電気自動車バッテリーのエンドツーエンドのライフサイクル

平均的な EV 車のバッテリーの寿命は約 100,000 年以上で、通常、標準装備のバッテリーからの走行距離は XNUMX マイルをはるかに超えることが期待できます。これは、すべての電気自動車メーカーが保証を提供しており、場合によってはそれより長い保証を提供していますが、EV バッテリーのライフサイクルは、その比較的短い期間をはるかに超えています。

大容量バッテリーの誕生は、自動車に搭載されるずっと前から始まり、自動車での耐用年数が切れた後も何年にもわたって使用され続けます。電気自動車のバッテリーのライフサイクルについてお読みください。

原料の採掘

現在生産されているすべての電気自動車用バッテリーは、地中から採掘される鉱物を必要とします。最も豊富に存在する材料の一つがリチウムで、従来の方法で地中から採掘される場合もあれば、塩湖から抽出される場合もあります。リチウムイオンは、各バッテリーセル内の陽極と陰極の間でエネルギーを輸送します。

ニッケルは、リチウムとともに、リチウムイオン電池の正極に使用するために採掘されます。より高いエネルギー容量を蓄える能力を目的として使用されており、この方法での使用には最高クラスのニッケルのみが十分です。

コバルトは、EVのバッテリー生産のために採掘する必要がある材料でもあります。エネルギーが 2 つの電極間を通過するときにカソードを安定させるために使用されます。コバルトの採掘方法には物議を醸すことが多く、使用する前に処理する必要があります。

これらの一般的な材料に加えて、メーカーはマンガン、鉄、アルミニウム、グラファイトなどの他の元素も必要とします。

電池の製造

材料調達後、バッテリーが組み立てられます。各バッテリーパックは、大容量のエネルギー貯蔵のために相互に接続されたバッテリーモジュールで構成されています。各バッテリーモジュールは、円筒形で家庭用単3電池によく似た個々のバッテリーセルから組み立てられます。セルは基本的に、陽極、電極、セパレーター材料、および電解質から構成されていますが、精度が極めて重要です。

メーカーは、それぞれのプラットフォームに合わせてバッテリー パックを組み立てます。モジュールは接続されており、監視システムがモジュールの状態と充電レベルを注意深く監視します。電池パックが組み立てられると、EVに搭載されます。

電気自動車での使用

組み立てられたバッテリーパックは、できるだけ早く使用されます。バッテリーは車輪を駆動する電気モーターに接続されており、制御モジュールと統合されています。ドライバーが加速したり、車内の機能を使用したりするためにパワーを指令すると、制御モジュールは蓄積されたエネルギーを計測してシステムに送り出します。シリコン制御整流器 (SCR) は、スロットル ケーブルと同様の機能を実行し、さまざまなレベルの電気を駆動モーターに送り、バッテリーが急速に消耗したりモーターに不必要な負担がかからないようになっています。

一般的に、EVバッテリーは保証期間である8年または10万マイルをはるかに超えて使用できます。温暖な気候で使用した場合、12年から15年持つものもあれば、極端な気候では12年が最長となるものもあります。EVバッテリーの寿命を左右するのは、充電サイクルの回数です。ほとんどのリチウムイオンバッテリーは、1,500回から2,000回の完全な充電サイクル（0%まで放電して100%まで充電するサイクル）を経ても充電容量を維持します。

EV には、バッテリー パックの完全放電や真の 100% 容量への充電を防ぐための安全装置が設けられているため、その何倍もの充電回数が期待できるはずです。 EV テクノロジーはまだ比較的新しいため、適切にメンテナンスされた場合に EV バッテリーの寿命をどれくらい延ばせるかは正確にはわかっていません。

バッテリーが劣化して、航続距離が予想される航続距離の約 30% に達しない場合は、バッテリーが交換されます。バッテリーのコストは非常に高いため（現在、kWh あたり 100 ドルをはるかに超えています）、バッテリーを交換して車を走行し続けることは不可能な場合があります。バッテリーが交換されるか、車両が完全に廃棄されることになるかにかかわらず、それは EV 車のバッテリーとしての使用の終わりを意味しますが、それがライフサイクルの終わりではありません。

セカンドライフでの使用

車両で 10 年以上使用され、最終的に使用を中止されたバッテリー パックは、いわゆるセカンドライフの使用が行われることがよくあります。完全に廃止されるのではなく、そのストレージ容量は他のアプリケーションで使用するのに十分な容量を持っています。

バッテリーは、元の容量よりは低下するものの安全に動作するように再生し、他の用途に再利用することができます。場合によっては、統合方法によっては、さらに5～8年間使用できる可能性があります。選択肢の一つとして、再利用された電気自動車用バッテリーをコミュニティに集め、停電時のバックアップバッテリーとして利用することが挙げられます。例えば、ドイツのルーネンでは、1,000個のBMW i3バッテリーパックがバックアップ電源として12MWのエネルギーを蓄えています。

コテージの太陽エネルギー収集などの小規模な用途はさらに可能性が高く、容量の少ないバッテリーを廃棄する前に有効に活用できます。

廃棄とリサイクル

最後に、バッテリーはリサイクルされ、その原材料が回収されます。世界中の企業が電気自動車用バッテリーのリサイクル事業に参入し、有害物質や可燃性物質が環境に放出されるのを防いでいます。また、リチウム、コバルト、ニッケルなどの材料は回収され、新しいバッテリーの製造に再利用されます。

これは時間のかかるプロセスであり、最も望ましい要素の約 80% を取得するために最高の収率を得るために手作業で処理されることがよくあります。バッテリーパックはモジュールに分割され、次に個々のセルに分割されるため、材料を取り除くことができます。細胞を燃やしたり、酸に溶解したりするなどの他のプロセスはプロセスを高速化しますが、回復率は低くなります。

ライフサイクルが改善される場所

今後数年間で、EV バッテリーのほぼすべての側面が大幅に改善されるでしょう。製造コストが低い材料は調達を合理化することができ、必然的にバッテリーの製造はより速く、より低コストになります。さらに多くの研究と新しい技術が間もなく市場に投入されることに加えて、EVのバッテリーは現在よりも長持ちする可能性があり、二次利用と優れたリサイクル技術により、電動車両が真の環境に優しいモビリティの選択肢として強化される可能性があります。

よくある質問

電気自動車のバッテリーは平均してどのくらい持ちますか？

ほとんどのEVメーカーは、駆動用バッテリーに8年間または100,000万マイルの保証を付けています。実際の寿命は、充電習慣、気候、使用パターンに大きく左右されます。xHVS -3000などのツールでSoH（健全性）を監視することで、劣化がサービス上の問題となる時期を予測するのに役立ちます。

電気自動車のバッテリーは、車両から取り外された後、どうなるのでしょうか？

残存容量のあるバッテリー（通常、SoHが70～80%以上）は、定置型エネルギー貯蔵システムへの再利用に適しています。この基準を下回るバッテリーは、認定されたリサイクルプログラムを通じてリサイクルに出す必要があります。EVバッテリーは有害物質を含んでいるため、決して一般廃棄物として捨てないでください。

電気自動車のバッテリーが経年劣化する原因は何ですか？

主な原因は、頻繁なDC急速充電（セルにストレスを与える）、高温または低温への長時間の曝露、頻繁な深放電、および100%充電状態での長時間の維持です。これらの要因を管理することで、バッテリーの寿命を延ばすことができます。

修理工場はどのようにしてバッテリーのライフサイクル状態を追跡できるのでしょうか？

定期的な点検間隔でのSoH（健全性）テストにより、バッテリーの状態を時系列で追跡可能な記録として残すことができます。xLVS -9000は12V補助バッテリーの診断に対応し、xHVS-3000は高電圧トラクションパックの評価を対象としています。

電気自動車のバッテリーは、どの時点で交換すべきでしょうか？

ほとんどのOEMメーカーは、容量が元の70～80%を下回った時点で交換を推奨しています。しかし、実際の交換の決め手は顧客体験、つまり航続距離への不安、通常の走行ができない、またはSoH（状態評価）の不合格といったものです。テストを行うことで、推測ではなく客観的なデータが得られます。

電気自動車用バッテリーの廃棄に関する規制はありますか？

はい。EVバッテリーは、ほとんどの地域で有害廃棄物に分類されています。お住まいの地域の環境保護機関に確認し、バッテリーリサイクルプログラムに関する米国エネルギー省（DOE）のガイドラインに従ってください。自動車メーカー（OEM）は、使用済みバッテリーの回収プログラムを実施している場合が多くあります。