2023年7・8月号より 車とドライバー。
2011 年、日産リーフは約 21.0 kWh のバッテリーを搭載し、EPA での航続距離は 113 マイルでした。 2023 年リーフ バッテリーは、寸法がわずかに大きいだけで、パック内でほぼ 3 倍の容量と航続距離を提供します。
8,660ポンドのGMCハマーEV SUV（上の写真）の170.0kWhパックのような取り組みにもかかわらず、航続距離の長いEVを設計するということは、必ずしもより大きく重いバッテリーを意味するわけではありません。
ここでは、バッテリーエンジニアが考慮すべき要素と、車両チームが取り組まなければならないトレードオフについて説明します。
細胞化学
EV バッテリーの設計における最も基本的な決定は、どのような特定の化学反応を使用するかです。 バッテリーエンジニアは、エネルギー容量、電力供給、コスト、変動性のバランスを取る必要があります。 多くの場合、電池サプライヤーと自動車メーカーは、テスラとパナソニック、または GM と LG エネルギー ソリューションなど、車両固有のアプリケーションを共同開発します。
米国では、多くの EV が、リチウムにニッケル、マンガン、コバルト、アルミニウムを混合したリチウムイオン電池を使用しています。 これらは NMCA セルとして知られています。
中国では、一般的な化学物質はリン酸鉄リチウム (LFP) です。 コストが低く、入手困難な鉱物の使用が少なく、極端な条件下でも多くの場合安全ですが、この技術が一定の体積に保持できるエネルギーは少なくなります。 テスラは一部の米国モデルにLFPの採用を開始しており、フォードは電気自動車向けにLFPセル工場を建設すると発表した。
セルのフォーマット
バッテリー エンジニアは、各セルがどのような形状 (「フォーマット」と呼ばれる) であるべきかを決定する必要があります。ただし、実際には、すべてのサプライヤーがすべてのセルの化学的性質をすべてのフォーマットで提供しているわけではありません。 テスラは、バッテリー パックに数千個の小型円筒形セル (単三電池に類似) を使用する先駆者となりました。 他の多くのメーカーは、長方形の 2 つのバージョンであるパウチまたは角柱形式の数百個の大きなセルを選択しています。 複数のセルがモジュールにグループ化され、大きな長方形のコンテナに入れられてパックを構成します。 8 つのモジュールを備えたバッテリーもあれば、数十のモジュールを備えたバッテリーもあります。 モジュール内のセルは直列に配線され、モジュールは並列に配線されます。
GM の Ultium ファミリのバッテリー パック。ニッケル、マンガン、コバルト、アルミニウム (NMCA) ブレンドのセルを使用します。
新しい GMC ハマー ピックアップと SUV には、400 ボルトのモジュール グループが 2 つ並列に搭載されており、これらを 800 ボルト シリーズに切り替えることで、最大 300 キロワットの DC 急速充電が可能になります。
セルとパックの寸法
円筒形セルには標準サイズがありますが、他のセル形式の一部は特定の自動車メーカーに固有のサイズで作られています。 エンジニアが直面する課題は、液冷チャネル、モジュール内のセルとモジュールを相互に接続するすべての配線、安全のためのモジュールの適切な分離のための十分なスペースを確保しながら、可能な限り最小の寸法で最大のエネルギーをバッテリーパックに詰め込むことです。 。
現在、航続距離 200 マイル以上のほぼすべての EV には、ドアからドア、車軸から車軸まで続くキャビンの床の下にバッテリーが搭載されています。 多くの場合、収容力を高めるために後部座席の下に盛り上がったこぶがあり、ドイツ人が「フットガレージ」と呼ぶものが、車高の低い車両の後部座席の足元スペースを十分に確保するためにパックの中に埋め込まれている場合もあります。 これらの重い床下パックには重心が下がるという利点があり、車両の安定性とハンドリングが向上します。
容量 (つまり、範囲)
最後に、バッテリーエンジニア、車両製品マネージャー、およびその会計担当者が、提供するバッテリー容量について議論します。 目標は、生活や旅行に実用的な選択肢であると顧客に安心してもらえる十分な航続距離を備え、適切な価格で販売できるEVである。 米国では、日常使用のために内燃機関のモーターを電気モーターに置き換えることを人々に検討させるには、約 250 マイルの走行距離が最低距離であるようであることがわかりました。 GMは、購入者が航続距離を気にしなくなる目安は300マイルだと考えていると述べた。 しかし、窓のステッカーに記載されている EPA の範囲内で実際に走行できる EV はほとんどありません。
それでも、過去 10 年間の EV 開発の中で、これが最も進歩した分野です。 2013年当時、最新鋭は約3万ドルでEPA航続距離75マイルの日産リーフか、9万ドル以上で走行距離265マイルのテスラ・モデルSだった。 現在、その選択肢はさらに広がっています。 航続距離 408 マイルの死人歩行のシボレー ボルト EV は、27,495 ドルで購入できます。 高級セダンの Lucid Air の 1 つのモデルは、走行距離が 500 マイルを超え、6 桁の価格が付いています。
しかし、単にバッテリー容量を増やすだけでは利益は減少します。 パックが大きく重くなると本質的に効率が低下するため、自動車メーカーは競争力を維持するために、優れたバッテリー技術と他の効率を組み合わせなければなりません。
寄稿編集者
ジョン・フェルカー編集 グリーン車レポート 9 年間にわたり、ハイブリッド車、電気自動車、その他の低排出車およびゼロ排出車とその周囲のエネルギー エコシステムに関する 12,000 件を超える記事を出版してきました。 現在は記者兼アナリストとして先進の自動車技術やエネルギー政策を取材している。 彼の作品は、次のような印刷物、オンライン、ラジオ媒体に掲載されています。 有線、ポピュラー サイエンス、技術レビュー、IEEE スペクトラム、NPRの「すべてを考慮した」。 彼はキャッツキル山脈とニューヨーク市を行き来しながら、いつか国際的な謎の男になりたいという希望を今も抱いている。