ハイブリッドと電動パワートレイン向けのバッテリー技術に関するデータ

ボッシュにおけるeモビリティ/伸び続ける走行距離、バッテリーの再利用、自動運転の実用化が変えるバッテリー技術とは

長寿命、 最高の品質、 最高水準の安全性など、 自動車用高電圧バッテリーに求められることは多大です。 そのため、 現在のリチウム イオン バッテリーは、 最低走行距離15万km、 また15年の製品寿命を実現できるよう設計されています。 さらに、 車両に搭載されてこのように長期間使用した後で も、 出荷時の80％の容量と性能を維持している必要があります。 「コスト効率に優れ、 パワフルで信頼性の高い自動車用高電圧バッテリーを開発するのは、 非 常に難しいことです」と、 ボッシュのガソリン システム事業部で役員としてeモビリティを担当するヨアヒム・フェッツァーは述べています。 ボッシュは今後5年間で現在の2倍の性能を持つ高電圧バッテ リーを供給する予定でおり、 それと並行して新しいバッテリー技術の研究にも着手しています。

 

開発： 次世代リチウムイオン バッテリーへの道

リチウムイオン技術： リチウムイオン技術は、 今後数年でさらなる進化の可能性がある技術です。 現在のバッテリーのエネルギー密度は約 115 W h/kg ですが、 これをさらに280 W h/kg まで高められる可能性があります。 そこで、 次世代リチウムイオン バッテリーの研究を進めるため、 ボッシュは株式会社GSユアサ、 三菱商事株式会社と提携し、 合弁会社のリチウムエナジー アンド パワー社（Lithium Energy and Power）を設立しました。 「この合弁会社が目指しているのは、 現在の2倍の性能を持つリチウムイオン バッテリーを作り上げることです」とフェッツァーは述べています。 この目標を達成するために、 各社がそれぞれの強みを結集させています。 GSユアサは、 セ ルの最適化で積み重ねた経験を、 よりエネルギー密度が高く、 走行距離の長いバッテリーの実現に活かし、 ボッシュは高い専門性でバッテリーマネジメントとシ ステム インテグレーションの分野で貢献します。

ポスト リチウムイオン バッテリー： ボッシュのコーポレート リサーチ部門は、 リチウムと硫黄を組み合わせ、 確実にエネルギー密度と容量を向上できる技術など、 ポスト リチウムイオン バッテリーの研究に積極的に取り組んでいます。 この硫黄を使ったリチウム バッテリーは、 最短で5年後には量産化の体制が整うだろうとボッシュは見込んでいます。

 

性能向上： バッテリーマネジメントにより走行距離が10%アップ

セルの化学組成： バッテリーの性能を向上させるにはいくつかの方法があります。 たとえば、 正極と負極に使用される素材は、 セルの化学組成において重要な役割を果たします。 現在のほとんどの正極にはニッケル、 コバルト、 マンガンの三元系（NCM）とニッケル、 コバルト、 酸化アルミニウムのニッケル系（NCA）、 負極にはグラ ファイト、 ソフトあるいはハード カーボン、 またはシリコン カーボンが用いられています。

セルの電圧： 高電圧電解質は、 バッテリーの性能をさらに向上させ、 セル内の電圧を4.5ボルトから5ボルトに引き上げます。 ただし、 この技術には、 性能を向上させつつ、 いかに安全性と長寿命を確保する点で課題もあります。

バッテリーマネジメント： ボッシュは高性能バッテリーに関連し、 さまざまなセルをモニター、 制御することに加え、 システム全体のモニター、 制御にも力を入れています。 ここでは、 CANバスシステムを利用して、 最大10個のマイクロコントローラーでセル内のエネルギー フローを制御するために、 高電圧バッテリーの安定管理が課題となります。 こうした高度なバッテリーマネジメント技術を採用することで、 セルの化学組成を変 えることなく、 走行距離を最大10%伸ばすことも可能になります。

 

インフラ： バッテリー技術に影響を与える自動制御車両

 

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急速： 電気自動車を急速充電できる場所が増えれば増えるほど、 バッテリー技術にも大きな影響を与えると考えられています。 例えば、 バッテリーをいつでもすぐに充電できるようになれば、 走行距離をさほど気にしなくても済むでしょう。

自動運転： 完全な自動制御車両が実現すれば、 ドライバーの手をまったく煩わせることなく、 車両自体が充電スポットを探せるようになるため、 充電もより簡単になりま す。 これについてはすでに、 ボッシュ、 VW、 そして欧州の多くの大学が参加したV-Chargeプロジェクトでも実証されています。 そのプロジェクトのア イデアのひとつは、 ドライバーが駐車場でスマートフォン アプリを操作することで、 電気自動車が自動で充電スポットに向かい充電し、 ドライバーが戻る際に、 自動車が自動で指定のピックアップ場所に戻るというもの です。 また、 そのほかにもさまざまな応用例を考えることができます。 例えば、 ドライバーが携帯電話でカーシェアリング用の車両をリクエストし、 指定した場 所に向かわせるといった操作も可能になるでしょう。 他にも、 業務用車両は、 その製品寿命がバッテリーの寿命とされている15年よりも短くなることが多いた め、 製品寿命など、 バッテリーに関する需要が変化しつつある分野となってきています。

 

3段階の製品寿命： 高電圧バッテリーにとって自動車用はあくまで第一ステップ

バッテリー寿命のいくつかのステージ：業務用車両は短期間にかなりの距離を走行するため、 性能も容量も完全な状態にある新しいバッテリーを必要とします。 しかし、短い距離をたまに走行する車両 向けには、 少し使用しただけのバッテリーで十分に通用します。 バッテリーをこのように使い分けることができれば、電気自動車の全体的なコスト削減につながります。 また、バッテリーは自動車の平均寿命とされる12年を過ぎても、 出荷時の80%の性能と容量を維持しています。 つまり、バッテリーのコンポーネントは、エネルギー貯蔵ユニットとしてまだ利用価値を備えています。

BMW、 バッテンフォールと推進するバッテリー「セカンドライフ」プロジェクト：ハンブルグで、電気自動車の使用済みバッテリーをつなげた大規模なエネルギー貯蔵システムの構築が進められています。 これが実現すれば、数秒以内にエネルギーを供給し 電力網の安定化を図れるようになります。 ボッシュ、BMWグループとバッテンフォールはこのプロジェクトで連携し eモビリティとエネル ギー貯蔵技術の推進に取り組んでいます。

 

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