より環境に優しいと主張する電気自動車（EV）は、電力を蓄えるために巨大なバッテリーに頼らなければなりませんが、これらのバッテリーにも注目すべき環境問題があります。より高度なバッテリー管理および監視技術を使用してこれらのバッテリーの動作効率を向上させ、古いバッテリーをリサイクルする方法は、EV業界にとって重要なトピックになっています。この記事では、EVバッテリーが直面している課題、ADIが導入したバッテリー管理/監視システム (BMS) の特徴、EVバッテリーの利用率を向上させる方法について説明します。
コバルト依存からの脱却に向けたEVバッテリー技術
EV（および電動化技術）が消費者やエコシステム参加者の間で人気が高まるにつれ、バリューチェーンの運用とプロセス全体にわたる倫理と持続可能性に関する懸念が高まっています。鉱物の採掘から電池の再利用まで、エコシステムの参加者は電池のライフサイクル全体にわたってより倫理的な基準を適用することで、持続可能な開発にさらに注意を払うことを期待しています。
現在、ほとんどのリチウムイオン電池は、リチウムイオン電池の蓄電容量を決定する正極材料のベースとしてコバルトを使用しています。コバルト正極電池は他の化学元素よりも航続距離が長いため、充電の測定と管理が容易になります。しかし、コバルトの採掘は長い間議論の的となってきました。
世界のコバルトの約70% はコンゴ民主共和国 (DRC) で採掘されているため、同国のコバルト採掘には児童労働、危険な採掘環境、採掘労働者の虐待、その他の違法な問題も伴います。電動化エコシステムでは社会と環境の持続可能性のバランスが求められるため、コバルト含有量が少ない電池用化学物質（NMCおよびNCA）やコバルトを含まない電池用化学物質（リン酸鉄リチウム（LFP）など）への関心が高まっています。
LFPバッテリーは製造され、検証されているだけでなく、業界で10年以上使用されており、大手OEMによって全面的にサポートされ、好まれています。しかし、コバルトベースの化学物質はエネルギー密度が10% ～ 20% 高いため、1回の充電で走行できる距離が長くなります。しかし、この高性能には高いリスクが伴います。コバルトの引火点はLFPよりも低く、バッテリー火災のリスクが高くなります。さらに、LFPバッテリーは製造コストが低く、穴が開いたり熱暴走などの安全上の危険に対処する効率も優れています。LFPの高電力特性により、充電も速くなります。
EVメーカーは、今日のバッテリー技術が高コストで高性能 (ハイエンド) の車両に使用され、LFPバッテリーがローエンドの車両に使用されることを期待しています。これらの低価格車はコバルトを使用していないためコストが削減され、低価格で販売されています。LFPバッテリーはコバルトバッテリーよりも安価で安全に使用できますが、放電曲線が平坦であるため、バッテリー電力を正確に測定することが困難です。
EVバッテリーのリサイクルと再利用
世界経済フォーラムによれば、2020年には230万台のEVが販売され、5年前のEV販売台数と比べて4倍に増加した。消費者の需要、EVバッテリー充電インフラの整備、都市や国による電化を促す規制の制定などが、この劇的な変化に貢献しています。EVは内燃機関や化石燃料に代わる環境に優しい代替品として自慢されているが、車両を駆動するのに十分な電力を蓄えられなくなったときに、これらすべての0.5トンのEVバッテリーに何が起こるかという致命的な弱点がある。
電気自動車のバッテリーのリサイクルは現在非常に一般的な選択肢ですが、そのプロセスではすべての原材料ではなく、一部の原材料（コバルトやリチウムなど）しか回収できません。しかし、EVバッテリーのリサイクルはコストがかかり、規制されておらず、明確に定義されたサプライ チェーンが欠けています。
バッテリーはEVの心臓部であり、EVの総コストの約30％を占めています。しかし、バッテリー技術は大幅に改善されようとしています。バッテリー化学とエレクトロニクスの大きな進歩により、コストが削減され、効率的なバッテリーの再利用とセカンドライフが実現し、EVにおけるバッテリーのリサイクルが促進され、EVの普及を促進するためのコスト上の利点がもたらされます。
バッテリーの最初の寿命中およびその後のライフサイクル中にバッテリーの状態を効果的に監視すると、バッテリーの販売者と購入者の間の信頼関係を構築するのに役立ちます。この信頼に基づいて、OEMはバッテリーを資産として使用して初期のバッテリー投資の一部を補い、節約した価値を消費者に還元できる可能性があります。
バッテリーを再生するバッテリーセカンドライフ
すでに1,000万台以上の電気自動車が道路を走っています。2025年までに年間1,000万台のEVが販売されると予測されています。EV用バッテリーの平均耐用年数が約10年であることを考えると、2035年までに毎年廃棄されるEV用バッテリーの総量は、ギザの大ピラミッドの質量（580万トン）の1.3～1.5倍になります。
バッテリーの再利用とは、バッテリー内で使用可能な電力を保持しているバッテリーを識別し、パックを分解して、これらの使用可能なセルを再構成するプロセスです。この代替リサイクルアプローチは、「バッテリーのセカンドライフ」という形で登場しています。自動車のリチウムイオン電池の充電容量が初期容量の70～80%に低下し（通常8～10年後）、自動車に有効な電力を供給できなくなったら、交換が必要です。使用されなくなったバッテリーの数が増えると、「セカンドライフバッテリー部門」という新たな市場機会が生まれます。
バッテリーパックのコストはEVの定価の30%以上を占めるため、明らかな経済的・環境的インセンティブがあれば、バッテリーメーカー、自動車メーカー、規制当局、さらには保険会社も二次市場を積極的に育成する動機付けとなる可能性があります。最も直接的な方法は、エネルギー貯蔵システム（ESS）を適用することです。これにより、古いバッテリーに残っている使用可能なバッテリーを再生可能電力網で再利用し、風力、太陽光、水力、地熱発電所で発電された余剰電力を貯蔵することができます。EVバッテリーは、電動工具、フォークリフト、電動スクーターなど、要求の少ない用途向けに、より小さなバッテリー モジュールに分解することもできます。
新興のセカンドライフバッテリー市場は、技術、品質管理、実現の面でアクセスしにくいものです。たとえば、今日のEVバッテリーでは、バッテリーの充電を監視するために電気ハーネスが使用されています。バッテリーを再配置する前に、これらのハーネス (およびその他のハーネス) を完全に取り外す必要があり、コストと設計の複雑さが増します。製品設計において寿命後の分解を考慮することは、設計者がワイヤレスBMS (wBMS) テクノロジを使用して有線バッテリー監視システム (BMS) を拡張できるトレンドになるでしょう。wBMSは、電気自動車のサイズ、重量、材料コストを削減するだけでなく、より安全でスケーラブルなバッテリーのロボット分解および組み立てプロセスを可能にします。
BMSソリューションはバッテリーの利用率を向上します
ADIは、バッテリーの充電状態 (SOC) を正確に測定する業界最先端のテクノロジーを提供します。ADIのバッテリー管理システム (BMS) ソリューションは、LFPバッテリーの充電状態要件を正確かつ効率的に管理し、LFPバッテリーの潜在的なコストと安全特性の利点を業界に提供することで、自動車メーカーの負担を大幅に軽減します。さらに、LFPバッテリーは、より広い温度範囲にわたって、より高い電力密度、より長いライフサイクル、より低い運用コストを提供するため、エネルギー貯蔵アプリケーションなどのバッテリーの二次利用シナリオに最適です。
最終的には、LFPバッテリーによってEVの価格障壁が下がり、消費者がEVを購入するようになります。現在、EVの定価の51% はバッテリーのコストによって占められています。さらに、コバルトへの過度な依存から脱却することで、業界はより倫理的なサプライチェーンを構築するようになり、LFPバッテリーの利点は、最終的にはより環境的に持続可能なバッテリーエコシステムを実現し、バッテリーのセカンドライフにおける効率を向上させるのに役立つでしょう。 アプリケーション。
バッテリーカスケードの利用により、バッテリー寿命を6 ～ 30年延ばすことができると推定されています。ただし、この期間は最終的には最初のアプリケーション時のバッテリー使用量によって決まります。wBMSテクノロジーがバッテリーのライフサイクル全体にわたって非接触でバッテリー データを収集できる場合、この重要なデータをクラウドに統合し、バッテリーの安全なIDに結び付けることができます。
販売者はこのデータを使用して、バッテリーが完全に/部分的に充電および放電された回数、EVが事故を起こしたかどうか、バッテリーが再利用されたかどうかを判断する前に車両のメンテナンス記録を記録するなど、健康状態の履歴記録を生成できます。さらに、この高度なヘルスモニタリングは、新しいバッテリーの保管や輸送、バッテリーの再利用など、データ収集が論理的に不可能な場所でも適用できます。
使用および再利用後、すべてのバッテリーは最終的に分解され、リサイクルされます。wBMSテクノロジーにより、非接触で在庫情報の大量特性評価が可能になり、再利用またはリサイクルに関する迅速な意思決定が容易になります。再利用またはリサイクルが決定されると、買い手と売り手は健全性データを使用して標準化された信頼基盤を確立し、販売価格を決定する前にバッテリーの価値を公正に評価できます。業界は、あまり使用されていないAAA定格のバッテリーとメンテナンスが不十分なバッテリーを区別するための評価基準を開発することもできます。
結論
EVは急速に成長しており、バッテリーは環境に優しい交通手段の推進に重要な役割を果たすでしょう。自動車業界は現在、ゼロカーボン自動車の実現に向けて、バッテリー化学物質からコバルトを除去したり、アルミニウムやプラスチックなどの自動車材料の生産による排出量を削減するなど、環境的および社会的に重要な取り組みを数多く展開しています。
バッテリーとBMSの設計思想の変化により、バッテリーの全体的な耐用年数が向上し、環境的に持続可能で経済的に実現可能な新しい市場チャネルの創出に重要な役割を果たします。そのため、近い将来にはより環境に優しいEVが登場し、EVバッテリーはセカンドライフ用途で復活し、将来の自動車、ESS、その他の用途で引き続き役割を果たしていくことになるでしょう。