内蔵部品編
バッテリー電気バスの屋根に搭載されたバッテリーパック
電気自動車 (EV) 用のバッテリー パックの設計は複雑で、メーカーや特定のアプリケーションによって大きく異なります。
実際のバッテリー セルは、さまざまなパック メーカーが好むように、異なる化学組成、物理的形状、およびサイズを持つことができます。
実際のバッテリ セルは、パックの総電圧および電流要件を達成するために、常に直列および並列に接続された多くの個別のセルを組み込んでいます。 すべての電気駆動EVのバッテリーパックは、数百個の個別のセルを含むことができます。
製造と組み立てを支援するために、セルの大きなスタックは、通常、モジュールと呼ばれる小さなスタックにグループ化されます。 これらのモジュールのいくつかは、1 つのパックに配置されます。 各モジュール内で、セルは電流を流すための電気経路を完成させるために溶接されます。 モジュールには、冷却機構や温度モニターなどのデバイスを組み込むこともできる。 ほとんどの場合、モジュールは、バッテリー管理システム (BMS) を使用して、スタック内の各バッテリー セルが生成する電圧を監視することもできます。
バッテリー セル スタックは、短絡状態でのパックの電流を制限する主ヒューズを備えています。
バッテリーセルスタックには、短絡状態でパックの電流を制限するメインヒューズがあります。「サービスプラグ」または「サービス断路器」を取り外して、バッテリースタックを電気的に分離した 2 つのハーフに分割することが可能です。
バッテリー パックには、バッテリー パックの電力を出力端子に分配することを制御するリレーまたはコンタクターも含まれています。 ほとんどの場合、最低 2 つのメイン リレーがあり、バッテリー セル スタックをパックのメイン プラスおよびマイナス出力端子に接続し、電気駆動モーターに高電流を供給します。 パックの設計によっては、プリチャージレジスタを介した駆動システムのプリチャージ用や、補助バスへの電力供給用の代替電流経路があり、それらにも関連する制御リレーが存在します。
バッテリー パックには、さまざまな温度、電圧、および電流センサーも含まれています。
バッテリーパックのセンサーからのデータ収集とパックリレーの起動は、パックのバッテリーモニタリングユニット (BMU) またはバッテリー管理システム (BMS) によって実現されます。 BMS は、バッテリー パック外の車両との通信も担当します。
充電について
BEV のバッテリーは定期的に充電する必要があります。 BEV は最も一般的に電力網から充電します (自宅または道路や商店の充電ポイントを使用)。電力網は、石炭、水力発電、原子力、天然ガスなど、さまざまな国内資源から生成されます。
適切な電源を使用すれば、通常、1 時間あたり電池容量の半分を超えない充電率 (「0.1%」) で、良好な電池寿命を達成できます。
適切な電源を使用すれば、通常は1時間に電池容量の半分を超えない充電速度（「0.5C」）で、フル充電には2時間以上かかりますが、大容量電池でもより高速な充電が可能です。
家庭での充電時間は、特別な電気配線工事をしない限り、家庭用コンセントの容量によって制限されます。アメリカ、カナダ、日本など、110 ボルトの電気を使う国では、通常の家庭用コンセントは 1.5 キロワットを供給しています。 230ボルトのヨーロッパ諸国では7〜14キロワット（それぞれ単相および三相230V/400V（相間400V））です。 ヨーロッパでは、EU の安全規制により、新しい住宅には天然ガスの接続がないため、400 V (三相 230 V) の系統接続がますます普及しています。
充電時間編集
Tesla Model S や Renault Zoe、BMW i3 などの電気自動車は、急速充電ステーションで 30 分以内に 80% までバッテリーを充電することができます。 たとえば、250 kW の Tesla Version 3 Supercharger で充電している Tesla Model 3 Long Range は、27 分で航続距離 6 マイル (9.7 km) の充電状態 2% から航続距離 240 マイル (390 km) の充電状態 80% になり、これは 1 時間あたり 520 マイル (840 km) に相当します
ConnectorsEdit
充電電源には 2 つの方法があり、車に接続して使用することが可能です。 1 つ目は、導電結合と呼ばれる直接的な電気接続です。 これは、高電圧からユーザーを保護するコネクタ付きの特別な大容量ケーブルを通して、耐候性のソケットに主電源を接続するのと同じくらい簡単な方法です。 プラグイン車充電の最新規格は、米国ではSAE 1772導電コネクタ（IEC 62196 Type 1）です。 ACEA は、ヨーロッパでの展開に VDE-AR-E 2623-2-2 (IEC 62196 Type 2) を選択しましたが、ラッチがないため、ロック機構に不必要な余分電力が必要となります。
2番目のアプローチは、誘導充電として知られています。
2つ目の方法は、誘導充電として知られています。 パドルは変圧器の一方の巻線であり、もう一方は車に組み込まれています。 パドルが挿入されると、磁気回路が完成し、バッテリーパックに電力を供給する。 ある誘導充電システムでは、一方の巻線が車の底面に取り付けられ、もう一方は車庫の床に置かれます。 誘導充電方式の利点は、導体が露出しないため感電死の心配がないことですが、インターロック、特殊コネクター、地絡検出器を使えば、導電結合方式とほぼ同等の安全性を確保することができます。 また、誘導充電は、充電部品を車外に出すことで、車両の重量を減らすことができる。 トヨタの誘導充電支持者は1998年に、全体的なコストの違いはわずかであると主張し、フォードの導電充電支持者は導電充電がよりコスト効率的であると主張した。
充電スポット編集
2020年4月現在、世界には93,439カ所、178,381のEV充電ステーションがある。
充電前の走行距離編集
BEVの走行距離は使用する電池の数や種類で異なる。 また、車両の重量やタイプ、地形、天候、ドライバーのパフォーマンスも、従来の車両の走行距離と同様に影響を及ぼします。
- Lead-acid batteries は、最も入手しやすく、安価な電池です。 そのような変換は、一般に 30 ～ 80 km (20 ～ 50 mi) の航続距離を持ちます。
- NiMH 電池は鉛電池よりも比エネルギーが高く、プロトタイプの EV では最大 200 km の航続距離を実現しています。 また、リチウムはニッケルよりも安価です。
- ニッケル亜鉛電池は、ニッケルカドミウム電池よりも安価で軽いです。 また、リチウムイオン電池よりも安価です（ただし、リチウムイオン電池ほど軽量ではありません）。
一部のバッテリーは低温で内部抵抗が著しく増加し、自動車の走行距離とバッテリーの寿命が著しく短くなることがあります。
走行距離と性能、バッテリー容量と重量、およびバッテリータイプとコストの経済バランスを見つけることは、すべての EV メーカーにとって課題です。
（バスやトラックを含む）BEV は、通常の短距離使用時に重量を増やすことなく、希望に応じて航続距離を伸ばすために、ジェネトレーラーやプッシャトレーラーを使用することも可能です。 放電されたバスケットトレーラーは、途中で充電されたものと交換することができます。
一部の BEV は、エネルギーおよびパワートレインのトレーラーと車種に応じて、ハイブリッド車になることができます。
トレーラーに搭載された補助バッテリ容量は、車両全体の範囲を拡大できますが、空力抵抗から生じる出力損失を増加し、重量伝達効果を高め、牽引能力を減少させます。
交換と取り外し
充電の代替方法は、消耗した、または消耗しかけたバッテリー (またはバッテリー レンジ エクステンダー モジュール) を完全に充電したバッテリーに交換することです。 これはバッテリースワップと呼ばれ、交換ステーションで行われます。
交換ステーションの特徴は以下のとおりです。
- 消費者は、バッテリの資本コスト、ライフサイクル、テクノロジー、メンテナンス、または保証の問題を気にする必要がありません。
- 詐欺の可能性 (バッテリーの品質は完全な放電サイクルでのみ測定可能。バッテリーの寿命は繰り返される放電サイクルでのみ測定可能。交換取引の参加者は、摩耗したバッテリーや効果の落ちたバッテリーを入手しているかどうかを知ることができない)。 バッテリの品質は時間とともに徐々に低下するため、摩耗したバッテリは徐々にシステムに組み込まれることになる）
- バッテリ アクセス/実装の詳細を標準化しようとしないメーカー
- 安全性の懸念
Re-fillingEdit
亜鉛-臭素フロー電池は、コネクタによる充電の代わりに液体で再充填できるので時間の節約になります。
電気自動車用電池のライフサイクル
使用済み電気自動車用電池のダウンサイクル
電力容量の低下により電気自動車に適さなくなった電気自動車用電池は、eバスのパワーパックなどのセカンドライフに再利用することが可能です。 大型ビルのバックアップ、家庭用蓄電池、太陽光・風力発電の供給安定化、通信基地局やデータセンターのバックアップ電源、フォークリフト、電動スクーター、バイクの電源など。 自動車用バッテリーのセカンドライフ用途での再利用には、リバースロジスティクスの特別な専門知識が必要です。 アウディで持続可能な製品開発/循環型経済を担当するアレクサンダー・クプファーは、「これらの自動車用バッテリーを定置型蓄電管理システムで制御できる共通の接続インターフェース」を開発する必要があると述べている。 このようなインターフェースは、電池メーカーに依存しない蓄電制御システムとの通信の仕組みを提供することになる。
Pacific Gas and Electric Company (PG&E) は、電力会社がバックアップおよび負荷平準化の目的で中古バッテリーを購入できることを提案しています。 彼らは、これらの中古バッテリーは自動車ではもはや使用できないかもしれないが、その残存容量はまだ大きな価値があると述べています。
LifespanEdit
Location and relative size of electric vehicle battery packs
個々のバッテリーは、通常、必要なエネルギー能力を与えるためにさまざまな電圧およびアンペアアワーの容量の製品で大きな電池パックに配列されています。 すべてのバッテリーは最終的に消耗し、交換しなければならないため、延長された所有コストを計算する際にバッテリーの耐用年数を考慮する必要があります。
放電深度 (DOD) は、そのバッテリが定格サイクルを達成するために利用可能な総エネルギー貯蔵量の推奨割合です。
放電深度（DOD）とは、そのバッテリーが定格サイクルを達成するために利用可能な総エネルギー貯蔵量の推奨割合のことです。
実際の使用では、ニッケル水素電池を使用した Toyota RAV4 EV の一部は、1 日の走行距離をほとんど変えずに 10 万マイル (160,000 km) を超えています。 Southern California Edison (SCE) の評価より：
「5台の車両テストは、ニッケル水素電池と電気ドライブトレインの長期耐久性を実証しています。 現在までのところ、5台のうち4台でわずかな性能劣化が確認されているだけです…。 EVTCの試験データは、5台すべての車両が10万マイル（16万km）を超えるという強力な証拠となるものです。 SCEは、ニッケル水素電池とドライブトレインの寿命が13万～15万マイル（24万km）である可能性が非常に高いと判断しています。 そのため、EVは同等の内燃機関車のライフサイクルマイルに匹敵するか、それ以上の走行距離を実現することができます。 「2003年6月現在、SCEが保有する320台のRAV4は、主にメーターリーダー、サービスマネージャー、現場代理人、サービスプランナー、メールハンドラー、セキュリティパトロール、相乗りで使用されています。 5年間で、RAV4 EVは690万マイルを走行し、約830トンの大気汚染物質を除去し、3,700トン以上の二酸化炭素を排出しないようにしました。 SCEは、これまでのEVの順調な運用を踏まえ、10万マイル走行後もEVの使用を継続する予定です。
リチウムイオン電池はある程度腐食性があり、使わなくても1年で最大蓄電量の一部が失われる。
ジェイ・レノの 1909 年製のベイカー・エレクトリックは、今でもオリジナルのエジソン電池で動作しています。 BEVのバッテリー交換費用は、内燃エンジン車に必要なオイルやフィルターの交換などの定期的なメンテナンスがないこと、および可動部品が少ないことによるBEVの高い信頼性によって、部分的または完全に相殺されるかもしれません。 また、ギアボックス、冷却システム、エンジンチューニングなど、通常の自動車では整備やメンテナンスを必要とする多くの部品が不要になります。
リン酸鉄リチウム電池は、メーカーによると、70%の放電深度で 5000 サイクル以上に達するとのことです。
リン酸鉄リチウム電池の世界最大のメーカーである BYD は、深層サイクル用途のさまざまな電池を開発しました。 このような電池は、定置型蓄電システムで使用されています。 7500サイクル後、85％の放電で、1Cの割合で少なくとも80％の予備容量を持っている。これは、1日1回のフルサイクルに相当し、最低20.5年の寿命がある。 ソニー・フォルテリオンが開発したリン酸鉄リチウム電池は、100％放電で1万サイクル後の残存容量が71％である。
ソーラーパネルと組み合わせて使用されるリチウムイオン電池は、1万回以上の充放電サイクルという非常に高いサイクル耐性と、最長20年という長い耐用年数を一部持っています。
Plug-in Americaは、Tesla Roadster（2008）のドライバーに電池寿命に関する調査を実施しました。 その結果、100マイル（160km）走行後でも、どの気候帯で走行したかにかかわらず、バッテリーの残量は80～85％であることが判明しました。 テスラは85kWhのバッテリーを搭載したモデルSを8年以内の走行距離無制限で保証しています。
Varta Storageは14,000回のフルサイクルと10年の耐用年数を保証しています。
2016年12月の時点で、世界の歴代ベストセラー電気自動車は日産リーフで、2010年の誕生以来25万台以上販売されています。 日産は2015年に、それまで故障やトラブルで交換しなければならないバッテリーは0.01％で、それも外部から与えられたダメージによるものだけだったと述べています。
リチウムイオン電池は一般的に1年に2.3％容量が低下すると言われていますが、日産自動車では、20万km以上走行した車両で、電池に問題があった車両はありませんでした。
液冷式のリチウムイオン バッテリー パックは、空冷式よりも 1 年あたりの容量低下が少ないです。
耐用年数が過ぎたバッテリーは、再利用またはリサイクルすることができます。 EV の販売が国際的に大きく伸びているため、米国エネルギー省は、使用済みの EV リチウムイオン電池をリサイクルする方法を調査するための研究プログラムを確立しています。
ブルームバーグ BNEF は、電気自動車の普及が加速しているため、電気自動車用バッテリー産業は 2050 年までに 5000 億ドル以上の規模になると予測しています
Vehicle-to-gridEdit
Main article.B>Main article.B>Vehicle-to-GridEditVehicle-to-GridEditMain article.B>Bloomberg BNEF は、電気自動車の普及が急速に進むと同時に、電気自動車のバッテリー産業が 2000 年から 2000 年に 5000 億ドルを超えると予測しました。
スマート グリッドにより、電気自動車がいつでもグリッドに電力を供給できるようになり、特に次のようなことが可能になります。 その後、自動車はオフピーク時に安い料金で充電することができ、夜間の余分な発電を吸収するのに役立ちます。
- 停電時、バックアップ電源として
SafetyEdit
バッテリー電気自動車の安全問題は、国際規格 ISO 6469 で主に取り扱われています。
- 搭載された電気エネルギーの貯蔵、すなわちバッテリー
- 機能的安全手段および故障に対する保護
- 電気災害からの人の保護
消防士や救助員は、電気自動車やハイブリッド電気自動車の事故で遭遇する高電圧や化学物質に対処するための特別な訓練を受けています。 BEV の事故では、バッテリーの急速な放電による火災や煙など、通常とは異なる問題が発生することがありますが、多くの専門家は、BEV のバッテリーは市販車や追突事故でも安全であり、リアにガソリンタンクを搭載したガソリン推進車よりも安全であることを認めています。
通常、バッテリの性能試験には、以下の判定が含まれます。
- State Of Charge (SOC)
- State of Health (SOH)
- Energy Efficiency
性能試験は、自動車メーカー (OEM) の要求仕様に従って、バッテリー電気自動車 (BEV) 、ハイブリッド電気自動車 (HEV) 、プラグインハイブリッド車 (PHEV) のドライブトレインをシミュレーションするものです。
さらに、クライマティック チャンバーは、テスト中の環境条件を制御し、自動車の全温度範囲と気候条件のシミュレーションを可能にします。
特許の編集
オープン ハードウェアと自動車用大型ニッケル水素バッテリーの特許の足かせも参照してください。 たとえば、自動車でのニッケル水素電池の使用に関連する特許は、石油会社である Chevron Corporation の子会社が保有しており、彼らはニッケル水素技術のいかなる販売またはライセンスに対しても拒否権を保持していました。