ニッケル水素電池や電気二重層コンデンサを採用している企業もあります

次回は定置用バッテリーについて記載したいと思います

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