主要記事

EV 走行、電池性能と正・負極材の転換
泉化研

Sugawara Syuichi

菅原 秀一

代表
〒204-0023 東京都清瀬市竹丘1-17-26-307☎080-2238-2768 e-mail stenjin02@gmail.com

本稿を書くきっかけは、本年 5月時点で、国内場合は航続は搭載電池の、電気エネルギーが全てEVメーカーの主要諸元データが出揃ったことでである。実際には、EV内部における、回生効率ある。さらには電池の正極材において、鉄リン酸の程度なども関係するが、航続距離は基本的にはリチウム（LFP）など、コバルトフリーの動きが急そのEVの車両重量kgと、搭載電池のkWh容量速に高まったことにある。2030年あるいは 35年の2つのパラメーターで決まる。

を目処とした、ガソリン車廃止と全面電動化は、車両重量

量的な質的な多方面に亘って、解決すべき課題が自動車メーカーの諸元表には、A. 車両重量と顕在化したと見える。

B. 車両総重量の 2つの数値が示されている。後者

本稿は、上記の課題の要点を試算し、解析を試は定員の乗車時の総合の重量であり、トヨタのみた。製品レベルの正極材や、電池のデータが公EV bZ4Xの例では、B－A＝55kg、B/Aは 114％開されることは少ない。電気化学的な、電池工学である。

的なモデルとの対比で、実用領域を考えて行くア航続距離の設定1プローチとなった。可能な限り、数値で対象を捉えることが、この先の変化も見る上で重要と考えた。

EV走行の進歩、2022の日本
1 . 国産EVの性能
ト ヨ タ と 日 産 の 新EV、bZ4XとARIYAの登場。さらには軽自動車の日 産SAKURAは、 日 本 に 本 格 的 なEV時代の到来を思わせるものがある。
その主要諸元、電池容量、航続距離（WLTC）や交流電力消費率のデータを、グラフ上で展開して比較検討した（図 1 ）。

600500400300200100

仮に、高速道路走行の適性？

2023年冬号（Vol.71 No.1）

b Beyond
Z Zero との意味 bZ4X

559458470

ARIYA

交流電力消費率Wh/km
普通車EV

LEAF

322

軽 EV

SAKURA
180256155124

161
145

166
128

0
1,000 1,100 1,200 1,300 1,400 1,500 1,600 1,700 1,800 1,900 2,000

一充電走行距離
いわゆる航続距離であるが、EVのSUV EV

一充電走行距離km

車両重量

図1kg

国産EVの性能（1） 2022

97

600

一充電走行距離 km（wltc）

550
500
450

一充電走行距離kmkm／kWh9.0
当然、軽い方がkm数は伸びる。1070kg

350

7.2

MX−30300

SAKURA

100
10

ARIYA
7.4

322

7.8

20

bZ4Xや、 日 産 のARIYAを ど う 位 置

8.5

付けるかが課題である。PHEVの電池

8.0

容量は 20kWh程度で十分である、EV

7.050

電池総電力 kWh

607080WLTC2ＷＤ

国土交通省審査値

車種

車両重量kg 一充電走
行距離km

180322256458559470

交流電力
消費率

ストの差はあるが、この差は比較的短時間で解消される可能性はある。最終的には電動自動車の選択肢の幅の中で選択される事項である。

5.5

交流電力消費率

5.0

EVの給電口は、ガソリン車の給油口に相当する。ガソリン代金（燃費）ならぬ、電気代（電費）をカウントするポイントである。数値は国交省審査値であり、200V交流の普通充電における、km走行に要するWh数である。戸建て住宅などの設置する、電池総電力

Wh/km kWh
124155145
161
128166は 70kWh前後になり、両者の電池コ

6.0

国産EVの性能（2） 2022

国産EVの性能（データ） 2Q ／ 2022

1070
1490
1650
1670
1920
1920

ない。左記のような状況で、トヨタの9.06.540309.5

7.51920kg
トヨタbZ4X
7.1256

図2SAKURA
LEAF2019
MX−30
LEAF2020
dZ4X
ARIYA

LEAF470

180

150

表1458

LEAF200

bZ4X

8.1

400

250559km/kWh
20.0
40.0
35.5
62.0
71.4
66.0

9.0
8.1
7.2
7.4
7.87.1

車両重量と航続距離のバランスで電池容量を設定。最適値はいずれか。

6kWレベルのEV専用の充電設備である。図 2 の「■」点線－－－はEVカタログの主要諸元表の数値をプロットしたものである。車輌重量が高くなると消費電力も増加するが、図 2 の左右両端のデータ、重量比で 1920/ 1070＝1.79と、電力比で平均 166/124＝1.34は、EVのメカトロニクスの機能の異差を示しているものであろう。

HEVやPHEVと比較して、EVにおける航続距離の設定は、そのEVを特徴づける最大の要点で電池容量あたりの走行距離は、特にEVの設計ある。小型のコミューターカーの場合は、航続が指 標 で も な く、 理 論 的 な 厳 密 さ も な い。km/150km程度でも、こまめな充電を前提とすればkWh値の背景には、車輌重量と回生効率などの実 用 性 は 高 い。 図 1 と 図 2 の 日 産 自 動 車 の隠れた要因があり、結果として図 2 の「■」で示

SAKURAは、軽乗用車のカテゴリーであり、コしたような、擬似的な相間関係が見える。この値

ミューターと普通乗用車の中間的な分野であろは当然高い方が望ましいが、車体の軽量化や、回う。ただし航続 180kmで高速道路を走行した場

生を含むメカトロニクスの特性向上などの、総合合は、電力の消費が 15％程度増えるので、充電的な対策の結果である。

インフラの状況にもよるが、危険回避の用心は必

トヨタ自動車のbZ4X要である。
航続距離の設定2一充電が 559km（2WD車、国交省審査値）として、 車 輌 重 量 が 1920kgと 重 い に も 関 わ ら ず、

図 2 の右側は、SUVタイプの大型EVである。

km/kWh値は 7.8と比較的に高い値である。メー

図表の中央の普通車EVと共に、今後のEV拡大

カーの主要諸元表にも記載されているように、この中心的な存在であろう。現在も大型電動SUVの走行km数はWLTCモードにおける測定であの主力は、PHEVである。三菱自動車のアウトラ

り、実際の走行環境では種々の要因が重複するのン ダ ー（OUTOLANDER） や、AUDI 社 ので、単純な優越比較は意味がないが、技術進歩のe-TRONなど欧米の主要メーカーも、PHEVのラパラメーターとして重要である（表 1 ）。

インナップは豊富である。PHEVの場合はガソリンエンジンの併用で、航続距離の制約が事実上は98km/kWh

2 . 電池容量と走行距離搭載電池の容量が限られた中で、充電とのタイ主要記事

ミングを含めて、EVが種々の制約を量）比も、7 ～ 8 km/kWhの高いレベルに達している。その背景となる、電池の比容量Wh/kgもほぼ電解液系電池の極限に達している（図 3 ）。

一充電走行距離と電池容量の関係
これはあくまでもモード走行におけ一充電走行距離 km WLTC型EVの性能は、(km走行/kWh電池容FCV燃料電池車
EVでは無理か！

800

受けることは致し方がない。これら新るパラメーターであり、実際の走行では状況に応じて異なることは、自動車メーカーのカタログにも示されてい700

EV走行、電池性能と正・負極材の転換

2021−2022
国産EVデータ

走行距離km559

600
500

乗用EV

10km/kWh400
300
200458470

8 km/kWh
7 km/kWh322256小型EV

注；各EVの車輌重量は異なる

180

電池のコストUP
電池自体の重量

1000−る。定性的には電池容量が大きいほど、走行距離は伸びる。図 3 のグラフは、1020304050

図3EVの電池容量と走行距離（1） WLTC

電池容量60kWh

708090100

車輌重量の異なるデータが入っているので、定量的なパラメーターとは言えないが、現在のEVの進歩を考察する役には立つであろう。
（km/kWh）
値

電池性能の進歩
EVやHEVに搭載されているリチウムイオン電軽 乗 用 のSAKURAの 180km走 行 は、 約 9km/池の、性能データが公表されることは少ない。こkWhに相当し、最も効率の高いレベルである。

こでは2、3のメーカーの、単電池＊の比容量Wh/それ以上の中、大型EVは 9km/kWh値が、7 ～ 8kgのデータを基に、最終的にEV搭載の電池シスである。この値が高くなることが、EVの技術進テムになった場合の、重量を試算して比較した。

歩とも考えられる。

一定レベル以上の比容量が無いと、EVが成り立次世代のEVテクノロジー 1たないことは自明である。

図 3 のグラフからも、2022年レベルでは、約

またここでの意識は、次章の正極材のサプライ・70kWhの電池搭載で、走行距離が 600kmで“頭打チェーンと、電池のコストダウンにある。正極材ち“と見える。これ以上では、電池のコスト増大などの異常な高騰を背景に、過剰反応も見られると電池自体の重量が障害となろう。700 ～ 800km

が、EVのタイプと正極材の選択には、かなり合はすでにFCV燃料電池車がクリアしているゾー

理的な選択と集中が見られる（図 4 ）。

ンであり、EVでこの領域を追うことは無意味であろう。
次世代のEVテクノロジー 2

EVの電池特性

ここではWh容量の高い、EV用電池が対象である。電池のWhエネルギー特性と、Wパワー特すでに言い尽くされたことではあるが、①さら性はトレードオフの関係にあり、詳細は図 5 になる車体の軽量化、②電池の比容量（Wh/kg）の示した。パワー特性の高い電池は、NEVへの搭大幅なアップ、などが期待される。①の軽量化は、載であり、電池メーカーは日本にほぼ限られてお今回は軽自動車のEVが登場したころからも、実り、ここでは対象外である。

用本位で軽量化ならぬ小型化する方が得策であ実用電池の比容量る。②の電池特性は、全固体リチウムイオン電池

ここまでの正極材のAh容量から、一挙に実用に期待する意見もあるが、リチウムメタル電池な電池の比容量、Wh/kgまで進む。目的はいかにど特殊なケースは別として、全固体電池で比容量して効率よく、蓄電デバイスであるリチウムイオや比出力がアップする理屈はどこにもない。

ン電池、即ち電気エネルギーの“容器”を実現する＊JISの表記、単電池Cell、組電池Battery

2023年冬号（Vol.71 No.1）

99