テクニカルガイド v2.0
EV バッテリー 建築
400V および 800V システムからセルの化学的性質、直並列接続からパック構造まで、EV バッテリーの完全な技術ガイドです。
01 — システム電圧
400V 対 800V アーキテクチャ
電気自動車は 2 つの主要な高電圧システム アーキテクチャを使用します。この目標電圧に応じてセルの数や配置が計画されます。
400V
標準アーキテクチャ
- 代表的な電圧範囲350 – 450 V
- 直列セル数 (3.7V)~108 ヒュクレ
- 直列セル数 (3.2V LFP)~125 ヒュクレ
- 最大。充電電流~250 A
- 最大。充電電力～150kW
- 充電時間(10→80%)～25～35dk
- ケーブル断面厚い、重い
テスラ モデル 3 (エスキ)
フォルクスワーゲン ID.4
日産 アリヤ
フォード マスタング マッハ E
BMW iX3
800V
高性能アーキテクチャ
- 代表的な電圧範囲700 – 900 V
- 直列セル数 (3.7V)~216 ヒュクレ
- 直列セル数 (3.2V LFP)~250 ヒュクレ
- 最大。充電電流~500 A
- 最大。充電電力~350 kW+
- 充電時間(10→80%)~18 ～ 22 DK
- ケーブル断面薄くて軽い
ポルシェ タイカン
アウディ e-tron GT
ヒュンダイ アイオニック 6
起亜EV6
メルセデス EQS
P = V × I → なぜ 800V が良いのですか?
⚡ 同じ電力、半分の電流
350 kW の電力の場合、400V システムでは 875A の電流が必要ですが、800V システムでは 437A しか必要ありません。
🌡 熱が減ります
熱損失は電流の二乗に比例します (P=I²R)。半分の電流 = 1/4 の熱損失。熱管理が容易になります。
⚖️ ライターケーブル
電流が低いとケーブルが細くなり、車両の重量が軽減されます。
02 — 回路トポロジー
直列接続と並列接続
セルの接続方法に応じて、電圧または容量が増加します。実際のバッテリーは両方を兼ね備えています。
直列接続
セルは、正 (+) 端子と次のセルの負 (-) 端子に接続されます。電圧は加算されますが、電流容量は単一セルと同じままです。
注: 注意: 直列接続内の 1 つのセルの容量が失われると、パック全体が影響を受けます。したがって、BMS (バッテリー管理システム) はセルのバランスを保ちます。
並列接続
すべてのプラス (+) 端子は一緒に接続され、すべてのマイナス (-) 端子は一緒に接続されます。電圧は一定に保たれ、電流容量と総エネルギーが増加します。
並列接続すると通信範囲が広がります。電流はセル間で均等に分配されます。単一のセルに障害が発生してもパック全体が停止することはなく、より高い安全性が得られます。
結合 (nS × mP)
実際のEVバッテリーは両方を併用します。まず、並列グループ (P) が形成され、次にこれらのグループが直列に接続されます (S)。表記：「96S2P」＝96直列×2並列。
Tesla モデル 3: 96S·xP 構成。パナソニックの2170セル。
03 — 製造工程
セルとパックの構造
リチウムイオン電池は、電極の製造からどのようにして完成した電池となり、どのようにパックに収納されるのでしょうか?
セルの製造プロセス
01
電極の混合
活物質 (カソード/アノード粉末)、導電性カーボンブラック、およびバインダー (PVDF) が NMP 溶媒中で混合されます。均質なスラリーが得られる。
02
コーティングと乾燥
スラリーはアルミニウム (陰極) または銅 (陽極) 箔上に正確にコーティングされます。長いオーブンで溶媒を蒸発させ、多孔質電極膜を形成します。
03
カレンダー加工とカッティング
電極箔をカレンダーロールに通して密度を高めます。その後、希望のサイズにレーザーカットされます。
04
アセンブリと電解液
カソード/セパレータ/アノード層は巻かれるか、積層されます。ケースに入れ、電解液で満たし、真空密封します。形成には初期の充電と放電のサイクルが含まれます。
04 — カソードの化学
LFP・NMC・NCA・LMO
正極の材料は、バッテリーの電圧、エネルギー密度、安全性、寿命を直接決定します。
LFP
LiFePO₄ — リチウム デミール フォスファット
あなたの意見を聞いてください。テルマル・カシュシュ・リスキー・ヨーク。元気を与えてください。 Tesla Standart Menzil モデルは BYD ブヌ クラヌールから提供されています。
公称電圧: 3.2V/ヒュークレ
NMC
LiNiMnCoO₂ — ナイキル マンガン コバルト
エン・ヤイギン・クラヌラン・キムヤ。ニケル、マンガン・ヴェ・コバルト・オラヌ・デ・ジシュティリレレク・ギュチ/エネルギーデンゲシ・アヤルラナビリル。 NMC811 (yüksek Ni) プレミアム アラチャルダ、NMC532 ダハ ウイグン フィヤトルルラルダ クラヌルル。
公称電圧: 3.6 ～ 3.7V/ヒュクレ
NCA
LiNiCoAlO₂ — ナイキル コバルト アルミニウム
元気を与えてください。 Tesla Model S/X はパナソニックの製品です。アルミニウムのカトキスは、カラールルルク、コバルト、マリエティ、アートを提供します。
公称電圧: 3.65V/ヒュークレ
LMO
LiMn₂O₄ — リチウム・マンガン・オクシット
スピネル yapısı Sayesinde iyi güç çıkışı sağlar。マンガン・ウクズ・ヴェ・ボル・ブルヌール。あなたの作品は、素晴らしい作品です。 Genellikle NMC ile karıştırılır。
公称電圧: 3.8V/ヒュークレ
簡単な比較
| 化学 | 電圧 | エネルギー | 安全性 | 人生 | 使用法 |
|---|
| LFP | 3.2V | | | 5000+ ドン | 広範なセグメント |
| NMC | 3.7V | | | 1000–2000 | プレミアム/ミッド |
| NCA | 3.65V | | | 500–1500 | 高いパフォーマンス。 |
| LMO | 3.8V | | | 300–700 | 混合/年長 |
05 — 未来のテクノロジー
全固体電池
液体電解質を固体導体に置き換えることにより、より高いエネルギー密度、より高い安全性、より長い寿命を目指す次世代電池技術。
電解質
液体有機物 (可燃性)
固体セラミック / ポリマー / 硫化物
安全性
熱暴走の危険性
熱暴走がなく、火災の危険が最小限に抑えられます。エネルギー密度
~250 ～ 300 Wh/kg
~400 ～ 500 Wh/kg (目標)
アノード
グラファイト
リチウム金属 (10 倍薄い)
動作温度
広範囲
一部の種類に限定（ポリマー）
樹状突起のリスク
中程度 (区切り記号によって防止されます)
まだ研究中
固体電解質の種類
化学的安定性が高く、空気や湿気に対して耐性があります。他に比べてイオン伝導率が低い。トヨタとQuantumScapeはこの分野で取り組んでいます。
トヨタ
クォンタムスケープ
村田
最高のイオン伝導率 - 液体電解質に匹敵します。 Samsung SDI と Solid Power はこの化学反応を好みます。水分との反応は問題を引き起こします。
サムスン SDI
確かなパワー
パナソニック
柔軟性があり、軽量であり、製造が比較的容易です。 60 ～ 80°C 以上で良好に機能します。室温では導電率が低下します。ボロレ ブルー カーはこの技術に基づいています。
ボロレ
シーオ
イオン材料
主要な課題とロードマップ
製造コスト
ドライルーム環境と精密な製造プロセスにより、コストは現在のリチウムイオン電池に比べて 3 ～ 5 倍高くなります。規模の経済性はまだ確立されていない。
固体-固体界面
充放電サイクル中に、電極と電解質の間に機械的ストレスが発生します。音量が変化すると、接触が失われる可能性があります。
樹枝状結晶の形成
リチウム金属アノードを使用すると、針状のリチウムの成長 (デンドライト) が形成されることがあります。短絡の危険が生じます。固体電解質の耐圧縮性は重要です。
業界のロードマップ
2025 ～ 2027 年: 量産車に初のハイブリッド SS セルを搭載 (トヨタ、日産など)
2028 ～ 2030 年: 車両フロアへの完全なソリッドステート パックの統合、航続距離の 400 km 以上の増加
2030+: グラファイト負極をリチウム金属に完全に置き換え、充電時間は 10 分未満
06 — 構造階層
セル → モジュール → パック
すべての EV バッテリーは 3 レベルの階層で構成されています。各レベルは、独自の機械的、電気的、および熱的なタスクを処理します。
01
セル
電気化学エネルギー貯蔵の基本単位。カソード、アノード、セパレーター、電解液が含まれています。 3 ～ 5V を生成します。
— 電圧: 3.2 ～ 3.8 V
— 容量: 3 ～ 300 Ah
— BMS によって監視されるユニット
— 3 つの形式: 円筒形、パウチ形、角柱形
02
モジュール
複数のセルを直列・並列に接続して形成される中間構造。機械的保護、冷却チャネル、バスバーが含まれています。
— 通常: 12 ～ 24 セル/モジュール
— 電圧: ~40 ～ 100 V
— 交換可能なサービス ユニット
— CTP テクノロジーによりモジュールをスキップ
03
パック
すべてのモジュール、BMS 電子機器、冷却システム、安全回路を含む最終構造。車両のフロアに一体化されています。
— 総電圧: 350 ～ 900 V
— エネルギー: 40 ～ 200 kWh
— BMS がすべてのセルを監視
— IP67/IP68 の耐水性
Cell-to-Pack — モジュールレス アーキテクチャ
BYD Blade と CATL によって先駆的に開発されたこのテクノロジーでは、モジュール層が排除されています。細胞はパックの構成要素になります。パックの体積利用率が 15 ～ 20% 増加し、エネルギー密度が増加し、重量が減少します。部品が少ない = 故障箇所が少なくなります。
