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| ２００８年８月２９日、トヨタ自動車は２０１０年から電気自動車を発売すると発表した。 ２０３０年までに新型電池を開発してから電気自動車に参入し、それまではハイブリットカーをエコカーとするとしていた方針を変更したのは、米国、ドイツ、フランス、イタリア、イスラエル、デンマーク、アイスランドなどの外国政府、企業が積極的になってきた事や、三菱自動車、富士重工、日産自動車が２００９年から一般向けに電気自動車を発売することに危機感を持ったと思われる。 そこで電気自動車（ＥＶ）について調べてみました。 |
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■電気自動車の歴史 |  |
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| 意外だったが、調べてみると自動車の黎明期は蒸気自動車と電気自動車と内燃機関自動車が競い合った時代だった。 自走する乗り物としての最初は１７６９年Nicholas Cugnotが発明した、それまでより小型になったボイラーを積んで走る蒸気自動車だった。遅いうえに（時速３キロ）操縦が難しく実用的ではなかった。 １８０４年、Richard TrevithickとAndrew Vivianが蒸気機関車を発明すると、軌道のない道路を走る蒸気自動車も盛んに作られるようになった。 １８００年、Alessandro Voltaが世界最初のガルバニ電池を発明すると、１８３４年、Thomas Davenportは自分の発明した直流電動機とガルバニ電池を搭載した、レールの上を走る電気機関車の模型を作った。 １８７３年、英国のロバート・ダビットソンが作ったのが実用的な最初の電気自動車といわれています。 その後、発電機、モーター、蓄電池の開発が進み、更に実用的な電気自動車が１８９４年、Emil E. Kellerによって発明され、タクシーとしても使われだした。 １８９９年には電気自動車が馬車とのレースで時速１０６キロを出して勝ったという記録がある。 １９０３年、あのエジソンが自ら発明したアルカリ蓄電池を搭載した電気自動車を発明します。  その後、電池の改良に取り掛かりますが、電池の開発はエジソンの発明史上最も困難な発明といわれ、エジソンが満足のいく完成品になる前にガソリン自動車の時代が来てしまいますが、アルカリ蓄電池はエジソン電池とも呼ばれ、現在もフォークリフトなどに使われています。 １８０１年、Philippe Lebonは空気と石炭ガスの混合気体をシリンダーの中で爆発させる内燃機関の原理を発明します。 実用的な内燃機関は１８５９年、Jean-Joseph Etienne Lenoirが電気のスパークで爆発させる２ストロークの発明が最初でした。 １８６３年、Etienne Lenoirが馬車にエンジンを搭載して時速８キロで走ったとの記録があります。 １８８２年、ディーゼルエンジンが発明されます。 １８８６年、Carl Friedrich Benzがガソリンエンジンを搭載した自動車を発明して今日のガソリンエンジン自動車繁栄の幕開けの年といわれています。 この頃は、３種類の自動車とも欠点を抱えていました。 内燃機関自動車はクランクを回してスタートさせるので大変だったし、ギヤシフトも面倒で、匂いや騒音、振動もひどく性能面でも一番信頼性がなかった。 蒸気自動車は水から蒸気を作るまでに時間がかかり、一回の補充では一番短距離しか走れなかった。 電気自動車は電池の容量が小さいので、せいぜい６０キロ走るのがやっとだった。電池も重く、液漏れなどのトラブルも多かっが、この時代製造された自動車の４０％は電気自動車で最も多かった。 この３種類の自動車の競争に決着をつけたのは、ヘンリーフォードだった。 １９０９年、ベルトコンベアーによる大量生産によって電気自動車の半値の自動車、Ｔ型フォードを発売。 １９１１年にはエンジンスターターが発明されると、Ｔ型フォードの独り勝ちとなり、間もなく電気自動車と蒸気自動車は製造が打ち切られました。 皮肉にも、若き日のヘンリーフォードは「エジソン電気照明会社」に１７歳で就職し、ずっと技師として働きながら、自動車の研究をしていた。 フォードのベルトコンベアーによる大量生産のシステムはエジソン鉱山の選鉱機のベルトコンベアーがヒントと言われている。 こうして１９２０年頃姿を消した電気自動車ですが、１９７０年代再び脚光を浴びる。 大気汚染が深刻になったのと、燃料である石油の高騰により石油に依存しなくて、大気を汚さない電気自動車が注目された。 このときは鉛蓄電池が十分な性能を発揮できず、内燃機関自動車の排ガスの浄化技術が発達すると、電気自動車は注目されなくなった。 １９９０年、米国カルフォルニア州は２００３年からカルフォルニア州で生産される自動車の１０％は有害物質を一切出さない自動車にする法律（ZEV規制）を制定した。 それには電気自動車しかなかった。 このころ、鉛蓄電池からニッケル水素電池に進歩していたが、充電１回での走行距離、充電に要する時間、最高時速、価格でまだ満足できる水準に至らなかった。 そのうち自動車業界や石油業界の激しいキャンペーンの結果ZEV規制は骨抜きになり、自動車会社は電気自動車から撤退した。 １９９７年京都議定書により、世界はＣＯ2削減を真剣に考え始めた。 石油の３０％以上を消費し、ＣＯ2の２０％を排出する内燃機関自動車に対して、電気自動車が再度注目された。 しかし、電池性能の向上が期待できないとみた自動車メーカーは、燃料電池やハイブリットカーに力を入れた。 中にはトヨタのようにハイブリットカーのプリウスで成功を収めるメーカーも現れたが、燃料電池はハードルが高すぎることが分かってきて再び電気自動車が注目されてきた。 ２００４年９月、１バーレル５０ドルになった原油価格は２００８年７月、１４７ドルになった。 燃料費の面からハイブリットカーでも能力不足で、全世界が電気自動車に梶を切った。 電気会社であるゼネラルエレクトリック社までもが電気自動車に参戦すると宣言した。 またも皮肉にもゼネラルエレクトリック社は世界的な大企業だが、エジソンが創立した会社である。 ２００８年現在、電池はリチウムイオン電池を主に考えられ、１回の充電で１６０キロから４００キロ走れるものもある。 １５分で８０％が充電できる急速充電器も開発された。 しかし、１キロメートル走るのに必要な電池の重さは１ｋｇ、１回の充電で１６０キロメートル走るためには１６０ｋｇの電池を積まなければならない。 また、１キロメートル走るための電池代は２万円かかるので、１回の充電で１６０キロメートル走れる電池の値段は３２０万円になる。 この電池価格と電池重量を下げる研究が独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）が音頭をとって行われている。 しかし、走るための電気代は夜間の割引電気で充電すると、１キロメートル走るのに１円と、ガソリン車の１/１０しかかからない。 ２００８年３月、シリコンバレーのベンチャー企業テスラ社が「テスラロードスター」を発売した。  ２人乗りで最高時速２３０キロ、３.５時間でフル充電、１回の充電で４００キロ走れて、値段は１０００万円のスポーツカー。すでに１０００台を完売。 ２００９年夏に三菱自動車から一般向け量産型電気自動車「アイミーブ」が発売されるが、４人乗りで最高時速１３０キロ、２０分で８０％充電でき、１回の充電で１６０キロ走れる。 価格は未定だが国と地方自治体の補助金を使えば２５０万円を切るかもしれないそうだ。 富士重工、日産、トヨタも相次いで一般向け量産型電気自動車に参戦する。 ２００８年現在、電気自動車技術の最高レベルにあるのは、慶應義塾大学環境情報学部の清水教授が３８の企業と連携して開発した電気自動車試作車「エリーカ」。 最高時速３７０キロの８輪車。 ６０マイル（時速９６キロ）に達するのに３秒しかかからないという加速性能。 ちなみに、最高性能のポルシェでも３．４秒かかる。 現在、現実的な性能で３０００万円程度で販売できる機種を企画中。 技術レベルでは満足できる領域に近づいた。後は量産による価格低下で一気に電気自動車時代になる。 |
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■電気自動車の有利性 | |
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| コンバインドサイクル火力発電は燃料の５０％を電気として取り出すことができる最高に効率の良い発電法だが、これで発電した電気をリチウムイオン電池に溜め、高性能モーターで走ると総合エネルギー効率は３０％で、ガソリン車の２倍の効率になるそうだ。 また、アイドリングの必要もなく、ブレーキのエネルギーを電気に変えて蓄電する回生エネルギーシステムを加味すると、効率は４０％で、ガソリン車の３倍の効率になるそうだ。 また、最高性能の燃料電池のエネルギー効率は５０％だが、燃料の水素を作る時点で大きなロスがあり、燃料電池車の総合エネルギー効率は２９％と言われている。 ガソリン車や燃料電池車のように大規模な燃料の供給設備網を作る必要がなく、危険な燃料を運んで事故が起きることもなく、家庭や会社で、使用していない時間に充電できる。 長く求められてきた充電時間の短縮も、高速充電器の開発により１５分で８０％の充電ができるものまで出来てほぼ解決した。 １分で３キロメートル走れる分の充電を無接触で行う事で、停留所に止まるたびに充電する大衆交通機関用のシステムも実験中である。 イオンのショッピングセンターは充電設備を作るのに積極的だが、高速充電器の値段が下がれば、コンビニで買い物中に充電なんてこともあるかもしれない。 乗り心地も電気自動車に軍配が上がる。 モーターの性能が良くなったため、加速性能はガソリン車のスポーツカー以上というのが試乗した記者たちの共通した感想だ。 エンジンが無い分、居住空間を広く取れる。 重い電池をなるべく下に置くことで走行時安定性が良くなる。 音が静かで、エンジンの振動もない。 走るための電気代は夜間の割引電気で充電すると、１キロメートル走るのに１円と、ガソリン車の燃料代の１/１０しかかからない。 ＣＯ2、ＮＯｘ、ＰＭなどの排気物が一切無く、騒音もタイヤ音だけで、環境に対する迷惑ははるかに少ない。 エンジンオイル、エレメント、プラグ、クーラントなどの消耗品がない。 問題は価格であるが、一番問題のリチウムイオン電池の値段を、ＮＥＤＯは２０１０年に１/２に、２０２０年に１/１０にする目標を掲げている。 そうなると、構造が簡単な電気自動車のほうが安くなる可能性もある。 |
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■国、自治体の取り組み | |
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| １９９０年、米国カルフォルニア州は２００３年からカルフォルニア州で生産される自動車の１０％は有害物質を一切出さない自動車にする法律（ZEV規制）を制定した。 これを受けて、ＧＭは政府の開発援助金１２００億円をもらって電気自動車ＥＶ１を開発する。  １９９６年から月３００〜５００ドルのリース料で１１００台あまりをリースしたが、２００３年全面的に撤退した。 最初鉛蓄電池、後にニッケル水素電池にして、１回５時間の充電で２００キロ走れた。 最高時速は設計上は３００キロも出たらしい。 撤退した理由については謎が多くて、「誰が電気自動車を殺したのか？」という映画まで作られたらしいが、不十分な電池の能力を補うため、車体にアルミニュームをふんだんに使って軽量化したためにコストがかかりすぎて、補助金をもらっても、製造コストとリース料のギャップが埋められず、全く商売にならなかったようだ。 ＧＭに限らず、この頃のほとんどのメーカーの電気自動車は使われなくなった。 カルフォルニア州はアメリカで電気自動車に対する税制が一番手厚いので、電気自動車のメーカーはデトロイトではなくシリコンバレーに集中する。 今、シンコンバレーは電気自動車の事業化がブームで、２７もの企業が名乗りを上げている。 一歩先んじたのはシリコンバレーのベンチャー企業テスラ社で ２００８年３月、「テスラロードスター」を発売した。 高くなってしまう値段を逆手にとって、スポーツカー仕様にしたため、ガソリン車のスポーツカーよりすぐれた加速性能もあってエコロジーに関心の高い富裕層に飛ぶように売れた。 Project Better Place社は行政、自動車メーカー、電池メーカー、資本家の間を調整して大規模な電気自動車インフラ計画を企画している。 その舞台となるのがデンマークで、フランスルノーが自動車を、日産がＮＥＣとの合弁会社でリチウムイオン電池を供給。米Project Better Place社と、エネルギ会社のデンマークDONG Energy社が共同で、デンマーク国内の充電スタンド網を建設・運営する。 行政は税制面で援助する。 イスラエルでも同様にProject Better Place社がイスラエル全土に５０万か所の充電スタンドを建設し、フランスルノーが自動車を、日産がＮＥＣとの合弁会社でリチウムイオン電池を供給。 この計画の初期資金２億ドルのうち１億ドルを出資するイスラエル資本家も現れた。 ドイツのダイムラーは２００９年度末から首都ベルリン市で大規模な電気自動車の普及プロジェクトを始めると発表した。 １００台以上の電気自動車を事業所や個人に貸与し、電力大手ＲＷＥと共同で市内５００カ所に充電スタンドを設ける。 ダイムラーはインフラが整備された後、２０１２年にも年間１万台規模の量産をする計画。 ダイムラーは２００９年度からリチウムイオン電池搭載の電気自動車を生産を開始し、２０１０年にはベンツの電気自動車版も生産するほか、欧州の他の主要都市でも大規模な電気自動車の普及事業を展開する。 また、電力大手ＲＷＥはダイムラー以外の電気自動車にも充電できるスタンドの標準化を急ぐ。 |
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| 富士重工と東京電力は２００５年９月、EVについての提携を発表した。 ２００６年には、軽自動車「R1」をベースにしたEV「R1e」を１０台、東電に納車して営業車として走り始める。翌２００７年には、充電時間を短縮させた３０台を納めた。合計４０台のうち２ 台は、２００７年９月から神奈川県に貸し出している。さらに２台のうち１台は、藤沢市や綾瀬市など県内の自治体にほぼ３カ月ごとに回されていて、県および市町村の業務車両としての検証も進められている。 富士重工は、当初の計画を１年前倒しして、２００９年にEV（軽自動車ベース）の国内販売を始める計画を打ち出している。最初は、主に法人向けに年間１００台を販売。２０１２年〜 ２０１３年には、車両価格を２００万円程度に引き下げて個人客にも売り込んでいく。年間で数万台を超える販売量を確保できるようになれば、二次電池の価格が量産効果で引き下げられ、早ければ２０１５年前後には１５０万円を切る車両販売価格を実現させる。これが、現在描いているシナリオだ。 東京電力は首都圏で電気自動車の充電拠点網整備に乗り出す。ショッピングセンターや大学などの公共施設に協力を求め、急速充電ができる専用設備を設置。２００９年度に最大２００カ所、３年程度で約１０００カ所に増やす。 東電はすでに５分の充電で４０キロメートル、１０分間で６０キロメートル走れる急速充電器を開発済みで、三菱自や富士重工業と実証試験をしている。両社が２００９年度に電気自動車の販売を始めるのに合わせ、充電器を設置する。 ２００８年６月、日本郵政グループの郵便事業会社は、所有する全自動車を今年度から順次、電気自動車に切り替えていく方針を明らかにした。 温室効果ガスの排出削減を目指し、更新を迎える車両から切り替えを進め、おおむね２０１５年度までに完了する予定だ。 郵便事業会社は郵便物集配などに使う軽貨物自動車を約２万２０００台、営業などに使う乗用車を約１０００台所有し、一部にハイブリッド車を導入している。 グループのガソリン代は年間約１００億円に上り、電気自動車導入でコストを削減する狙いもある。 車載電池の性能が向上しているため、集配など短距離の業務は電気自動車でも支障がないと判断した。現在、複数の自動車メーカーに開発を求めるとともに電気二輪車開発の検討も打診している。 電気自動車導入には、全国１０９２の郵便局に充電設備を設ける必要がある。設備を一般に開放し、電気自動車の「電気ステーション」として利用してもらう案も検討している。 |
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■２００９年１月 電池開発の状況 | |
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| 電気自動車普及のカギを握るのは電池の性能である。 ２００９年１月現在の電気自動車用電池開発の状況を調べてみた。 実用性で最も進んでいるのがリチウムイオン電池で、三洋電機が国内はもちろん世界でもトップシェアであり、パナソニックと合わせると世界の４４％を占める。 リチウムイオン電池の材料は、負極にカーボン、正極にコバルト酸リチウム（LiCoO2）を使うのが一般的だが、別の材料を使うことでさらに高容量化を図る研究が盛んに行われている。 三洋電機では負極にカーボンに替えてスズ（Sn）やシリコン（Si）のような“IVa族元素”を使ったリチウムイオン電池を開発した。 負極材料にスズ（Sn）やシリコン（Si）のような“IVa族元素”を使えば容量が大きくなるというのは、これまでの研究で理論的に分かっていた。しかしSnやSiは、充電によって３〜４倍も膨張するため活物質が割れて脱落し、蓄電能力が落ちてしまうため、リチウムイオン電池の材料には不向きといわれていた。 この欠点を独自の技術で解決し従来型リチウムイオン電池に比べて、５０〜６０％のエネルギー密度向上がはかれる技術を開発した。 東芝は負極に、独自に開発したチタン酸リチウム（LTO）を主要材料とすることで、完全に押し潰しても温度上昇が緩やかで、破裂したり、発火したりはしない安全な新型リチウムイオン電池SCiBを２００８年３月から量産を始めた。 SCiBは５分で充電ができ、３０００回の充放電後でも容量の低下は１０％だった。 （従来品は５００〜１０００回で３０％の容量低下） 重量エネルギー密度は６７Ｗｈ/ｋｇ、重量パワー密度は２６００Ｗ/ｋｇ。電圧は２．４Ｖ。 ２００８年８月、独立行政法人 産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 エネルギー界面技術研究グループは、リチウム・イオン電池用正極材料として有望なカーボン膜を被覆したオリビン構造LiFePO4(リン酸鉄リチウム)のnmオーダの超微粒子の合成に成功した、と発表した。LiFePO4は安価なため電気自動車用大型リチウム・イオン電池の正極材料として注目されているが、高出力に必要なハイレートの充・放電により容量が急激に下がるといった問題点があった。同研究では直径を２０〜４０nmに制御したオリビン構造LiFePO4の超微粒子を作製し、黒鉛類似のカーボン層(セミグラファイト膜)で覆うことで問題点を改善した。 １００％の充・放電深度で１１００回の充放電サイクルを繰り返しても、容量は初期容量を維持された。 エネルギー密度は１５０Ｗｈ/ｋｇと推定。 電池の性能比較 |
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| （*溜められる電力の大きさがエネルギー密度、*充放電の能力がパワー密度） 瞬時に大きな電力を充放電するパワー密度が高いキャパシタは、エネルギー密度が低いため、電気自動車やハイブリットカーの補助的蓄電システムとみられていたが、最近鉛電池並みのエネルギー密度のものも開発されてきて、リチウムイオン電池に対抗できる可能性も出てきた。 キャパシタの有利な点は、希少な金属を使わないため安くできる事。自動車本体の耐用年数より長い寿命があるこ事。異常高温や発火の危険がない事。瞬時に大きな電力を充放電できるため、ブレーキ時のエネルギーを回生したり、スタート時に大きなパワーが使え、充電も時間がかからない事。 ２００５年１１月、富士重工業は、予め負極に多量のリチウムイオンを吸蔵させる独自技術「プレドーピング」により，エネルギー密度を大幅に増大させた大容量キャパシタの技術を発表した。（１０Ｗｈ/ｋｇ） さらに，電気二重層キャパシタにおいて開発が進められている新材料を採用した正極と組み合わせることで、さらに大きなエネルギー密度を得ることも可能であるとも。 ここから大容量のリチウムイオンキャパシタの開発に弾みがついた。 ２００８年１１月時点で、旭化成エレクトロニクス、太陽誘電、アドバンスト・キャパシタ・テクノロジーズ、ＮＥＣトーキン、ＦＤＫ、ＪＭエナジー、日立エーアイシーなどがリチウムイオンキャパシタを開発中で、既に製品出荷を始めている企業もある。 ２００８年１０月、日本電子とアドバンスト・キャパシタ・テクノロジーズは、正極に日本電子が開発した非多孔性で高い静電容量を持つ「ナノゲートカーボン」を採用して、高エネルギー密度（２５Ｗｈ/ｋｇ）を実現したリチウムイオンキャパシタを販売すると発表した。 ２００９年１月、人工筋肉などの研究開発ベンチャーのイーメックス（大阪府吹田市）は、蓄電部品「リチウムイオンキャパシタ」について蓄電性能は従来の１０倍に、エネルギー密度では従来の５倍の性能を実現したと発表。 リチウムイオンキャパシタは、電極に炭素を利用するのが一般的だが、イーメックスは人工筋肉の開発などで培った技術を応用した化学めっきで作られた金属電極を採用。電解質にイオン交換樹脂と有機溶剤を使った高分子リチウムイオンキャパシタで、エネルギー密度を従来のリチウムイオンキャパシタの約５倍となる１００Ｗｈ/Ｌ、５０Ｗｈ/ｋｇを実現した。 パワー密度は１０００Ｗ/ｋｇ。 ２００９年２月に発表されたホンダのハイブリットカー「インサイト」も２００９年版新型プリウスも 旧プリウスも電池はリチウムイオン電池ではなく、ニッケル水素電池を採用している。 リチウムイオン電池のほうがニッケル水素電池より３倍も電圧が高く、３倍もエネルギー密度が高いのに、採用を見送っているのには理由がある。 ソニーのＰＣ用リチウムイオン電池が発火して、１０００万台のパッリーパックが回収されたとおり、リチウムイオン電池には発火の危険がぬぐいきれない。 ＰＣに比べ大型のリチウムイオン電池で同様の事故が起きたら、リスクは計り知れない。 １００％まで充電し、０％まで使い切る使い方をすると、ニッケル水素電池の二倍の価格といわれるリチウムイオン電池は２年で寿命が来てしまう。 ２００９年夏発売予定の三菱自動車のアイミーブはリチウムイオン電池を採用しているが、６０％充電し、４０％まで放電すると充電する仕組みにすることで、１０年の寿命が得られるそうだ。 すると、エネルギー密度１５０Ｗｈ/ｋｇの２０％しか使わないことになり、３０Ｗｈ/ｋｇではニッケル水素電池のほうが経済的になってしまう。 １００％充電した状態はリチウムイオン電池の劣化を早め、完全放電したまま、半年も放置すると修復不能になってしまいます。 リチウムイオン電池を使いこなすのはなかなか難しいようです。 その点を考えると、イーメックスの開発した高分子リチウムイオンキャパシタのエネルギー密度５０Ｗｈ/ｋｇは注目すべきと思います。 キャパシタですから満充電、完全放電１０万回の寿命があり、発火の心配がなく、高価な材料を使わないため、量産すれば安価に供給できるとのこと。 イーメックス社の大容量金属電極キャパシタ |
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| ２００９年９月、パナソニックはノートパソコンなどデジタル家電用のリチウムイオン電池を内蔵した電気自動車（ＥＶ）向けの電池システムを開発すると発表した。 現在の電気自動車の電池はＥＶ専用の角型電池を数十個搭載して必要な蓄電容量を得ようとするものだが、ＥＶ専用のリチウムイオン電池は量産が始まったばかりであるのに対して、ノートパソコンなどデジタル家電用のリチウムイオン電池は既に大量生産されており、かなりコストダウンされている。 そこで、デジタル家電用のリチウムイオン電池を数千個搭載することで、かなりのコストダウンになると見ている。 衝突事故時の安全性や電池を細かく制御する技術を開発することで、電池システムのコストは３分の１に出来る、すなわち現在満充電で１５０ｋｍ走れる電池が３００万円であるのに対し １００万円程度に抑えられると言う。 当文の中でも紹介したシリコンバレーのベンチャー企業テスラ社が ２００８年３月から販売しているステラロードスターも日本製のパソコン用のリチウムイオン電池を数千個搭載していると言う。 ２０１０年３月３日〜５日開催の２次電池の展示会「国際二次電池展」に、出光興産はＡ６判サイズのラミネートタイプの全固体リチウム（Li）イオン２次電池を出展した。電解質に固体の無機材料である硫化リチウムを使ったもので，液体の有機材料を電解質に使った通常のLiイオン２次電池と比べて，安全性，高温特性，耐過放電性，大容量化の点で優れているという。同社は，1年ほど前に名刺サイズの同種の電池を試作しているが，今回新たにその大面積化を図った。 電解質に硫化リチウムを使う利点は、 （1）無機材料であるため高温でも安定している。 （2）固体なので，液体と違って気化によって内圧が上がるようなことが起こりにくい。 （3）２０Vまでは電気分解しない。 （4）正極材料に電気化学的に容量が大きなイオウ系の材料が使えるようになる。 などという。 （1）と（2）により安全性や高温特性が向上し、（3）により耐過放電性が改善され、（4）によって大容量化に有利になる。 試作したＡ６判サイズの同電池では，正極と負極には既存のLiイオン２次電池と同じ材料を使用しているが、正極にイオウ系の材料を、負極にLi系の材料を用いることで、「理論的には質量エネルギ密度を現状の１００〜１５０Wh/kgから５００〜７００Wh/kgまで上げられるポテンシャルを持つ」という。 日立マクセルは、正極材料，負極材料，電解質の細かな組成や製造プロセスを見直すことで，エネルギ密度を上げるとともに，低温における放電特性を改善したという円筒形Liイオン２次電池を出展した。質量エネルギ密度は約１８５Wh/kgと概算できる。 三重県産業支援センターは，印刷プロセスだけで「シート型全固体ポリマーリチウム二次電池」を試作したと発表し、展示会「第1回国際二次電池展」に出展した。 安全で，薄くて曲がる，大面積であるなどの特徴を備えるという。 従来の全固体Liポリマー２次電池には，室温以下の低温ではほとんど動作しないという課題があったが，今回は，０〜＋２５℃という温度でも動作可能であるとする。 質量エネルギ密度は約８０Wh/kgと概算できる。 |
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２０１０年３月、トヨタ自動車、日産自動車、三菱自動車工業、富士重工業、東京電力の５社は電気乗車用急速充電器の普及に向けた協議会を立ち上げると発表した。 会は「チャデモ協議会」と名づけられ５社が幹事会社となり、電力各社、自動車部品メーカー、充電器メーカー、自治体などの参加も募る。 充電時の制御データーを自動車と充電器でやりとりする際の通信方法の標準化や安全技術の確立を目指す。仕様を共通化し開発負担を抑え、利用者の利便性を高める。 昨年、三菱と富士重は相次いで電気自動車を法人向けに発売、今年度は日産が、来年度はトヨタが発売を計画しているが、一回の充電で走れる距離がガソリン車に比べて短いため、電気自動車の普及には充電インフラが必要不可欠であるため各国が規格策定を急いでいる。 東京電力側の積極的な呼びかけに自動車各社が応じた形となった。 |
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■２０１０年３月 電池以外の部品 | |
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| インバーター 電池は直流であるが、モーターは交流で動く。そこで直流を交流に変換して電力をコントロールするインバーターが必要になる。 Si（シリコン）のダイオードを使用する従来のインバーターは電力損失が大きいため、その電力損失に伴う放熱対策が必要となっていた。２００度Ｃ以下にする必要があるため放熱器、ポンプ、ホース、冷却プレート、などでスペースを取られてしまう。 日産は２００８年９月、世界で初めてSiC（シリコンカーバイド）素子を使用した車両用のインバーターを開発したと発表した。 SiCは損失がSiの半分しかないので出す熱も半分になる。しかも高い温度で使える。Siは２００度ＣだがSiCは３００度Ｃでの動作を確認したという。 従来のダイオードと比べて、ダイオードの占める面積を７０％削減しつつ、インバーター回路のエネルギー効率を２０％改善することに成功した。また、冷却装置を簡略化することが出来るため、インバーターを１５％から２０％小型軽量化することが可能となる。 半導体の市場において，自動車半導体が占める割合は，２０００年代の初頭は８％程度であったが，２０１０年には３０％程度に増加するものと見込まれている。これらが全てSiCになることが期待されている。 三菱電機は２００９年１１月、SiCを用いたインバーターにおいて、２０kW出力時の電力損失が現在主流のSiデバイスを用いたインバーターに比べて約９０％低減（世界最高値）できることを実証しました。 アクセルペダルを踏むのを止めると、モーターに電気が流れなくなり、タイヤから伝わってくる回転力によってモーターが回されると、モーターは発電機に早変わりします。モーターを回す力がブレーキ力となって自動車を減速しながら発電します。（回生） インバーターは電気自動車が減速する際にモーターで発生した電気を直流に変えて電池に充電する働きもあります。 |
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永久磁石式同期モーター １８３４年、Thomas Davenportは自分の発明した直流電動機とガルバニ電池を搭載した、レールの上を走る電気機関車の模型を作ったのが電気自動車の最初でした。 |
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| 最初の頃のモーターはブラシ付き直流モーターでしたが、交流モーターが主流になり、そのなかでも、誘導モーター、同期モーターと発展してきました。（かなり大雑把ですが） 現在、電気自動車のモーターとして使われるのはネオジム磁石を使った永久磁石式同期モーターです。ネオジム磁石は日本で発明されたフェライト磁石の１０倍の磁力を持つ強烈な磁石です。これを使うことにより、永久磁石式同期モーターは誘導モーターの半分の電力で同じ出力を得られます。 しかし、ネオジムは２０〜３０ドル/ｋｇと高価で世界の生産量の９０％を中国に依存しており、今後の調達難や価格高騰が懸念されている。 ２０１０年１月、三菱電機はネオジムなど希土類（レアアース）を使わずに、高出力自動車用モーターを開発した。電磁石を応用し、磁力を有効利用できる構造を突き止め、採用した。ハイブリッド車や電気自動車に搭載するモーターと同等の性能を引き出せる見通し。モーター価格の安定につながるという。２０１１年度までに技術的な課題を解決し、事業化の検討に入る。 開発したモーターは回転体にも電磁石を使う。回転体から磁気が漏れて回転力が弱まるのを回避するため、磁気の漏れやすい場所に酸化鉄を主成分とした安いフェライト磁石を配置して性能を高めた。 回転体と固定部の電磁石が相互に誘導しあい回転エネルギーが発生する。
ブレーキをかけたときにはエネルギーを無駄にしないように電気にしてキャパシタ（蓄電装置）にためる。キャパシタは使用材料の見直しで性能が従来の約１０倍となり、ためた電気の９割以上が再利用できるようになった。３０００万回の充放電でも性能劣化はほとんどなかったという。 ハイブリッド車搭載を想定し、出力１０キロ同級の駆動用モーターを試作、電気エネルギーを動力に変える効率で約９０％を実現した。
キャパシタと組み合わせれば同効率は９３〜９４％に高まり、既存のハイブリッド車や電気自動車と同程度の性能を達成できるという。 今後、形状などを改良し、単位重量あたりの出力の２割向上を目指と言う。
日立は調達が容易で安価な酸化鉄でできた永久磁石「フェライト磁石」を使ったモーターを開発した。そのままではレアアースを使った磁石の半分の磁力しかないので、回転部分に磁力が効率的に届くように構造を工夫し取り出す力を大きくする事に成功した。レアアースに比べて１割小さい電力で同じ性能が得られた。２年後にエアコンなどに、その後大型化して電機自動車に応用する。 ダイキン工業と大阪府立大学の森本茂雄教授らグループは単独では磁力が弱いフェライト磁石と鉄を組み合わせて、高出力モーターを開発した。鉄の回転子の中にフェライト磁石を埋め込む独自の構造で、ハイブリット車などに使われるモーターの１０分の１ほどの大きさで５キロワットのモーターを作ったところ、十分な回転数が得られた。２０キロワットの実用的な大きさで製品化を目指す。 帝人と東北大学は鉄と窒素からなる新素材で強力な磁石を作る技術を開発した。材料を約１０ナノメートル（ナノは１０億分の１）の粒子状にする事に成功。永久磁石は望まれる形状に加工することが難しくコストアップになっていたが、粒子状の材料を樹脂に混ぜて固めれば希望の形状に低コストで成型できる。 レアアース並みの性能をレアアース並みのコストで供給できる模様。 |
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| 鉄鋼のように強い汎用プラスチック | |||||
| 燃費を良くするためには強度を保ちながら車体を軽くする事が望まれる。 自動車部品の軟鋼板を全てプラスチックにすることで５０％の軽量化を実現出来るという。しかし、強度の問題から現在は一部に限られている。高価な炭素繊維で５０％の軽量化は出来そうだが、コストから現実的ではない。 ２０１０年４月２０日、広島大学 大学院総合科学研究科の彦坂 正道 特任教授と岡田 聖香 博士研究員らは、鉄鋼を超える比強度を持ち、安価で水に浮く軽さで、リサイクルが可能なシート状の超高性能汎用高分子材料（汎用プラスチック）の創製に成功したと発表した。 彦坂特任教授らは、融点以下に冷やした高分子の融液を引っ張って結晶化させるという極めてユニークな製法により、代表的汎用プラスチックであるポリプロピレンの結晶化度をほぼ１００％に高めることに成功し、引張強度をこれまでの７倍以上の２３０ＭＰａ（メガパスカル）に高め、比強度を鉄鋼の２〜５倍にしました。しかも超高性能高分子材料は、高価でリサイクル困難なエンジニアリングプラスチック（エンプラ）や繊維強化プラスチックなどとは異なり、通常の汎用プラスチック並みに安価で成形しやすく、リサイクルが可能という大きな利点を持っているという。 今後、自動車や産業用の鋼板をはじめとして金属やセラミックス、エンプラ・汎用などの従来型プラスチックの代替も含めて、国内外で広く普及することにより、低コスト、省エネルギー、省資源、低炭素の持続型社会づくりへ貢献することが期待されます。 プラスチックは、強度や耐熱性などの材料特性が金属などより著しく劣るために高度な性能要求に応えることができません。その原因は、結晶にならない部分の比率の高さにあります。 結晶性高分子は長いひも状分子ですが、融液（液体）中で毛玉のように互いに絡み合う部分が多いために、これらが薄い板状結晶にしかなれず、非晶と結晶が層構造を成し「球晶」というゴルフボールのような結晶体になります。つまり、球晶内には結晶にならず、固化しただけの非晶が半分以上残ってしまうのです。そこで世界中の科学者たちは増大の方策を探求してきましたが果たされず、現在に至っています。 その難点を補完するために、高強度と高耐熱性などを特長とするスーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）や繊維強化プラスチックが開発され、航空機の構造材や高級産業製品などに利用されていますが、あまりにも高価なため、汎用の工業製品などに利用することは経済的に不可能でした。 彦坂特任教授らは、結晶化を制御することによって、従来はなかった新しい構造と活性の発現を目指す研究を続けてきました。 その結果、融点以下に冷やした高分子の融液を潰す（ｃｏｍｐｒｅｓｓ）ことによって伸長するというアイデアが生まれました。 左右に細長い溝の中に融液を入れて瞬間的に圧力を加えて潰すと、融液内には左右に広がる激流が生じ、急流にさらされた布のようにひも状分子が引き伸ばされ、高配向したナノ結晶（以下ＮＯＣと呼ぶ）が実現する可能性があると考えたのです。 そして融点以下に冷やした高分子の融液を潰す圧力と速度を、１秒間に数百倍も伸長するような、大きな伸長歪速度によって、同じ結晶化温度でも結晶化が一気に１００万倍も速くなる「臨界伸長歪み速度」が確認されました。 |
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ＮＯＣの優れた特性は、鉄鋼の２から５倍、アルミニウムの６倍の比強度（重量当たりの引張破断強度）と、通常のプラスチックより５０℃以上高い耐熱性、透過率９９％の実現も可能な透明性、さらに廃材が高率で再生可能な高リサイクル率の可能性などさまざまな点があげられます。 こうした数々の特性によって、既存の特殊な高分子材料（エンプラ）にとって代わることは十分に期待され、比強度の大きさから、鉄鋼やアルミニウムなどの金属材料に代替することで、製品の軽量化を図ることが期待されます。また、高剛性と高靱性を備え、錆ないことから、高層ビルや家屋などの建築材料にも適しており、耐水性も加味されるので、橋梁やダムなどの構造材としての利用も期待されます。 |
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| インホイールモーター ２０１２年５月、ＮＴＮは２０１２年にも電気自動車に搭載する次世代モーター「インホイールモーター」を世界で初めて量産すると発表した。 全ての車輪にモーターを組み込み直接タイヤを動かす仕組みで、エネルギーの伝達ロスが少なく従来の電気自動車に比べ走行距離を延ばすことが出来る。 インホイールモーターは慶応大学も「エリーカ」に搭載し、最高時速３７０キロの８輪車を実現しており、さらに実用化に取り組んでいる。 インホイールモーターはタイヤの裏側に装着して直接動力を伝えるため車軸、ギヤなどの動力伝達用の部品が不要になるため、ロスが少ないうえ、タイヤの向きを自由に変えられるため、その場での旋回や、横移動で駐車スペースに入る事も出来る。 しかし、従来は４個のタイヤに取り付けると総重量が１５０ｋｇにもなり、重さが課題だった。 ＮＴＮではモーターの冷却法を水冷から空冷にすることで部品点数を減らし、７年をかけて３０％の軽量化に成功し、耐久性も３０万ｋｍを実現した。  ＮＴＮ社資料より |
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