電気自動車用二次電池
日本電気株式会社 知的財産本部長

西本 裕

抄録
地球環境を保全するために、地球温暖化に影響すると考えられている CO2 の排出量がより少なく、限りある石油資源の消費がより少ない自動車の開発が求められています。電気自動車はエネルギー源として再生可能エネルギーを利用することが可能なため、次世代の自動車として有望視されていますが、その普及には航続距離やコスト等の課題もあります。本編では、これらの課題と密接な関係がある電気自動車用二次電池を中心にその周辺技術に関する開発の経緯や、現状、そして課題、さらには知的財産の状況等を解説します。

1. はじめに

2. 電気自動車

地球環境を保全するために、地球温暖化に影響すると考電気自動車やハイブリッド車にはいくつかの種類があり、えられている CO2 の排出量がより少なく、限りある石油資それぞれに特徴があります。そして、その特徴によって、源の消費がより少ない自動車の開発が求められています。

二次電池に求められる性能が異なります。それらを概観す

エンジンの高効率化や車体の軽量化、低転がり抵抗のタイるために、まず、電気自動車の歴史と特徴を説明します。

ヤの採用等でガソリン自動車の燃費は年々向上していま

2-1. 電気自動車の歴史

す。国土交通省の自動車燃費一覧 1）によると、ガソリン自動車の 10・15 モード燃費平均値は 2000 年には 13.2km/
L であったのが、2012 年には 21.1km/L と 50% 以上改善

電気自動車の歴史はガソリン自動車よりも古く、ドイツされました。しかし、ガソリン自動車の燃費はガソリンエ

人のゴットリープ・ダイムラーが 1886 年に 4 ストローク

ンジンの熱効率で制限されるため 40％を超えるのは難し

エンジンを載せた四輪車を開発する 10 年以上前の 1873

いと言われています。そのため、ガソリン自動車による化

年に、イギリスでロバート・ダビットソンが実用的な電気

石燃料消費量の削減には限界があります。一方、ガソリン自動車を作ったのが始まりです。また、1899 年に史上初エンジンをモーターに置き換えると、そのエネルギー源との時速 100 ㎞超えを達成したのも電気自動車のジャメ・コ

して化石燃料だけでなく太陽光や風力などの再生可能エネ

ンタント号で、その時の記録は 105.9 ㎞ /h でした。そのルギーを用いることが可能になり、もし、全てを再生可能

後も電気自動車の開発は続けられていましたが、1908 年

エネルギーに置き換えた場合には走行による化石燃料の消に米国のフォードが T 型フォードを開発し、ガソリン自動費をゼロにまで抑えることができます。そのため、近年、車の性能が飛躍的に高まったことから電気自動車は市場かモーターを動力源とする電気自動車が注目されています。

ら姿を消してしまいました。戦時中のガソリン不足や高度電気自動車は環境、エネルギーの観点からは未来が明るい

成長期に大気汚染が深刻化した際には、電気自動車への期

反面、現状ではまだ価格が高く、航続距離が短いことや、待が高まりましたが、ガソリン自動車との圧倒的な技術力

さらには充電設備が足りないことなど、技術的・経済的なの差を埋めることができず、普及には至りませんでした。

課題がいくつかあります。そして、これらの課題には二次

しかし、1990 年代以降、地球環境問題が深刻になって来電池の性能や量産技術が深く関わっています。本記事でたため、米国カリフォルニア州の排ガスを厳しく制限する

は、電気自動車用二次電池を中心に、その開発の歴史や現

ゼロエミッションビークル法（ZEV 法）などが制定され、状そして周辺技術を含む課題等を解説します。

電気自動車の開発が急速に進んでいます。

1）国土交通省の自動車燃費一覧

http://www.mlit.go.jp/common/001031306.pdf

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CAR

自動車 ～進化する技術とデザイン～

2-2. 電気自動車の特徴

自動車、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車があります。それらの特徴を以下に説明します。

我々がこれまで身近に接してきたガソリン自動車と電気

2-3-1. 電気自動車 (EV：Electron Vehicle)

自動車にはいくつかの違いがあります。一番大きな違いはエネルギー源の違いです。ガソリン自動車はエンジンでガ

EV の走行に関する基本的な構造はガソリン自動車と同

ソリンを燃焼して走行します。そのため、温室効果ガスのじですが、エンジンの代わりにモーター、ガソリンの代わ

二酸化炭素や人体に有害な窒素酸化物、PM2.5 等を排出りに二次電池が使われており、エンジンは搭載していませします。そして、現時点では、ガソリン自動車はガソリンん。二次電池に充電した電気によってモーターを動かしまが持つエネルギーの 20％しか走行に使うことができませすが、それに加えて、より効率的にエネルギーを使うためん。一方、電気自動車は二次電池に蓄えた電気の力でモーに、ブレーキをかけて減速させる時にモーターを発電機とターを動かすため電気自動車そのものは、排気ガスを放出して作動させ、減速で生じるエネルギーを二次電池に蓄えしません。電気自動車は電気エネルギーの 80％を走行にることができる、回生ブレーキという仕組みも用いられて使うことができますが、その電気は発電所で発電されまいます。EV では車の大きさや用途に応じて、搭載されてす。ですから、電気自動車が使われている地域が、風力、いる電池の量や航続距離等が異なるモデルが開発されてい太陽光などの再生可能エネルギーや、原子力で発電する割ます。例えば、小型の EV である日産リーフは、約 300kg

合が高い場合には、ガソリン自動車よりも二酸化炭素の排のリチウムイオン電池を搭載しているため、航続距離は出量を削減することが可能です。例えば、フランスだと200km 程度ですが、30 分で 80% の急速充電が可能です。

90％、日本でも 50％以上削減することが可能だと見積もスポーツタイプの EV であるテスラモーターズのタイプ S

られています。また、電気自動車はガソリン自動車よりもは、450kg のリチウムイオン電池を搭載し、500km の航構造をシンプルにしやすく、修理やメンテナンスも容易に

続距離、200km/h オーバーの最高速を出すことが可能で、することができます。

充電時間は 4 時間程度です。現時点では、航続距離や、充このように、電気自動車にはガソリン自動車と比べて環

電時間、充電のインフラが十分整備されていない、価格が境面や構造上のメリットがありますが、いくつかの課題が高い等の課題があるため、普及は限定的になっています。

あるため、まだ広範には普及していません。最も大きな課
題は航続距離です。1 回の充電で走行できる距離は 200km

2-3-2. ハイブリッド車（HEV：Hybrid Electric Vehicle）

から 500km 程度ですが、電池が切れた場合の充電時間がEV の課題である航続距離を伸ばす取り組みの中で生ま長いため、ガソリン自動車のように連続で長距離を移動す

れた電気自動車が HEV です。自動車そのものに発電するることが難しいのです。1 回の充電で走行できる距離が制能力を持たせてしまえば、普通の車と同じように燃料を補限される主な理由は、ガソリンと電池のエネルギー密度の充することによって発電をして走り続けることができると違いにあります。単位重量に蓄えられるエネルギー量をエ考えて開発されました。HEV はエンジンとモーターの 2 つ

ネルギー密度と言いますが、ガソリンは 12000wh/kg での動力源を持ち、これらを組み合わせて走行します。エン

あるのに対し、リチウムイオン電池では高くても 200wh/

ジンはある一定の回転数が保たれている時に最も効率よく

kg 程度とガソリンの数十分の一しかありません。電気自動きますが、HEV では、動力源が 2 つあるため、その状態

動車は効率が良いのですが、電池のエネルギー密度が圧倒を作り出すことが可能です。また、電気自動車と同様に回的に低いため、ガソリン自動車と同様の距離を走るために

生ブレーキも用いているため、ガソリン自動車と比べて燃は大量の電池が必要となります。現在販売されている乗用費を向上させることができます。エンジンとモーターの使車には 400kg 以上の電池を積んでいるものもありますが、い方によって、シリーズ方式、パラレル方式、シリーズ・

あまりに重い電池を積み込むと、車の性能が悪くなった

パラレルハイブリッド式に分類され、さらに直接充電でき

り、電池を使い切った時の充電時間が長くなったりするたるものはプラグインハイブリッド車（PHV：Plug-in hybrid

め、逆に使いにくくなることも考えられます。

vehicle）と呼ばれています。

これらの課題に対処するため、純粋にモーターだけで走①シリーズ方式（直列方式）

行する電気自動車だけではなく、エンジンを併用して走行するハイブリッド車等のいくつかの種類の自動車が検討さ

シリーズ方式では、エンジンが発電のためだけに用いられています。

れ、そこで発電された電力をいったん二次電池に貯え、その電力でモーターを動かして車を走らせます。エンジン、発2-3. 二次電池で走行する自動車の種類

電装置、二次電池、モーターという流れが直列になっていることからシリーズ式と呼ばれます。二次電池の充電源がエン

現在、二次電池で走行する自動車の主なものには、電気

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ジンであることを除けば、基本的な構造はEVと同じです。

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②パラレル方式

スを取ることができるため、電池にはそれほど高出力であ

パラレル方式ではエンジンとモーターの両方が車を走行ることは求められませんし、急速充電への対応も不要でさせるための動力として使われ、それらを状況に応じて使す。また、形式によらず、電気自動車用の電池には、低温

い分けています。エンジンは先にも述べたように、ある一から高温まで過酷な自然環境変化に耐える必要があり、自定の回転数が保たれている時に最も効率よく動き、低速走動車事故の際にも安全性が確保されるような高い性能が求行が続く場合や発車や停車などで加速や減速が多いと、そめられます。次章では二次電池の開発の歴史と特徴についの効率が悪くなってしまいます。また、エンジンはアクセて説明します。特にリチウムイオン電池についてはその特ルを踏んで燃料の供給量を増やしても回転数が上がり動力性等を詳しく述べます。

が増えるまでに時間差が生まれてしまいます。一方、モー（http://www.nies.go.jp/social/traffic/pdf/7-all.pdf）

ターは供給される電力が増えれば瞬時に反応して動力を上

3. 二次電池

げることができますが、回転数が高まるとその力が弱まってきます。パラレル方式では、このようなエンジンやモー3-1. 開発の経緯

ターのそれぞれの長所と短所を使い分けることで燃費を向上させています。

人類最初の電池は、イラクのバクダッドで発掘された③シリーズ・パラレルハイブリッド式「バクダッド電池」と呼ばれる土器であるという説がありシリーズ・パラレルハイブリッド式はシリーズ式とパラます。しかし、この土器は本当に電池として使われていた

レル式を組み合わせた仕組みです。車が発車する際や低速のか、宗教行事用の器具だったのか、それともメッキ用の走行などエンジンでは効率が悪い状況では、モーターによ器具だったのか、本当のところはわからないようです。そる EV 走行を行い、一定の速度に達したらエンジンを中心とれゆえ、現在の電池の原型となる確かなものは「バクダッ

した走行に切り替え、必要に応じてモーターがアシストしド電池」よりも 1000 年以上後の 1800 年にボルタによっます。モーターだけによるシリーズハイブリッド、モーターて発明された電池です。この電池は、銅と亜鉛を希硫酸にとエンジンを併用するパラレルハイブリッドを組み合わせ

浸けることによって 1.1V の起電力を発生させることがでているため、シリーズ・パラレルハイブリッドと呼ばれてきるものでした。

います。トヨタのプリウスがこの方式を採用しています。

ボルタが電池を発明してから約 60 年後の 1859 年にはフランスのガストン・ブランテが最初の再充電可能な二次2-3-3.プ ラ グ イ ン ハ イ ブ リ ッ ド 車（PHV：Plug-in電池である鉛蓄電池を発明しました。これは正極に二酸化hybrid vehicle）

鉛、負極に鉛を用いており、これらを絶縁して希硫酸の中直接コンセントから充電することもできるタイプのハイで充放電することによって 2.0V の起電力を得ています。

ブリッド車をプラグインハイブリッド車と呼びます。PHV

ブランテの鉛蓄電池では少量ながら水の分解反応が起こはプラグインではないハイブリッド車に比べ電池を多く搭るため、 電解液が減少する問題がありました。 しかし、載しているため電気のみでより長距離を走行できます。ガ1970 年代に電極等の開発が進みこれらの課題が解消されソリンエンジン車の長距離航続性能を残しながら、電気自てメンテナンスフリーとなり、現在も基本的には同じ構造

動車により近い効率を持つハイブリッド車というメリットの鉛蓄電池が車のバッテリーとして一般に用いられていがありますが、短時間で充電をするためには、200V 以上ます。

の充電設備が必要になります。そのため、HEV はガソリ

携帯機器の二次電池として最初に用いられるようになっン自動車と同様のインフラで導入が可能なのに対し、PHV

たニッケルカドミウム電池（ニッカド電池）は 1899 年には充電インフラの整備が必要なため、導入コストがかかる

スウェーデンのユングナーが発明しました。この電池は正課題があります。

極にニッケルの化合物、負極にカドミウムが用いられており、電解液はアルカリ溶液という構成です。1960 年初頭

これまで述べてきたように、電気自動車には様々な形式に米国で商品化され、日本でも 1963 年から 64 年にかけがありますが、その形式によって電池に求められる特性もて、三洋電機、松下電器産業が民生用として相次いで量産変わってきます。例えば、EV のように電池ですべての動化しました。ニッカド電池は乾電池とほぼ同じ 1.2V の起力を賄う場合は、エンジンによるサポートが無いため、高電力を持っており、過放電、長期放置に強く、大電流が得負荷がかかる際にはモーターに電気を高出力で供給する必られるという特性から、携帯音楽プレーヤー、電動工具、要があります。また、電池切れ等になった時のために、急シェーバーなどに広く使われました。

速充電が必須となり、二次電池もそれに対応する必要があ

ニッカド電池が発明されてからしばらくの間、新たな二ります。一方、HEV では、エンジンとモーターのバラン

次電池の開発は停滞していましたが、1960 年代から水素

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吸蔵合金の開発が活発になり、その成果を活かした電池がムイオン電池にはそれらの電極が用いられています。セパ

発明されました。それがニッケル水素電池です。水素吸蔵

レーターは正極と負極が接触してショートしないようにす合金による電極開発では東芝が進んでいましたが、1990

る役割と、正極と負極をリチウムイオンが行き来して電気

年に世界で最初に商品化したのは松下電池工業と三洋電機を流す通路の役割を果たしています。セパレーターは有機でした。ニッカド電池は電極に有害物質であるカドミウム

材料の薄膜でできていますが、電池に異常が生じて温度がを使用している問題がありましたが、ニッケル水素電池は上昇した場合には、薄膜が溶融してリチウムイオンが通り電極にカドミウムを含まないことから環境面で評価されて抜ける通路を遮断し、電池の反応を止める安全装置の役割います。また同じ体積に蓄えることができるエネルギーも担っています。リチウムイオン電池の電解液は水分を含（体積エネルギー密度）がニッカド電池よりも大きいので、まない有機溶媒でできています。水は 1.23V 以上の電圧が電池を小さくすることができます。これらの特徴からニッ

かかると電気分解されて酸素と水素が発生します。気体がケル水素電池はニッカド電池に変わって携帯機器に用いら発生すると電池の安定性や安全性に影響するため、3V をれるようになり、性能もどんどん向上しました。その結果、超える起電力を持つリチウムイオン電池は電解液に水分を従来から自動車に用いられている鉛蓄電池の数倍ものエネ含まない有機溶媒を用いる必要があるのです。また、鉛蓄

ルギーを出力できる新型電池に進化し、電池を自動車の駆電池では電気を発生するための電極の化学反応に必要な、動源として使用できる可能性が一気に増しました。そしある程度の量の電解液が必要でしたが、リチウムイオン電て、1997 年にニッケル水素電池を用いた、世界初の本格池ではこの反応に電解液は関わっていないため、イオンが的ハイブリッド車として発売されたのがトヨタ自動車のプ

移動するのに必要な最小限の量で良く、電池を軽量化する

リウスです。当初は競合他車と比較して割高だったこともことが可能です。

あり、売上はあまり伸びませんでしたが、モデルチェンジ
による洗練と環境意識の高まりや各種の優遇施策によって売り上げが伸び、日本自動車販売協会連合会の車名別年間
販売ランキング（1 − 12 月）では 2009 年から 4 年連続でトップでした。また、現在でも多くの車にニッケル水素電池は使われています。
ニッカド電池の販売開始からニッケル水素電池の販売開始に至るには 20 年以上を要しましたが、それに続く新型電池であるリチウムイオン二次電池（リチウムイオン電池）
は 1991 年に販売が開始されました。リチウムイオン電池
はニッケル水素電池よりも多くの点で優れており、今後しばらくの間は電気自動車用の電池として主役の座に座り続けそうです。そこで、次はリチウムイオン電池の特性を詳しく説明いたします。
図 1. リチウムイオン電池の構造

3-2. リチウムイオン電池の特性

http://www.jpo.go.jp/shiryou/pdf/gidou-houkoku/24litium.pdf

リチウムイオン電池の基本的な構造は図 1 のようになっ

3-3. リチウムイオン電池の特徴ており、主な構成材料は正極、負極、セパレーターおよび電解液です。電池の起電力やエネルギー密度等の基本的な性能は主に正極と負極の材料の組み合わせによって決まり

リチウムイオン電池はニッカド電池やニッケル水素電池

ます。従来から金属リチウムは起電力やエネルギー密度をと比べて、自動車用二次電池に適しているいくつかの特徴

高くしたりすることが可能な電極材料として着目されていがあります。

ました。しかし、金属リチウムを用いて電池を作ると、充①電圧が高い放電によって電極に樹枝状の金属が成長して、それが電池の性能を不安定にしたり、安全性を損わせたりする問題がニッカド電池やニッケル水素電池の起電力は約 1.2V でありました。樹枝状の金属は最悪の場合、電池をショート

すが、リチウムイオン電池の起電力は約 3.7V です。そのさせ高熱を発生させるのです。ところが、リチウムと遷移ため、直列に電池をつないで自動車に必要な高電圧を作

金属の合金の酸化物を正極に、負極に炭素を用いるとこれり出す場合に必要な電池の本数を約 1/3 にすることができ

らの問題が解決されることがわかりました。現在のリチウます。

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4-1. 電気自動車の課題②エネルギー密度が高い
同じ重さの電池に蓄えられるエネルギー（重量エネル①連続して走ることができる距離が短い

ギー密度）がニッカド電池の約 5 倍、ニッケル水素電池の約 3 倍、 同じ体積に蓄えられるエネルギー（体積エネル

ガソリン自動車は 1 回の給油で 500km 程度走ることがギー密度）がニッカド電池の約 5 倍、ニッケル水素電池のでき、その後、数分間の給油でまたすぐに走ることができ

約 2 倍あります。そのため同じエネルギーを蓄えるためにます。したがって、ガソリン自動車が連続して走ることが必要な電池の重さや体積を小さくすることができます。

できる距離は車の性能で決まるのではなく、むしろ、ドラ
イバーや乗員の休憩時間などに依存します。一方、電気自③メモリー効果がない

動車は 1 充電当たりの走行距離は 200 〜 500km 程度です

ニッカド電池やニッケル水素電池は使い切る前に充電をが、充電に時間がかかります。通常の充電だと 4 〜 10 時する（継ぎ足し充電）をすると電池の容量が見かけ上減少

間程度、 急速充電でも 80％の充電に 30 分間ほど要しま

してしまいます。この現象をメモリー効果と呼びます。こす。そして、現状では急速充電ができる充電スタンドの数の現象は一度完全に放電させてから充電する、いわゆるが不十分です。そのため、連続して長距離を走ることを考「リフレッシュ」を行うと回復することができますが、リえると、ガソリン自動車の利便性にはまだ追いついていま

チウムイオン電池はメモリー効果がほとんどないため、リせん。この問題が解決されるまでの間は主に近距離の移動

フレッシュの必要がありません。そのため、メモリー効果に向いた車として利用されると思われます。

を気にせず、継ぎ足し充電をすることができます。
②価格が高い④サイクル寿命が長い

電気自動車の価格はガソリン自動車よりも高価格です

二次電池は充放電を繰り返すと容量が徐々に減少します

が、それは二次電池の値段が高い事が一因です。コスト低

が、その減少量が一定の割合になるまでの間に使用できる減と売上増はにわとりと卵の関係にありますが、補助金や充放電回数をサイクル寿命と呼びます。リチウムイオン電

優遇措置などを含めた対策が期待されています。

池はこのサイクル寿命がニッカド電池やニッケル水素電池③実質的な CO2 の削減効果は発電所に依存よりも長い特徴があります。そのため電池の寿命が長くな
り、電池交換の頻度を小さくすることができます。

電気自動車そのものはクリーンなのですが、電気自動車

表 1 にこれまで述べてきた、電気自動車に使われる二次に電気を供給する発電所が CO2 等を排出していると実質的電池と鉛蓄電池の比較を示します。これらの値は電池の構な削減効果はあがりません。したがって、環境への負荷を造や測定条件等によって変わる参考値ではありますが、そ低減させるには、発電に再生可能エネルギーを活用するな

れでもそれぞれの電池の特性が大きく異なることが分かり

ど、トータルに考える必要がありますます。

このほかにも、現在は理想的な状況における航続距離が議論されていますが、実際に寒冷地でヒーターを用いると

表1

電気自動車に使われる二次電池と鉛蓄電池の比較

航続距離が減少するなどの実用的な走行に関する課題もあ

※

ります。

ニッケル リチウム
水素
イオン

二次電池の種類

鉛

重量エネルギー密度（Wh/kg）

35

60

200

起電力

2

1.2

3.7

サイクル寿命

3150

2000

3500

メモリー効果無有無4-2. リチウムイオン電池の課題①高出力、高容量化
リチウムイオン電池はニッカド電池、ニッケル水素電池※これらの数字は電池の構造等によって変わるのであくまで参考値
参考：蓄電池戦略 http://www.cmaj.jp/news/view/54と比較して多くの点で優れていますが、電気自動車用の電池としてはまだ、出力や容量が十分とは言えません。高出力化を図るためには例えば、電池内部の抵抗を下げる必要があり、高容量化のためにはエネルギー密度の改善や軽量

4. 電気自動車および二次電池の課題化が必要です。電気自動車では、航続距離を伸ばそうとす
ると、電池の重量が増えて自動車としての性能が落ちるの

環境の観点から電気自動車の普及が望まれており、そので、この課題は特に重要です。

主要部品である二次電池の性能は近年急速に向上していま②安全性の強化す。しかし、電気自動車の普及にはまだいくつかの課題が残っています。

電気自動車に使う際にはモバイル用途よりもさらに高い

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自動車 ～進化する技術とデザイン～

安全性が求められます。交通事故などのアクシデントがため、EU 全域で使用する充電器としてタイプ 2 を採用す

あっても発火しないように、セパレーターや電解液をよりることが 2013 年 1 月に決定しました。この決定により、燃えにくい材料に変えるなど、耐久性・安全性を高めなけ

EU の各加盟国はタイプ 2 方式の共通充電プラグを導入す

ればなりません。また、出力を高めたり、容量を増やした

ることが義務付けられました。

りするために電池を組み合わせてバッテリーパックとしてタイプ 1 〜タイプ 3 の交流の充電方式は、電気自動車に使用する場合には、各電池の内部抵抗の違い等によって交流の電気を供給し、電気自動車に搭載されたコンバー

個々の電池が過充電・過放電して発熱する等の問題を防止

ターによって交流を直流に変換して電池を充電します。そするため、バッテリーマネジメントによるバラつきの解消のため、充電設備は簡易なもので済み、設置者の負担が小をより高める必要があります。

さい特徴があります。しかし、充電時間が数時間から十数時間と長くかかってしまうデメリットがあります。そこ③低価格化

で、充電設備側で交流を直流に変換し、さらにはより高電

電気自動車の低価格化に最も影響するのが、二次電池の圧にした電流を電気自動車に供給することで充電時間を短コストです。従来のリチウムイオン電池は正極材料に高価

くする、急速充電が提案されています。急速充電では電気なコバルトが含まれていましたが、電池の特性を落とさず

自動車の二次電池に負担がかからないように充電制御を行により低価格な材料を用いることが求められています。まいますが、その際の通信に用いるプロトコルや交流充電方

た、量産効果による価格低減も期待されています。

式との組み合わせなどによっていくつかの方式が提案されて い ま す。 そ れ ら の 内、 日 本 が 推 進 し て い る 規 格 は

5. 充電インフラ

CHAdeMO です。CHAdeMO は直流のみの急速充電の規格であるため、交流での充電も併用する場合には交流のプラ

電気自動車の普及には、電気自動車の性能向上やコスト

グ（例えば SAE J1772）が別に必要です。一方、欧米は直低減だけでなく、充電インフラの整備が大きく影響しま流の急速充電と交流充電の双方を一体化したコンボ方式をす。本章では現状と課題を説明します。

推進しています。さらに米国のテスラモーターズは 2012
年 9 月 に CHAdeMO と も コ ン ボ 方 式 と も 異 な る「Tesla

5-1. 充電インフラの現状

Supercharger」という独自規格を発表し、整備事業に乗り出しました。自身が提唱した規格が標準になると、その規HEV に必要なインフラはガソリン自動車とほぼ同じな

格に準拠した自動車の普及が容易になるため、各国・各企

ので、HEV が開発された当初はコストが高いことが主な業が自身の規格を標準にするために活発にロビー活動等を課題でした。当時は環境意識が高まっていたこともあり、繰り広げています。

補助金等による購入金額の低減等による施策によって徐々5-2. 充電インフラの課題に普及が進みました。他方、EV は走行距離を伸ばすためには充電インフラの充実が必須で、インフラの整備なしに普及を図ることは困難です。

現時点で、充電設備の設置があまり進まない理由の 1 つ

しかし、充電インフラには充電の方式を 1 つに決めるこに、上記のように、いくつかの規格が併存していることがとが難しいという問題があります。ガソリンは世界中どこあります。しかし、規格の違いだけでなく、充電器の性能でもほぼ同質なものが得られますが、電気は電圧、電流、や設置費用、コスト構造が問題であり、そのため充電器を周波数などが国によって異なり、さらには交流か直流かに設置しても経済的に成り立たないとの意見もあります。つ

よって、充電時間や必要な設備が大きく異なります。そのまり、電気自動車が増えた場合には、充電時間が長いことため、各国から提案されている充電の方式にはいくつかのから多数台の充電器が必要となり、さらには電気代がガソ

種類があり、状況は複雑になっています。一般家庭で使用

リン代よりも格段に安いため、電気代の徴収による利益をされている交流電力が単層である日本や米国は、交流電力上げにくいと推測されているのです。この問題を解決する

充電器の規格も単相に対応した「タイプ 1」と呼ばれるもためには、現在よりも高容量の充電池とより高速な充電設のが提案されています。一方、欧州では日米とは異なる 3

備を低価格に実現したり、電気代を誰が負担するのかと

相供給方式が広く用いられています。そのため、欧州ではいったビジネスモデルを検討したりする必要があります。

単相と 3 相に対応した充電器が提案されており、さらに、充電インフラの整備については、このように、いくつか

それは、ドイツ・メネケス社の提案する「タイプ 2」とフラの方式が併存している問題や経済的な問題などがあります

ンス・イタリア企業連合の提案する「タイプ 3」に分かれてが、最近、これらの問題を乗り越えるための動きが起こっいます。しかし、欧州内で異なるタイプの充電方式が普及ています。具体的には、各国が環境保護の観点から政策的すると、国を跨いで旅行する利用者にとって非常に不便なに普及を進めようとしているのです。 例えば、 米国の2014.9.5. no.274

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NESCAUM（北東部州大気調整管理同盟）がカリフォルニ

く、日米欧中韓の 5 極間での特許出願件数の収支は日本がア、 オレゴンの西部 2 州と、 ニューヨーク、 マサチュー

大幅にプラスになっています。

セッツ、メリーランド、コネチカット、バーモント、ロー

このように、リチウムイオン電池だけで 2 万件以上の特ドアイランドの当部 6 州、 合わせて 8 州を取りまとめ、許が出ているので、他社の特許を完全に回避し、自社の特2014 年 5 月に排ガスゼロ車（ZEV）普及のための 11 のア

許権の範囲内で製品を作る事は非常に困難です。さらにクションプランを発表しました 。その内容は 2025 年まは、電気自動車にはリチウムイオン電池の周辺だけでも充でに 330 万台の普及を目指し、職場での充電施設の設置、電機器、充電制御のための通信など様々な特許が関わりま充電施設の表示の改善、民間企業の ZEV 導入の促進、州す。したがって、この領域でもライセンスやクロスライセ

政府、地方自治体等の率先した ZEV の使用、充電設備設

ンスそして非侵害補償等の契約などを含めて知財をどのよ置の障害の解消、目標達成に向けた進捗の確認、などでうに活用するのかを考えることが重要です。この記事を執す。欧州でも同様の目標が設定されており、これらの政策筆している間にも電気自動車の知財にも関わるニュースがによって電気自動車のインフラ整備や電気自動車の生産の2 件ほどありました。1 つがテスラモーターズの特許オー

投資がなされ、電気自動車を含む ZEV の普及が加速されプン化、もうひとつが充電システムに関する協業のニューると思われます。

スです。

2）

米国のテスラモーターズの CEO であるイーロン・マスク

6. 自動車用二次電池の知的財産

氏は 2014 年 6 月 12 日に公式ブログでテスラモーターズ
が所有する電気自動車の特許をオープン化すると発表しま

電気自動車用二次電池はコンシューマー製品で、さらにした。具体的には「誠意をもって私たちの技術を使いたい「物」で構成されています。そのため、特許の観点から見という人たちに対し、テスラモーターズが特許訴訟を起こると企業向けの製品やサービス関連商品よりも侵害確認をすことはありません。」3）ということです。また、2014 年

しやすい特徴があります。また、その構成材料や構造に

6 月 15 日に Financial Times は、「日産、BMW、テスラモー

よって安全性や性能が左右されるので、それらの特許を取ターズが充電方式の統合について協議している」と報道し得することは非常に重要です。

ました。先に述べたように日産は CHAdeMO、BMW はコ

現在最も注目されているリチウムイオン二次電池についンボ方式、テスラモーターズは Tesla Supercharger を急速ては、特許庁が特許出願動向を調査しています。
「平成 24充電方式としてそれぞれ提案しています。これらの協議が年度特許出願技術動向調査─リチウム二次電池─」による

進むと知財を用いた標準化にも議論が及ぶと思われます。

と、優先権主張年が 2006 年から 2010 年の日米欧中韓へ

特許のオープンクローズ戦略は IT 業界では一般に活用の出願件数の合計は 22,068 件です。そして、毎年の出願されており、市場を広げたり仲間を作ったりする際には特件数はこのデータの範囲では増える傾向にあります。
（図

許を他者に開放するオープン戦略を取り、自社の技術を

2）また、出願先国および出願人の国籍はともに日本が多守ったり、利益を自社に導くために他社に特許を使わせな

6,000

合計
22,068 件

5,000

5,000

韓国
3,300 件15.0%
中国
5,360 件24.3%

欧州
2,362 件
10.7%

4,037

出
願
件
数

日本
7,037 件31.9%
米国
4,009 件
18.2%

4,542

4,256

4,233

4,000

優先権主張
2006〜2010 年

3,000
2,000
1,000
0

2006

2007

図2

2009

2010

出願年（優先権主張年）

出願先国
日本

2008

米国

欧州

中国

韓国

合計

出願先別出願件数の内訳と推移

https://www.jpo.go.jp/shiryou/pdf/gidou-houkoku/24litium.pdf

2）Z EV の対象車はバッテリー方式の電気自動車、プラグインハイブリッド車、水素燃料による燃料電池車、であり、HEV は含まれていない
http://governor.maryland.gov/documents/MultiStateZEVActionPlan.pdf
3）Tesla Mortors Japan 掲載の抄録 http://japan.teslamotors.com/2014/06/blog-post_14.html#!/2014/06/blog-post_14.htm

tokugikon

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2014.9.5. no.274

CAR

自動車 ～進化する技術とデザイン～

いクローズ戦略を取ったりしています。また、標準化技術

うに設計しないと、原油の利用効率が下がり、トータルで間の競争は例えば DVD において HD-DVD と Blu-ray が争っの CO2 排出量が増えてしまうのです。したがって、とにかたように、コンテンツ業界まで巻き込んで競争がなされまくディーゼルということではなく、ガソリンの消費量などした。まだ、先行きは見えていませんが、電気自動車におと合わせてトータルに設計する必要があるのです。

いても知財を用いた市場拡大のための特許オープン化や充電気自動車の普及はこれまで述べてきたように二次電池

電方式の標準化などの取り組みが進展しています。

の性能向上や充電スタンドの設置等の電気自動車に関わる課題がどのくらい達成されるのかということに加えて、こ7. 電気自動車以外の次世代自動車

れらの次世代自動車の動向にも左右されるので、今後も注目していく必要があります。

電気自動車は地球環境の保全に有望な自動車ですが、電8. おわりに気自動車以外にも次世代の自動車と考えられ、研究開発されているものがあります。それは例えば、燃料電池自動車
やクリーンディーゼル自動車です。

電気自動車用二次電池を中心にその周辺技術に関する開燃料電池自動車は燃料電池に蓄えた水素もしくは改質水発の経緯や、現状、そして課題等を解説いたしました。電素と空気中の酸素を反応させて発電し、その電力で走行す

気自動車の性能は二次電池によるところが大きく、二次電る自動車です。反応で排出されるのは水のみですから、電池の性能は材料の発見によるところが大きい特徴がありま

気自動車と同様、走行時に CO2 や CO,NOx,SOx などの有害す。近年、環境の意識が高まったところで、リチウム水素

な排気ガスを出しません。1990 年代までのディーゼル車

電池やリチウムイオン電池の開発が進んだことから、電気は黒煙をまき散らし、エンジン音がうるさいイメージがあ自動車は大きな進化を遂げました。しかし、その実用化にりましたが、燃料である軽油とエンジンの改良により、ガあたっては、電気自動車だけでなく、充電スタンドを含めソリン自動車とほぼ変わらないレベルにまでこれらの課題

た社会インフラの整備や発電所を含めたトータルなエネルを克服しました。現状においてもクリーンディーゼルエン

ギーや環境負荷を考える必要があります。また、電気自動

ジンはガソリンエンジンよりも高効率であるため、CO2 の車を普及させるためには、充電設備の標準化を含む知財戦

排出量が少ないのですが、日本ではさらに 2010 年と比較

略、ビジネスモデルの工夫も重要です。

して 2020 年には CO2 の排出量を 30% 削減する計画を立てています 4）。
電気自動車の増加による電力需要の増大のために、火力発電所を増設した場合には、CO2 排出量の削減効果が小さくなってしまいますが、同様に、燃料電池自動車やクリーンディーゼル自動車による CO2 排出量の削減も自動車だけ
ではなくトータルで考えなければなりません。燃料電池に使われる水素は、現在主に石油や天然ガスから作っています。そのため、製造過程で大量の CO2 を排出し、エネル
ギーの消費も大きい課題があります。したがって、燃料電
池自動車に関するトータルでの効率化、低 CO2 化を図るた
めには、CO2 排出量が少ない水素の製造方法（例えば、バ

profileイオマス）などを組み合わせる必要があります。また、電気自動車に充電スタンドの拡充が課題であるのと同様に、

西本 裕（にしもと ひろし）

燃料電池自動車では水素スタンドの設置、水素の運搬供給

1983 年 東京工業大学修士課程終了 ( 電子システム専攻）。
同年日本電気株式会社（光エレクトロニクス研究所）に入社。
1995 年まで研究所、事業部門にて光通信用コンポーネント関係の開発、生産を遂行。

にも課題があります。
一方、クリーンディーゼルエンジンでは軽油を用います
が、ディーゼルエンジンの普及のみを進め、軽油の消費だ

その後、経営企画部、研究企画部、知的資産 R ＆ D 企画本部などに所属し、事業再編や再構築を行うとともに、技術、研究、知的けが多くなると、トータルの効率は下がります。原油からはナフサ、ガソリン、軽油、ケロシン、ジェット燃料、重財産の戦略立案と実行、並びにマネジメントを遂行し、現在に至る。

油等が得られますが、これらの消費の割合が最適になるよ

4）クリーンディーゼルエンジン技術の高度化に関する研究開発事業

2014.9.5. no.274

http://search.e-gov.go.jp/servlet/PcmFileDownload?seqNo=0000110867

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