2018年動力電池およびバッテリーマネジメントシステムの主要技術動向に関する分析
01/25
.2026
2018年動力電池およびバッテリーマネジメントシステムの主要技術動向に関する分析
現在は2017年の年末であり、多くの人が2018年に中国の新エネルギー自動車技術がどのように発展するかを分析しています。また、科学技術部が発表した「新エネルギー自動車2018年重点専項申請ガイドライン」は、企業にとって非常に参考になるものです。以下に、筆者がこの「申請ガイドライン」を学習した後、2018年度における動力電池およびバッテリーマネジメントシステムのキーテクノロジーの発展傾向についての分析を示します。
1 中国新エネルギー自動車の主要な技術開発方向
『申告ガイドライン』によると、2018年の中国における新エネルギー自動車技術の主な方向性は以下の通りである：動力電池とバッテリー管理システム、モーター駆動と電力、電子・電気自動車のスマート化、燃料電池動力システム、プラグイン／増強型ハイブリッドシステム、純電動動力システム。
6つの方向に分けられ、さらに24の研究課題に細分化されている。『新エネルギー自動車2018年重点専項申請ガイドライン』は、このトップダウン設計の具体的な実現である。
① 企業と政府の計画は一致させ、企業の経営活動（技術開発を含む）は政府のトップダウン設計のもとで実施されるべきである。
② 企業の2018年度における具体的な新エネルギー自動車研究（開発）プロジェクトは、6つの分野にわたり、24の研究課題の中から選定されなければならない。
③ 企業の具体的な技術研究開発プロジェクトは、中央政府の年度計画における技術攻堅プロジェクトに対応するものであるべきである。
2018年、動力電池およびバッテリーマネジメントシステムの研究課題は5つに分かれている。
1. 高安全・高エネルギー密度の乗用車用動力電池システム技術（重大共通キーテクノロジー類）
① 研究内容：
乗用車の高集積化要件に対応するため、車両全体を一体化したバッテリーシステムの機械・電気・熱設計を実施する。先進的で信頼性の高いバッテリーマネジメントシステムおよびコンパクトで効率的な熱管理システムを開発する。モジュールやシステムの電気構成とパラメータの適合性、耐久性および信頼性に関する設計と検証を実施する。熱シミュレーションモデル、熱制御失調および熱拡散による事故の分析モデルに基づき、バッテリーシステムの火災蔓延と防火対策を研究し、バッテリーシステムの安全設計および防護システムの開発と検証を行う。バッテリーシステムの軽量化・コンパクト化技術、製造プロセスおよび組立技術の研究を進め、高安全性かつ高エネルギー密度の乗用車用動力電池システムを開発する。また、バッテリーシステムの性能評価技術に関する研究も実施する。
② 評価指標：
バッテリーシステムの比エネルギーは210Wh/kg以上、サイクル寿命は1200回以上（80％放電深度（DOD）、年間気温分布をシミュレート）。全ライフサイクルにおいて、広い作動温度範囲内の充電状態（SOC）、出力状態（SOP）、健康状態（SOH）の推定誤差の絶対値は3％以下。単体電池間の最大温度差は2℃以下。急速充電で80％以上のSOCに達するまでの時間は1時間以内。安全性などの国家基準および広範な温度使用範囲の要件を満たし、ISO 26262 ASIL-C機能安全要件および業界標準の要求を適合。コストは1.2元/Wh以下、年間生産能力は1万セット以上。製品は少なくとも2社の自動車メーカーに供給され、車両への搭載実用化は3000セット以上。熱制御失調および熱拡散による事故の分析と危害評価報告書を提出。自動車全体を一体化したバッテリーシステムの設計・製造・試験に関する規格を確立。
③ 筆者の解釈：
乗用車用動力電池システムの技術の主な方向性は以下の通りです：
i）は、現在一部のメーカーが積極的に推進しているバッテリー交換方式技術ではなく、車両全体に統合されたバッテリーシステムです。
ii）バッテリーシステムの比エネルギーが210Wh/kg以上、かつサイクル寿命が1200回以上（80％放電深度（DOD）の場合）。この比エネルギーが210Wh/kg以上であるという指標から、そのバッテリーは必ず三元電池であることがわかります。鉄リン酸リチウム電池は乗用車への普及にはほとんど可能性がないのです。
iii）バッテリーシステムのコストが1.2元/Wh以下であるということは、現在のバッテリーシステムのコストがほぼそれ以上であり、今後の補助金の基準となることを示している。
2. 高安全性・長寿命バス用動力電池システム技術
① 研究内容：
バス用超高安全レベルおよび超長保証走行距離の実用的ニーズに対応するため、モジュール式・分散型配置を基盤とした動力電池システムの全体構成、機能および機械・電気・熱の統合設計技術の研究を展開する。先進的で信頼性の高いバッテリー管理システムおよび高効率な熱管理システムを開発する。動力電池システムの電気構成とパラメータの適合性、耐久性および信頼性に関する設計と検証を実施する。熱シミュレーションモデル、熱制御失調および熱拡散による災害分析モデルに基づき、電池システムの火災蔓延および消防対策について研究し、電池システムの安全設計および防護システム、監視システムの開発と検証を行う。電池システムの軽量化・コンパクト化技術を突破し、スマート製造プロセスを確立することで、高安全性かつ長寿命のバス用動力電池システムを開発する。さらに、電池システムの性能評価技術に関する研究も進めることとする。
② 評価指標：
バッテリーシステムの比エネルギーは170Wh/kg以上、サイクル寿命は3000回以上（80% DOD、年間気温分布をシミュレート）。全ライフサイクルおよび広い動作温度範囲において、SOC、SOP、SOHの推定誤差の絶対値は3％以下、単体電池間の最大温度差は2℃以下。急速充電で80％以上のSOC状態に達するまでの時間は15分以内。安全性などの国家基準および広範な温度使用範囲の要件を満たし、ISO 26262 ASIL-C機能安全要件および業界標準の要求にも適合している。単体電池が熱制御失敗した後30分以内にシステムの発火・爆発が発生しないことを保証。コストは1.2元/Wh以下、年間生産能力は3000セット以上。製品は少なくとも3社の自動車メーカー向けに供給可能であり、車両への搭載実用化は1000セット以上。熱制御失敗および熱拡散による事故の分析と危害評価報告書を提出。バッテリーシステムの設計、製造および試験に関する技術規格を確立する。
③ 筆者の解釈：
バス用動力電池システムの技術の主な方向性は以下の通りです。
i）モジュール式および分散型レイアウトに基づく動力電池システムの研究について、この説明では、バス用動力電池システムは乗用車に求められるものとは異なり、一方は一体型で、もう一方はモジュール式かつ分散型である。
ii）バッテリーシステムの比エネルギーは170Wh/kg以上、サイクル寿命は3000回以上（80% DOD）。この説明によれば、バス用においてはリン酸鉄リチウムが依然として主な推奨対象であり、寿命が主要な指標である。
iii）単体の熱制御失敗後30分以内にシステムが発火・爆発しなかったこと。この指標は、安全時間が30分以上であることを示しており、今後の対応方向性を示している。
iv）バス用動力電池システムのコストは1.2元/Wh以下。この指標は、車両メーカーが重視しているのがシステムコストであり、単体電池の価格ではないことを示している。
3. 高エネルギー密度リチウム/硫黄電池技術
① 研究内容：
硫黄電極反応の新たなメカニズムを解明し、高比容量・長寿命の硫黄電極材料および適切な電解液系を開発する。リチウム枝晶の成長メカニズムとその抑制策を研究し、高いサイクルクーロン効率と良好なサイクル安定性を兼ね備えたリチウム負極を開発する。高強度・高安全性の機能性セパレーターの研究を進める。高負荷硫黄電極およびリチウム/硫黄電池の設計・製造技術を習得する。リチウム/硫黄電池の安全性改善技術の研究を行い、高安全性・長寿命のリチウム/硫黄動力電池を開発し、実車搭載評価を達成する。
② 評価指標：
単体電池の比エネルギーは400Wh/kg以上、サイクル寿命は500回以上（100% DOD）、安全性は国家基準を満たしている。
③ 筆者の解釈：
i）リチウム/硫黄電池は新種の電池であり、車載化の要件を満たす準備が必要で、現時点では車載条件が未熟です。
ii）単体電池の比エネルギーが400Wh/kg以上、かつサイクル寿命が500回以上（100% DOD）である。この指標は乗用車およびバスにとって、その寿命要件を満たしていない。
4. 高エネルギー密度の固体リチウム電池技術
① 研究内容：
固体ポリマー電解質および無機固体電解質の設計と製造技術の研究を進め、広い電気化学的ウィンドウと高い室温イオン伝導度を備えた固体電解質システムを開発する。活性粒子と電解質、電極と電解質層の固/固界面構築技術および安定化技術の研究を行い、固体電極および固体電池の製造技術を確立する。さらに、固体電池の製造プロセスおよび専用装置の研究を推進し、高安全性かつ長寿命の固体リチウム電池を開発し、実車搭載のデモンストレーションを実現する。
② 評価指標：
室温下において、単体電池の比エネルギーは300Wh/kg以上、サイクル寿命は2000回以上（0.3C以上の充放電率、100% DOD）を達成し、安全性は国家基準に適合しており、車載評価が可能である。
③ 筆者の解釈：
i）リチウム/硫黄電池技術および固形リチウム電池技術は、次世代の車載化を実現するための必須の電池技術である。
ii）現在市場で流行している新型バッテリーは、車両搭載の要件を達成するまでにはまだ時間がかかる。
iii）他の車両に搭載したことがある古いバッテリーは、どんなに改良しても、再び搭載することはない。
5. パワーバッテリーの試験および評価技術
① 研究内容：
動力電池のキーマテリアルおよびセルの性能評価方法を研究し、「材料-電池-性能」の閉ループ連動評価メカニズムを構築する。電池のライフサイクル全体における電気的性能と安全性能の変化法則を研究し、シミュレーション解析技術を確立する。管理システムの機能評価および性能特性評価手法の研究を行い、ソフトウェア・ハードウェアのテスト装置を開発する。電池システムの性能評価方法および実際の使用環境に向けた信頼性、熱安全性、機能安全性などの評価手法を研究し、電池の熱制御失調や熱拡散による事故要因の分析を行う。動力電池の安全等級分類基準を研究する。国内外の動力電池システムのベンチマーク分析を実施し、動力電池に関する権威あるテスト評価プラットフォームおよびデータベースを構築する。
② 評価指標：
動力電池の包括的な評価体系を構築する。これには、材料からシステムに至るまでの電気的性能の試験方法、単体電池のライフサイクル全体における安全性の特徴付け方法、管理システムの機能および性能の評価方法、動力電池システムの実際の使用環境に対する信頼性、熱安全、機能安全などの評価方法が含まれる。国際的に先進的なレベルの動力電池試験評価プラットフォームを確立する。試験評価および動力電池の安全等級分類に関して、10項目以上の標準提案を策定する。製品データベースを構築し、そのうち電池システムのサンプル数は200個以上とする。
③ 筆者の解釈：
i）動力電池のキーマテリアルおよびセル単位の性能評価手法は極めて重要であり、電池メーカーが必ず解決すべき課題である。
ii）車両メーカーがこれらの動力電池の主要材料およびセルの性能を評価する方法は、主に理解することにとどまります。
3 バッテリーシステム技術の主要な技術動向に関するまとめ
① 乗用車用動力電池システムの技術的キーテクノロジーの主な方向性とは、一体型設計を重視した高安全性・高エネルギー密度を指し、主要な指標は以下の通りである：電池システムの比エネルギーが210Wh/kg以上、サイクル寿命が1200回以上（80％放電深度（DOD））。
② 客車用動力電池システムの技術的・キーテクノロジーの主な研究方向は、分散設計を重視した高安全性かつ長寿命化にあります。主要な指標は、電池システムの比エネルギーが170Wh/kg以上、サイクル寿命が3000回以上（80％DOD）であること。
③ 乗用車の動力電池システムおよびバスの動力電池システムのコスト指標は、1.2元/Wh以下である。この結論は、補助金政策の再削減における重要な根拠となっている。
④ 乗用車向けの三元電池は、バス向けには鉄リチウム電池が主流であり、基本的な傾向です。バスは急速充電を必要とし、その充電時間は15分以下です。
⑤ 高エネルギー密度リチウム/硫黄電池や高エネルギー密度固体リチウム電池は次世代の電池であり、現在その寿命要件が明確にされておらず、2018年に大規模な車両への搭載が行われる可能性は低い。
⑥ 電動バスの安全性を示す重要な指標は、単体熱制御失敗後30分以内にシステム内で発火や爆発が起こらないことである。
4 総括
① もっとも重要な技術の発展傾向は、時間的節目を示す指標によって表される。形容詞は何度も使われてもよいが、技術の核心を理解し把握するには、指標値こそが重要である。
② 科技部の「新エネルギー自動車2018年重点専項申請ガイドライン」は国家レベルのものであり、その指標値は最も権威あるものである。他の専門家（学者）の情報は、トップダウン設計を代表するものではない。
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