※冒頭写真はレクサス『UX300e』のバッテリーシステム。空冷ですが、専用の冷却器やブロアを備えているようです。

バッテリーの劣化とパフォーマンス

リチウムイオン電池が劣化する主な原因は、充電の仕方と温度管理の2つです。充電の仕方とは、なるべくバッテリーを100％や0％にせず中央付近（30～80%）で使うこと。温度管理とは急加速や急速充電を控え、できるだけ20～30℃程度の範囲内で使うことです。

そして、劣化と車の性能はトレードオフの関係にあります。速く走ったり急速充電をすると発熱量も多くなり、冷却が追いつかない場合は劣化を防止するためにパフォーマンスを制限するしかありません。逆に温度管理がしっかりできる車はストレスなく使えるということです。

長距離旅行の性能

温度管理の方法には空冷と水冷がありますが、水冷のほうが圧倒的に効率が高いです。今どき空冷エンジンの車はほとんど見かけないのも、高い冷却能力が求められているからです。

下図ではリーフとレクサスUX300eだけが空冷式バッテリーで、その他は全て水冷式です。リーフは理論上100kWまでの急速充電に対応しているのですが、おそらく発熱しすぎるため70kW程度に制限されているのでしょう。また、リーフは初代、二代目共に連続充電をするとオーバーヒートして充電速度が落ちるという弱点があります。UX300eはエアコンの冷気をバッテリーに圧送するため多少は排熱できますが、最大充電速度が50kWに設定されていることから、やはりオーバーヒートが懸念されるのでしょう。

以前に『カナダの東西をつなぐ、テスラのトランスカナダスーパーチャージャー網がついに完成』でも触れましたが、モデル3やポルシェ・タイカンのように高速充電＋連続充電ができるとガソリン車と遜色ないペースで長距離移動が可能になるため、車で遠方に出かけるのが好きな方は、こうした性能に注目すると良いでしょう。

各モデルの発売年度と上位グレードの最大充電速度

日々の充電と総走行距離

冒頭で、バッテリーはなるべく中央付近で使ったほうがいいと書きましたが、もう少し詳しく見てみましょう。下表は様々な充放電のサイクルと劣化度合いをグラフにしたものです。100％まで充電してから放電する黒、赤、紺の線を見ると、どれも劣化が激しいことが分かります。一方、オレンジ色の75～65％という狭い幅で使うと劣化は防げるのですが、利用した合計エネルギーでみると、一番お得というわけでもありません。

放電深度とサイクル数の関係

仮にAの線まで劣化する間に何サイクル可能かで比較すると、オレンジは9000サイクルぐらいまで到達します。つまり75～65％の10％分を9000回往復できます。全エネルギーの10％を9000回、言い換えると100％を900回分を取り出せるということです。

一方、75～25％（水色）を見ると3000サイクル可能です。全エネルギーの50％を3000往復するので、取り出せるエネルギーは100～0％を1500回分です。劣化は進みますが、オレンジより遥かに多くのエネルギーが取れる事が分かりますね。

次に、放電する幅について、緑色と紺色を比べてみましょう。緑色（85～25％）はバッテリーの6割を使用していて、紺色（100～50％）は5割です。Aの線に達するまでに取り出せるエネルギーは、先程の計算からそれぞれ1200回分、750回分なので、バッテリーを利用する幅よりも、紺色の100％充電という行為が劣化を進めると言えます。この表には0％まで放電するグラフはありませんが、0％付近まで頻繁にバッテリーを使い切る行為も劣化を進めます。

それではこのデータを実際の車に当てはめてみましょう。1回の充電で実走行で400km走行できる水冷式のテスラ・モデルSを75～25％で使った場合、1500回分のエネルギーが取り出せるため……

400km x 1500回（水色） ＝ 60万キロ

たとえ一番ひどい黒線（100～25％）で使ったとしても30万キロ走った頃にやっと1割劣化することになります。下表はテスラユーザー1500人以上からデータを集めた実際の劣化のグラフですが、ほぼ一致する結果になります。

テスラオーナーの実データに基づく劣化の推移

アメリカのEV市場で主流の75～100kWhの大型バッテリーを積んでいる水冷の車は、多少雑に扱っても影響はそれほどないと言えます。しかし日本や欧州で主流の30～50kWhのバッテリーだと10～15万キロ前後から影響が出始めると予想されるので、普段からバッテリーに負担をかけないように習慣づけましょう。

劣化度合いの測り方

「買ったときは〇〇kmだったけど、今は〇〇だから、○％劣化した」という話をよく見かけますが、満充電時の航続距離予測はそれまでの走行スタイルなどを含めて計算しているため、正確とは言えません。よくスピードを出す人は少なめに予測され、ゆっくりと走る人は劣化どころか航続距離が増えたという方もいます。

簡便かつできるだけ正確に測るには、バッテリーを限りなく0％まで消費して、そこから何kWh充電できるか見る必要があります。

何kWh充電できたか分かれば、新車当時の数値と比較することで劣化度合いが分かります。新車当時の記録がない場合は、インターネットで調べるしかないですが、例えばテスラの2017～2019年頃の100kWhバッテリーは98.4kWhが利用可能な容量です。もし95kWhしか充電できないようだと……

95 ÷ 98.4 ＝ 0.965

バッテリーの容量は96.5％ということになり、3.5％劣化したと言えます。先程のテスラオーナー1500人が参加するグラフも同じ方式で劣化を測定しています。

今後のバッテリーの進化

現在、EVのバッテリーの総合性能はテスラが頭一つ抜けています。温度管理、エネルギー密度、価格、充電速度など全てを高い次元で実現しているのは自社でバッテリーの研究開発を行い、優秀な研究者を集め、常に新しい技術がないか目を光らせているからです。

生産はパナソニックと協力してネバダ州のギガファクトリーで行っていますが、中国向けの車両のバッテリーは中国のバッテリー大手CATLと組んで作るそうです。その他にもちょうど1年前に、キャパシタやバッテリーの生産技術をもつMaxwell Technologiesも買収しており、同社の持つ技術でバッテリーをより安く作れるだけでなく、エネルギー密度も現在の2倍ほどに引き上げられる可能性を持っているようです。

この他にもバッテリーの高速生産技術を持つ中国のHibarも買収し、韓国のバッテリーメーカー ハンファとも提携して、確実に自社でバッテリーを大量生産する準備を整えています。テスラは特許も多数取得しており、中でも興味深いのが「タブレス電極をもつバッテリーセル」の発明です。

タブレス電極に関する特許のイラスト

円筒形バッテリーはトイレットペーパーのように巻いて作るのですが、プラスとマイナスの電気を、図でいう122番のような細い「タブ」に集めて電極につないでいます。これはトイレットペーパーを広げて考えると分かりやすいですが、電気が流れようとすると、端の方にある電子はかなりの距離を移動してタブまで行かないといけません。移動距離に応じて内部抵抗が増え、発熱しやすくなるため、この特許ではタブを廃して上端と下端の全てを電極にしてしまうことで移動距離を最小限にして発熱を防ぎます。また、先日お伝えしたバッテリーパック製造の簡略化のためのセルトゥパック技術にも利用されると噂されています。

テスラは産学連携もしており、カナダのダルハウジー大学のジェフ・ダーン博士と2016年から研究を続けています。ダーン博士は単結晶カソードによるバッテリーの長寿命化や、リチウムドージング等の研究などを追求しています。長寿命化は100万マイルバッテリーに必要なだけでなく、自動車から住宅や送電網に電気を戻すV2Gでも重要な技術になります。リチウムドージング等の研究はそれぞれバッテリーの性能を数％ずつ高めてくれます。たった数％ですが「チリも積もれば」でこの15年ほどで性能が2倍になったのです。

これら全ての集大成として、テスラは「Battery Investor Day」を6月に開催する予定です。去年の4月に「Tesla Autonomy Day」というイベントが開かれ、専門家しか理解できないレベルで同社の自動運転への取り組みについて説明をしましたが、Battery Investor Dayではギガファクトリーの現在の生産能力の数十倍を誇るテラファクトリー計画や、EVがガソリン車と同じ価格帯になる高性能低価格の新型バッテリー、そしてそれを搭載した新モデルについて発表と試乗会があると思われます。

ライバル各社はバッテリーをサプライヤーから購入する形で今年から続々と新型EVモデルを投入してきますが、リーフ以外はまだ長期的な性能についての統計がありません。レクサスは『UX300e』に10年100万キロの保証をしており、その他のメーカーは（テスラ含め）まだ10万キロ前後の保証となっているため、100万キロ/マイルの保証ができるかが次世代EVの争点になると見られます。実際に100万キロも走る人はほとんどいないでしょうけど、EVはガソリン車よりも寿命が長いため、劣化を気にせず普段使いできることが、今後、売れるためのアドバンテージになっていくでしょう。

Tesla Autonomy Day の後に日経新聞ではテスラの自動運転コンピューターがトヨタやVWの6年先を行くといった記事を書いていたので Battery Investor Day でも同様のことが起きないといいのですが。トヨタが全固体電池を自社で研究しているように、各社研究をバッテリーメーカー任せにせず、しっかりと予算をかけて優れたバッテリーを開発してくれることを願っています。

（取材・文／池田篤史）

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