2015年5月21日 人とくるまのテクノロジー展2015 特別企画展示「多様化するエネルギーとくるま」 ～低炭素社会を拓くキーテクノロジー～ EVの技術進化と将来社会の展望 早稲田大学 環境総合研究センター 客員教授 廣田壽男 [email protected] Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 1 EVの技術進化と将来社会の展望 1.電動車両の市場導入の現状 ・世界の自動車市場への導入拡大が進む 2.技術開発の現状 ・EVの普及のための技術進化 ・環境技術としてのEVとFCVの位置づけ 3.将来展望 ・キーテクノロジーの進化 ・社会との連携/Eモビリティ Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 2 EV, PHV, FCVの市場導入の現状 *EV:バッテリ電気自動車、PHV：プラグインハイブリッド車、FCV：燃料電池車 1990 EV 2000 2010年 三菱 iMiEV GM EV1 Ford Ranger EV 2011 ミニキャブ 2014 eNV200 2010 日産リーフ トヨタ RAV4 EV 2020 2010 2012テスラ モデルS 2008テスラ ロードスター ホンダ EV PLUS 2014 BMW i3 2012 スマートEV 日産 ALTRA EV 2014 VW e-Up 2010 GMボルト PHV 2013 アウトランダーPHV 2012 トヨタプリウスPHV FCV 1994 ダイムラー NECAR1 1999 ダイムラー NECAR4 2009 ダイムラー B-Class 2002 トヨタFCHV 2009 トヨタFCHV-adv 2002 ホンダFCX 2007 ホンダ クラリティ 2003 日産X-TRAIL 2013 ヒュンダイ ix35 Fuel Cell 2017 ダイムラー 2014 トヨタMIRAI 2015 ホンダ 開発車 限定販売車 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 2017? 日産 3 世界の電動車両(EV, PHV, FCV)保有台数(推定) 2011年から米国、日本を中心にEV,PHVの市場導入が急増 2014年末のEV,PHV保有台数約70万台、全乗用車の0.08%) 内訳は、約2/3がEV、1/3がPHV(含むRange Extended EV) 台 600,000 保有台数(世界) 800,000 400,000 PHV EV 200,000 0 年 2009 2010 2011 2012 2013 ＊FCVは実証試験など累計約600台 2014 推定 出典：IEA Global EV Outlook, EV sales、次世代自動車振興センター報告書などを元に作成 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 4 EV, PHVの国別保有台数シェア(2014年末) 2014年末のEV,PHV世界保有台数の95%以上をEVIメンバーが占める。 US39%, 日本15%,中国12%,オランダ6%,ノルウェー6% ＊EVI(Electric vehicles initiative)：上記の他に、France, Germany, UK, Canada, Italy, Sweden, Spain, Denmark, Portugal, Finland, South Africa, India 出典：IEA, Global EV Outlook 2015 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 5 国別の新車販売台数に占めるEV,PHVシェア(2014年) 2014年のノルウェーにおけるEV、PHV販売台数シェアは12.5% 次いで、オランダ5.3%、US1.5%、スウェーデン1.4% 日本は0.7%で、販売台数シェアの伸びは必ずしも高くない。 出典：IEA, Global EV Outlook 2015 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 6 車種別の世界販売台数トップ10（2014年） 2014年EV,PHV世界販売台数は、31.8万台 1位は日産リーフ(2014年6.1万台、シェア19%) 次いで三菱アウトランダー,テスラモデルS(いずれも3.2万台、10%), GM VOLT, トヨタプリウスPHVの順 2014 Sales 中国製EVが2014年からランクイン。7位にBYD Qin, 10位にKandi K10 2014年販売台数(世界) 台 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 Source: EV sales, Jan. 31, 2015 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan Kandi K10 (2-Seater EV) Renault Zoe Ford Fusion Energi BYD Qin BMW i3 Toyota Prius PHEV Chevy Volt Tesla Model S Mitsubishi Outlander PHEV Nissan Leaf 0 7 EVの技術進化と将来社会の展望 1.電動車両の市場導入の現状 ・世界の自動車市場への導入拡大が進む 2.技術開発の現状 ・EVの普及のための技術進化 ・環境技術としてのEVとFCVの位置づけ 3.将来展望 ・キーテクノロジーの進化 ・社会との連携/Eモビリティ Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 8 最近のトピックス(1) リーフ、累計販売台数15万台(2015/1) 2015/4/25、17.2万台 パナソニックLi電池、日経賞受賞(2015/1) BMW i3 販売好調、16,052台(2015/1/23) 2015/4/25、世界2.3万台 VW、e-up!、e-Golf、2月から日本発売開始 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 9 最近のトピックス(2) 次世代シボレーボルト公開(2015/1) ポルシェ918スパイダー限定918台完売(2014/12) テスラ「ロードスター」アップグレード発表(2014/12) メルセデス BクラスEV生産開始(2014/4) Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 10 BMW EV 「i3」 アルミニウムやCFRPなどの軽量素材を多用し、同クラスのエンジン車より軽い 1195kgまで軽量化。 モータ：最高出力125kW（170hp）／最大トルク250Nm。 時速0～60kmまでの加速時間が3.7秒、時速0～100kmの加速が7.2秒。 バッテリ：Samsung SDIの100％子会社SB LiMotive（Samsung SB LiMotive）から 調達。電池パックとその制御／冷却システムはBMWの内製。 一充電走行距離は130～160km。排気量650cc2気筒発電用エンジン搭載「レ ンジエクステンダー」もオプションで用意。300kmまで伸ばせる。 全長(mm) 4,010 全幅(mm) 1,775 全高(mm) 1,578 車両重量(kg) 1,195 定員(名) 4 駆動装置・ タイヤ 駆動方式 後輪駆動 タイヤ 175/65R19 駆動用バッ テリ 種類 リチウムイオン電池 総電力量(kWh) 22 電気モータ 最高出力(kW［ps］) 125 [170] 最大トルク (Nm[kgm]) 250 [25.5] 寸法・重量・ 定員 Source: MONOist, Aug. 8, 2013, http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1308/08/news024.html Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 11 BMWのEV「i3」、CFRPによりエンジン車より軽い1195kg BMW i3は、アルミニウム製フレームにリチウムイオン電池パックを内蔵、その上にCFRP製の パッセンジャーセルと呼ばれる居住空間を載せる。 電池パック重量230～250kgを相殺すべく、アルミニウムやCFRPなどの軽量素材を多用し、 同クラスのエンジン車より軽い1195kgまでの軽量化に成功。 CFRP製パッセンジャーセルは、日本製(三菱レーヨン)CFRPプリカーサ(原料糸)を、米ワシ ントン州モーゼスレイクのSGLオートモーティブ・カーボン・ファイバーで炭素繊維に加工。ドイ ツとチェコの国境付近のSGLグループ工場で布地に織込み、ミュンヘンのランズフート工場 でCFRPに整形。ライプツィヒ工場で最終アセンブリー。 BMWは、プリカーサから炭素繊維への加工プロセスで大量の電力を使うため、水力発電の 供給比率が高いモーゼスレイクに工場を設置、外板にプラスチックを採用して塗装工程を 省くなどして、CO2排出量やVOC（揮発性有機化合物）の低減につなげている。 Source: MONOist, Aug. 8, 2013, http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1308/08/news024.html Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 12 EVの普及のための技術進化 リチウムイオンバッテリの進化 環境性能だけでないクルマとしての魅力 • レスポンスの良い加速性能 • 運転しやすいハンドリング性能 • 異次元の静粛性、乗り心地 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 13 モータ制御改善による加速レスポンスの大幅改善 高速応答制振制御 1600 Drive Shaft Torque (Nm) フィードフォワード補償器のみを 動作させた場合とフィードバック 補償器を併用した場合のトルク ステップ応答の評価結果 ギアのバックラッシュ等により、 フィードフォワード補償器のみで は振動を完全に抑制できない場 合がある フィードバック補償器を併用した 場合，ドライブシャフトトルクの応 答を犠牲にすることなく完全に 振動を抑制できる Both feedforward and feedback control 1200 800 400 Only feedforward control 0 -400 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 Time (s) 出典：苅込卓明ほか 「新開発EV 向けの高応答加速度制御」自技会春季学術講演会2011年5月 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 14 ワンペダルドライビングによる運転性の改善 Paper C6-01, May 5, 2015, EVS28 Design and realization of a One-Pedal-Driving algorithm for J.J.P. van Boekel, I.J.M Besselink, H. Nijmeijer the TU/e Lupo EL Eindhoven University of Technology, Netherlands EVS28にて数件の論文発表あり アクセルペダルのみで加減速コントロール 直感的にコントロールでき、ドライビングフィ ールを大幅に改善できる また、回生エネルギー量の増大も可能 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 15 ハンドリング性能の大幅改善 後期：巻込まない Deflection of Yawrate 初期：スッと曲がる TurnMoment [Nm] StrAng [deg] Yawrate [deg/s] DriveTrq [Nm] モータ駆動トルクを操舵角により制御 操舵初期で駆動トルクを増加、後期で減少させることによりハンドリング性 能を大幅に改善 time[s] 出典：塩澤裕樹ほか、「EVのハンドリング性能向上のための駆動力制御システムの開発」、自技会春季学術講演会2011年5月 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 16 60 60 50 50 減速時の車両速度 40 40 30 30 20 20 10 10 00 0 0 1 1 2 2 3 3 4 5 4 5 6 6 7 7 8 9 8 9 88 99 Pedal Stroke [ mm ] Time [ sec ] 25 25 20 20 15 15 ブレーキペダル ストローク 10 10 55 00 00 11 22 33 44 55 66 77 Brake Force [ kN ] Time [ sec ] 44 ブレーキトルク(回生＋摩擦) 33 22 回生ブレーキ 11 00 0 0 Master Cylinder Pressure [ MPa ] 大容量バッテリを搭載したEVでは、 減速時のエネルギーを回生できる。 車速50km/hからの0.2G一定制動 時の場合、ブレーキペダルストロ ークはほぼ一定に保たれ、減速ト ルク(右中図）は一定となる。 電気ブレーキと摩擦ブレーキの比 率を制御する協調回生システムに より、減速エネルギーの約80%を 電気回生ブレーキでカバー。 回生トルクの大きい条件において マスターシリンダ圧が低く、回生 エネルギーの得られない条件では 高く設定される。 減速エネルギー回生によりエネル ギー効率を大幅に改善できる。 Vehicle Speed [ km/h ] 減速時のエネルギー回生 1 1 2 2 3 3 4 5 4 5 6 6 7 7 8 8 9 9 Time [ sec ] 22 マスターシリンダ圧 11 00 00 11 22 33 44 55 66 77 88 99 Time [ sec ] 出典：中尾誠治ほか 「ブレーキ回生と制動感を両立させる電動型制御ブレーキシステムの開発」 NISSAN TECHNICAL REVIEW No.69・70, 2012年1月 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 17 EV, FCVの長所、および今後の課題 FCVは、EV①航続距離②充電時間の課題を解決 しかしH2供給インフラの構築に費用、時間が必要 EV, FCVとも、CO2大幅削減には発電・燃料製造のCO2削減が必要 環境性能 車両性能 ガソリン車 EV FCV(FCHV) 排気清浄性 ○ ◎ ◎ CO2排出量 △ ◎ ○ 騒音・振動 ○ ◎ ○ 加速性能 ○ ◎ ○( ◎ ) ハンドリング性能 ○ ◎ ○( ◎ ) ◎ ▲ ○ インフラ設備 ◎ △ ▲ チャージ時間 ◎ ▲ ◎ 車両価格 ◎ △ ▲ 燃料価格 ○ ◎ ○ △ ◎ ○ 航続距離 給油・充電 費用 社会インフラ連携(電力融通など) Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 18 EVの技術進化と将来社会の展望 1.電動車両の市場導入の現状 ・世界の自動車市場への導入拡大が進む 2.技術開発の現状 ・EVの普及のための技術進化 ・環境技術としてのEVとFCVの位置づけ 3.将来展望 ・キーテクノロジーの進化 ・社会との連携/Eモビリティ Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 19 パナソニックEV用リチウムイオン電池が日経新聞賞受賞 2015年01月06日 パナソニック「EV向け円筒形高容量リチウムイオン電池」が日本経済新聞賞を受賞。 同賞は毎年1回、特に優れた新製品・新サービスを表彰するもので、技術開発性、 価格対効果性、業績寄与度、成長性、独自性、産業・社会へのインパクトの6項目 において、総合的に評価される。 今回受賞したパナソニックの円筒形リチウムイオン電池は、EV用に開発したもので、 ニッケル系正極材料とHRL（Heat Resistance Layer：絶縁性耐熱層）技術を採用し、 高容量化と耐久性の両立を実現。また、コストパフォーマンスにも優れる。 テスラモーターズ社のEVセダン『モデルS』に搭載され、500km超の長距離走行や 高いデザイン性の実現などに貢献。 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 20 ヒュンダイ電動車両戦略 2015年5月4日 EVS28 排ガス規制、燃費規制対応として電動車両の開発を強化。 これまで、2011年ソナタHEV、2013年Tucson iX35FCEV、2014年Soul EV、 2015年ソナタPHEVの販売を開始。 今後2020年までに、HEV12車種、PHEV6車種、EV2車種、FCV2車種を販売する。 EV：2014Soul EVの一充電走行距離96マイル⇒将来400マイルを目指す。 EVバッテリ2020年目標：エネルギー密度650Wh/L、300Wh/kg 実現のため、①現状リチウムポリマーバッテリの改良②全固体バッテリ、金属-空気 バッテリ、Li-Sバッテリの開発に取り組む。 EVバッテリエネルギー密度 2020年目標 容積あたり 650Wh/L 重量あたり 300Wh/kg (注：縦軸単位は kW/kgの間違い？) Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 21 LGケム、電動車両用リチウムポリマーバッテリを展示 2015年5月3日 EVS28 LGケム、EV、PHEV、HEV用のリチウムポリマーバッテリをEVS28に出品 EV用セルは容量36.2Ah、エネルギー密度157Wh/kg、288Wh/L、出力密度 2180W/kg。 LGケム リチウムポリマーセル 電流容量 電圧 電力容量 重量 寸法 体積 エネルギー密度 エネルギー密度 出力密度 PHEV用 EV用 Ah 36 36.2 V 3.6 3.6 Wh 129.6 129.0 g 705 860 mm 99.7x301.5x11.6 127.6x325x11.3 cc 348.7 467.5 Wh/kg 183 157 Wh/L 370 288 W/kg 3000 2180 LGケムは、来年発売のダイムラー「スマートED」にバッテリーを供給すると発表。 これにより、世界の上位20社のうち13社がLGケムを搭載することになる。ダイムラ ー、VW、GM、ヒュンダイ、Ford、ルノー、アウディなど13社に供給することになる。 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 22 シボレー、小型EV 「BOLT」 発表 GMのシボレーブランドは2015年1月12日、コンセプトカー『ボルト』（BOLT）を初公 開。PHVのボルト(VOLT)に対し、ボルト（BOLT）は小型EV。 BOLTのボディは、小型の5ドアハッチバック。車体にはアルミ、マグネシウム、カーボ ンファイバーなどの素材を積極的に採用し、軽量に仕上げられる。 1回の充電での最大航続可能距離は、320km以上を想定。米国50州をはじめ、世 界市場で通用する性能が追求された。 シボレーは将来、BOLTの考え方を反映させた市販EVを投入する方針。ベース価格 については、「3万ドル（約360万円）」と説明している。 http://response.jp/article/2015/01/13/241460.html Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 23 超小型EVシェアリング実証試験「チョイモビ」 【期間】2013年10月～2015年9月 【実施エリア】横浜みなとみらいエリア 【実施概要】 ・超小型モビリティ 70台 ・貸渡返却箇所：60 箇所(110 台分) ・運営方法：貸渡返却手続はスマート フォン/IC カードを活用 ・運営スタッフが常駐する拠点以外は 無人化による貸渡返却 ・基本プラン：1分30円 【超小型モビリティ】 ・日産New Mobility Concept ・リチウムイオン電池搭載の電動車両 ・定員2名、車両重量500kg ・最高速80km/h (高速道路、自動車専用道路は走行不可) ・長さ 234cm、幅 123cm、高さ 145cm チョイモビ会員数：11,400人(2015年1月現在) Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 24 EVと電力系統との連携 EVバッテリを電力系統に接続しエネルギーマネジメントに活用 ①電力ピークカット②太陽光発電の利用率向上③災害時の非常用電源 ソーラパネル コンバーター 系統電力 配電盤 蓄 電 省エネ家電 蓄電 利用 バッテリ 電気自動車 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 25 日産、"LEAF to Home" を市場に導入 2012年から、日産はリーフのバッテリーから住宅に電力を供給する“LEAF to Home” の販売を開始する。 “LEAF to Home”はEVバッテリーに貯めた電気を住宅の分電盤に接続して活用。 夜間電力や太陽光発電を使って日産リーフに充電し、蓄えた電気を日中の電力需 要が高まる時間帯に使用、家庭への電力供給や電力消費のピークシフトに貢献。 停電時や非常時などには、バックアップ電源としての活用が可能。 料金の安い夜間電力を日中に活用することで、電気料金の節減も期待できる。 バッテリー満充電時には一般家庭の約2日分の日常使用電力を賄うことができる。 出典：日産自動車プレスリリース2012年5月30日 http://www.nissan-global.com/JP/NEWS/2012/_STORY/120530-01-j.html Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 26 横浜市スマートコミュニティ実証プロジェクトYSCP 2009-2014年度 3地域：港北ニュータウン、みなとみらい、横浜グリーンバレー 太陽光発電、スマートハウス、EVの大量導入 スマートコミュニティエネルギーマネジメント実証試験 主要目標 27MWの太陽光発電 港北ﾆｭｰﾀｳﾝ地区 4000世帯のスマートハウス・ビル 3地区のスマート化 ＋ 各地区と大規模ｴﾈﾙｷﾞｰ ﾈｯﾄﾜｰｸの相互連携・制御 みなとみらい地区 横浜ｸﾞﾘｰﾝﾊﾞﾚｰ地区 太陽光発電 2,000台の電気自動車 可視化等による ライフスタイル革新 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 27 まとめ：EVの技術進化と将来社会の展望 1.EV, PHVの市場導入が急速に拡大しつつある。 2010年からUS,日本市場に加え、欧州各国の導入が本 格化、中国でも導入が拡大。 2.市場導入拡大の背景 ①社会的要請：環境・エネルギー対応など ②技術革新(バッテリなど)による本格的EVの登場 3.EV, PHVは環境性能だけでなく、クルマの魅力を高める 技術開発も大きく進化してきた。 4.今後、低炭素社会の実現に貢献するためには、車両技術 の開発に加え、エネルギーの革新、エネルギー系統との 連携が重要となる。 Toshio Hirota, Environmental Research Institute, Waseda University, Japan 28
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