EV用電池とキャパシタの性能
この記事の評価:
/ 0
- 詳細
- カテゴリ: 知識とノウハウ
- 最終更新日 2011年11月04日（金曜）20:57
- 参照数: 6285
EV(電気自動車）の最重要技術課題といえば何といっても電池（バッテリー）です。「EV ガソリン車比較」にも書きましたが、電池と言うものはあまりにも重くて大きい（値段も高いけど今回は割愛）ため、EVは100年近く内燃機関の日陰で暮らす事になりました。
逆に言えば如何に軽くパワフルにするかが電池開発のポイントです。これさえ出来れば、内燃機関車はもはや過去の遺物となるでしょう。
EV向け電池の性能比較
電池性能の指標になるのが、先ずはエネルギー密度(Wh/kg)です。これは単位重量（ｋｇ）あたり、どれだけエネルギー(Wh)を蓄えられるかというものです。
そしてもう一つの指標がパワー密度(W/kg)です。これは単位重量（ｋｇ）あたり、どれだけパワー＝仕事率（W)を出せるかというものです。 幾ら多くのエネルギーを蓄えていてもあまり小出しにされてはクルマは動きませんから。
このエネルギー密度とパワー密度を対数グラフの両軸にして性能をプロットしたのが、ラゴーニ線図と呼ばれるものです。
下の図１はEV向け電池と比較の為のパワーソースのラゴーニ線図です。ただし、複数の文献（結構荒いグラフ）を参考に書いたので、関数的な正確さはありません。おおよその相対的な関係と考えてください。
図１：EV向け電池その他のラゴーニ線図
リチウムイオン電池
上の表を見ると、やはり本命はリチウムイオン電池でしょう。流石にガソリンには敵わないものの、電池の中ではパワーもエネルギーも高く優秀です。しかも、メモリー効果が殆どなく（ニッケル水素電池は分が悪い）、さらに充放電のエネルギー効率が96％以上と高い（ニッケル水素電池は90％）という特性はEVにとって重要です。
欠点は充電時に数十mA以内という極めて精緻な電流制御が必要なこと。過充電すると電極の結晶構造が壊れて異常発熱を起こしたり、最悪、正-負極が短絡して発火/破裂の危険があります。その為、高度なバッテリーコントローラや保護回路が必須です。IT技術の発達によって実用化できた電池ともいえるでしょう。
あとはリチウム資源確保の問題もありますが、今後もリチウム系電池中心に開発が進められると思います。個人的には金属リチウム電池（エネルギー密度はリチウムイオンの4倍）に期待しています。
ところで、一見して「鉛蓄電池も意外と頑張ってるじゃん」と思った人いませんか？気をつけてください、これは対数グラフですから。 実際には30Wh/kg 対 200Wh/kgで8倍近いの開きがあります。
意外な伏兵キャパシタ
キャパシタ（コンデンサ）とは、電池のように化学反応で電気（電子）を蓄えるのではなく、電子がそのまま電極に張り付いた状態で蓄電されるものです。
特徴としては、パワーは大きくエネルギーが小さい。また、充放電時間が極めて短かく、その繰返しにも強い事です。パッと咲いてパッと散る、過去の事は引きずらない潔い性格と言えましょう。この為、ブレーキで回生した電力を一時保存して再加速で一気に使うか、後でじっくりリチウムイオン電池に充電するような使い方が出来そうです。
中でも最近注目されているのが、電気二重層キャパシタ（ウルトラキャパシタ、スーパーキャパシタともいう←統一せい！）です。これは通常の（電解）キャパシタよりエネルギーを増やす代わりにパワーは落とした、言わば電池との中間にいるキャパシタです。明電舎の解説
エネルギー密度は今の所10Wh/kg程度とされ、電池の代わりには程遠いですが、研究中又はかなり怪しい情報も含めてリチウムイオン電池並の数値も出てきているので、今後に注目したいです。
最後にスペックをまとめてみました。これも割と適当（今後も変わる）ので大まかな比較として見て下さい。
| エネルギー密度 | パワー密度 | 作動電圧 | 充放電寿命 | |
| リチウムイオン電池 | 200Wh/kg | 900W/kg | 3.8V | 1000サイクル以下 |
| ニッケル水素電池 | 80Wh/kg | 500W/kg | 1.2V | 1000サイクル以下 |
| 電気二重層キャパシタ | 1-10Wh/kg | 5,000W/kg | 0-3V | 10万サイクル以上 |
| アルミ電解キャパシタ | 0.2Wh/kg | 300,000W/kg | 0-500V | 10万サイクル以上 |
発想の転換
ここまで書いておいてなんですが、そもそも何百kmも無充電で走れる電池が必要なのでしょうか？そんな高価で巨大な電池を積んで走り回る発想自体がEVの首を絞めているような気がします。
普段の街乗り主体なら、ほぼ毎日数十キロ毎に自宅で充電するのではないでしょうか？ ならば、電池は50-60キロもてば良い。またその程度の電力なら、高価な急速充電器は必要なく、普通の家庭用100V（コンビニ等は200V)で充分でしょう。
更に究極は、鉄道の電車のように給電しながら走るクルマ。と言っても架線もレールもなく、無接触充電器を信号など停止ポイントに設置する。車載ICチップかSIMカードのようなものからID情報を取得して電気代は自動引き落とし。というのはどうですかね？
20年乗った車がそろそろガタが来てとりあえずナンバーを切ることになりました。 しかし長く乗った分愛着のある車であり、EVコンバートして残したいと考えていろいろ情報を漁るうちに此処にたどり着きました。 EVに関しては自宅で充電できる事もあり、日常一日で走る距離をカバーできれば十分というのには賛同します。 さらにバッテリーが規格化され、簡単に交換できるようになると面白いなあと思います。 ガソリンスタンドの新しい仕事としてバッテリーのレンタル、メンテナンスをするというのはどうでしょう？ 長距離走るときにはそれなりの対価を支払ってバッテリーを積み替えながら走る、 日常は自宅で充電した上で時々ガソリンスタンドに行ってメンテナンスを受ける、交換する、といった具合です。 そうすれば長距離ドライブも可能になり、日常の脚としての使い勝手も良くなりそうなのですが
さと様。ようこそ当サイトへ。 ビンテージカーをEVにコンバートされてる方は結構多いようで、それを請負う会社も出てきましたね。 しかし、バッテリー交換方式については、僕は少々懐疑的です。 規格化された交換用バッテリーモジュールを使うとなると、バッテリー冷却システムや車体レイアウトが大幅に制約される上に、脱着式にするためのコストUPは避けられません。ヤマハのEC-03が電動自転車と大差ないサイズなのに脱着式をやめたのも、コストの制約が大きいと思います。 また、巨大な1つのバッテリを交換するにせよ、沢山の小型バッテリーモジュールを交換するにせよ、その為の設備投資やスタッフの人件費は結構大きいと思います。結局、交換ステーションの数も限られ、そこまで行く位なら手近で充電した方が安くて早い、という結果になるような気がします。 なので、交換式が成立するのはベタープレースがやってるように、タクシーや路線バスなどに限定されると思います。つまり、限定された車種を多量に稼動させ、かつ走行距離が長い割りに行動範囲が比較的限定されている、というケースですね。
http://www.youtube.com/watch?v=X5GPNTHNnP8
バイクそのものはともかくとして（もっと軽い車種を選択できると思いますので）、電池で動くってのはすごいと思っているのですが、タイチさんいかがですか？
「雷電」のビデオは何度か見ましたが、「世界最先端」とか「ギネス申請中」とか大げさですね（^^；リンクしていただいたビデオもiPhoneを使った認証やナビの話でしたが、「iPhoneで動く日本最速の電動バイク」って…
さて、乾電池500本で走ると書いてますが、まさか使い捨ての1次電池じゃないですよね？ちらっと見えた画像によると、市販のニッケル水素電池かな？ 小さな電池を沢山繋いで大電力を得る事自体は、技術的に高度な話じゃないと思います。テスラ・ロードスターのように、何千個ものセルの電圧をモニタして、不良があればそれを迂回してシステム全体を健全に保つ、とかなら凄いかも知れませんが。
しかも喧伝している性能を出すほどの電気容量を本当に確保できるのかということです。雷電ではたしかニッカドを使っているような表現があったと思います。
ちょっと調べたところでは単３ニッカドで、500～1000mAh程度の容量ということでした。ので、動画にあるように10個を直列にすると15Vのバッテリーが50本できるということで、上限をとっても、15V×50Ahという計算にしかならんと思った次第です（考え方あってますでしょうか？）。
せいぜい1500W×30分って感じかなぁと思ったんですけど（1500Wで80km/h近く出せるというのなら必ずしも眉唾ということはないかもしれませんが。。。）。
あの車体に1500Wのモータで80km/hというのも、ちょっと考えにくいですね。僕のマシンは1000Wで最高54km/hですから。
仮に80km/出たとしたら、5-6分しか持たないのではないでしょうか？