ハイブリッドカーのバッテリーは、今後、リチウムイオンにシフトしていくのでしょうか？ アコードハイブリッドの燃費がトヨタを越えたのはバッテリーの違いですか？

Question

ホンダがアコードハイブリッド、フィットと、トヨタの同クラス車を上回るすごい燃費で登場しています。
雑誌の名前は忘れましたが、自動車雑誌の記事で「アコードハイブリッドは、リチウムイオンバッテリーを搭載しているから、あれだけのすごい燃費が出た。
トヨタもカムリやアクアにリチウムイオンバッテリーを使用すればあれくらいの燃費は出せる」といった内容でした。
トヨタはハイブリッドの先駆者だと思っていましたが、ホンダに越されたように見えます。
トヨタの技術者は、悔しい思いをしているだろうと思います。

そこでおたずねします。
Q1. トヨタは、カムリやアクアなどのハイブリッド車のバッテリーを、リチウムイオンに
変更する可能性はあると思われますか？

Q2. もし、「可能性有り」の場合、その時期は、次回のモデルチェンジの時でしょうか？
それとも、マイナーチェンジの時でしょうか？

皆さんの見解・予想をお聞かせください。
よろしくお願いいたします。

Answer 1

Q1) 既にトヨタはPriusαの7人乗ではリチウムイオンバッテリーを採用しています。
5人乗はニッケル水素バッテリーですが、どちらも蓄電容量も最大放電電流も同じ仕様です。
(単なるカタログ数値は若干異なりますが、実際にバッテリーとして動作する実力値は同じです。
リチウムイオンバッテリーは1.03kw,5Ah、ニッケル水素バッテリーは1.31kw,6.5Ahですが、両者の出力電圧特性・電流特性はほぼ同じです。
同じにしてあるので、Priusαは5人乗でも7人乗でも制御ユニットおよびパワートレインが同一です。)
バッテリーの体積がリチウムイオンバッテリーの方が小さくなります。
これからもわかる通り、単にリチウムイオンバッテリーを採用しただけでは、バッテリー体積および重量の削減効果しか無いのが分かるでしょう。
リチウムイオンバッテリーとニッケル水素バッテリーは充放電制御も異なります。
リチウムイオンバッテリーは電荷の移動に伴う発熱対策が、ニッケル水素バッテリー以上に必要です。
又、リチウムイオンバッテリーの電解剤は可燃性が高いので、安全なパッケージ技術が必要です。
いずれは、トヨタもリチウムイオンバッテリーへシフトするとは思いますが、コストを重視して現状のニッケル水素バッテリーを当面は使うでしょう。

Q2) リチウムイオンバッテリーのコストがニッケル水素バッテリーのコストに近付くまでは、現状維持だと思います。
リチウムイオンバッテリーに変えただけでは、燃費向上効果は体積と重量の効果程度しかありませんから。
Priusαが7人乗でリチウムイオンバッテリーを搭載しているのに、飛躍的な燃費向上が無い事でも明らかです。

Accord hybridの燃費は、リチウムイオンバッテリーの導入によるものではありません。
低速時のエンジン駆動をキッパリと辞め、エンジンは発電に徹したところにあります。
発電機は100kwもあり、大出力の駆動用モーターをドライブします。
これにより、エンジンの回転数を最適に管理し、エンジン効率を上げる事で燃費を向上しています。
トヨタのハイブリッドシステムTHS/THSⅡは発電機が駆動用モーターより小さく、エンジンでの駆動を併用するために、エンジン効率を最大化しきれていない点があります。
(Priusの発電機は17kwしか発電能力がありません。)
そこを突いたのがAccord hybridのi-MMDです。

(monn751さんへ)

Answer 2

トヨタは臆病な会社ですからね。

今回アクアを小改造してフィットHVを再度逆転しました。ようするにトヨタは信頼性や値段、ドライバビリティーと燃費の設定はどうにでも変えることができるものの、臆病（田舎者）なので冒険しないのです。

というか、プリウスだけものすごく冒険して成功しましたが、基本は臆病です。ただ冒険するなら次のプリウスでしょうね。

Q1. トヨタは、カムリやアクアなどのハイブリッド車のバッテリーを、リチウムイオンに
変更する可能性はあると思われますか？

すでに、トランクルームが厳しいミニバン（プリウスアルファ、エスティマハイブリッドなど）で、トヨタもリチウムイオン採用しています。

ただ、トヨタはリチウムイオンが無交換で５年－１０年いけるか不安なので、全面的には採用していないんじゃないですかね。現在のリチウムイオンは１０年持たないのじゃないかと思います。

リーフは米国で電池劣化が問題になり、５年保障を最近になってつけたことがヒントだと思います。タクシーなどは補助金の年限まで寝ているリーフいるみたいです。

トヨタは2000年になる前からリチウムイオンの試作車を長くテストしているのに、全面採用しないのは信頼性に疑問があるのだ思います。

慎重な（臆病な）トヨタは、もしリチウムイオンに問題が発生しても車種や数を絞っておけばなんとか対応できると考えているんじゃないですか？

コストが問題なら、価格が高いクラウンとかにはリチウムイオン載せてくるはずですが載せてませんね。

Q2. もし、「可能性有り」の場合、その時期は、次回のモデルチェンジの時でしょうか？それとも、マイナーチェンジの時でしょうか？

判断は次期プリウスだと思います。プリウスはトヨタの先鋒で過去ハイブリッド、LEDヘッド、衝突防止、レーダークルーズなどレクサスLS並の先進装備を載せてきました。

ですから時期プリウスがリチウムイオンを載せてくるなら、電池の信頼性や生産性が解決したということでしょう。載せてこなければ５年１０年の寿命がまだ無いと考えていいと思います。何か次期プリウスは内部でデザインや方向性で揉めているみたいです。

下の方にプリウスの発電機が17kwとありますが、正しくは30kwです。モーターは60kwです。またアコードハイブリッドの発電機は正しくは75kwです。

なおフィットハイブリッド試乗しましたが、リチウムイオン電池の使い方は非常に軽いですね。モーターも22kwともともと弱いですし、モーターアシストも弱いです。寿命のばすために軽く使っているのでしょう。一方アコードハイブリッドは1.3kwしか無い電池を非常に重い負荷でつかっているので、おそらく電池の寿命は短いとおもいます。

Answer 3

違います。コストが安いニッケル水素電池は，これからも使われ続けます。ニッケル水素電池を電池を使うのは，下記4つの理由からです。

(1) 安全性
(2) 品質管理
(3) コスト
(4) ニッケル水素電池の改良

●トヨタのスタンスは？
トヨタは早くからリチウムイオン電池に取り組んでおり，内製リチウムイオン電池をマスプロのクルマに最初に搭載したのは，トヨタでした。

2002年 トヨタ・ヴィッツ インテリジェントパッケージ … トヨタ内製リチウムイオン電池を助手席足下に搭載し，アイドルストップ機能を実現

当時，日産もリチウムイオン電池を研究していました。結局，NECから技術導入することにしました。過去の電気自動車はすべて他社製（ソニー，新神戸）です。トヨタは，古くからリチウムイオン電池を研究してきており，高い技術を持っています

●安全性
リチウムイオン電池の正極材料が問題です。充電時，電圧制御を数十ミリボルト単位で不正制御になると，結晶構造が破壊され，短絡，発熱，発火，破裂にいたります。日産では結晶構造を維持しやすいマンガン系を選んでいます。ただマンガン系では出力密度がやや低いので，むずかしいところです。
もうひとつ難しいのは，電池に強い外力がかかると，やはり結晶破壊をおこすことです。つまり車両衝突時に，発火原因になる可能性があります。このため電池収納位置は，車室内空間の近辺に設ける必要があります。リチウムイオン電池を搭載した電気自動車の衝突安全性が高いのは，車室内空間を守るためというより，電池空間を守るためです。
このようなリスクを考えると，リチウムイオン電池よりニッケル水素電池のほうが安全です。

●品質管理
リチウムイオン電池で，このような結晶構造を維持させるためには，精密な充電制御だけではなく，結晶内の不純物管理が重要です。たとえばソニー製電池での発火事故は，これが原因といわれています。

●コスト
現在の電池コストは下記のとおりです。

・リチウムイオン電池 ＝ 5～10万円/kWh （20万円/kWhでは，1台のEVも売れません）
・ニッケル水素電池 ＝ 2.5～5万円/kWh

各車両の電池容量は

プリウス ＝ 1.3kWh → 台数が多いので，納入コストは1.8～1.9万円
クラウン・ハイブリッド ＝ 1.86kWh → 3.2万円

これからニッケル水素電池を使う目的のひとつがコストであることがわかります

●ニッケル水素電池の改良
リチウムイオン電池が安全性向上についての開発をしているあいだ，ニッケル水素電池が改良され，たとえばエネルギ密度を同じにした場合，出力密度は2倍くらいになっています。

●まとめ
約15年前には，リチウムイオン電池でなければと考えられていましたが，現在のハイブリッド車のような電池サイズを許容すれば，ニッケル水素電池でも十分使えます。このためリチウムイオン電池を選ぶには，下記の条件が必要になるでしょう。

・搭載容積の制約 → プリウスαのように7名乗車になると，電池スペースが少なくなり，ニッケル水素電池では成立しなくなる
・高出力密度 … 特にEV走行で必要
・将来性 … 生産設備への投資を考えると，将来性のあるリチウムイオン電池に一本化

●リチウムイオン電池では，トヨタは遅れていて，日産は進んでいるのか？
日産がNECから技術導入した方式は，ボンカレーのようなパッケージ（ラミネート構造）＋マンガン系正極材料です。この組み合わせは，結晶破壊には強いものの，発電能力が劣ります。またラミネート構造は，単体でのエネルギ密度や放熱特性は優れていますが，組電池にすると，放熱特性が悪いため，せっかくの高エネルギ密度がいかせません。
トヨタでは，傘下におさめた富士重工からNECの電池情報（日産の電池のベース）はすでに分析済みでしょう。一般電池（18650）を大規模組電池にする技術についてもテスラ社より導入済みです。このようなことをいろいろ考え，自社開発を継続しつつも，パナソニック＝三洋電機連合とタッグを組むトヨタの技術力とは，必要な能力のものを最低コストで実現する方法をもっているという意味で，非常に高いものがあります。
一方，他の自動車会社は，選択肢がほとんどなく，やむなくリチウムイオン電池を使っているという状況です。

●売れ行きは？
添付図をご覧ください。

クラウン（ハイブリッド）… ハイブリッド車の比率を75%に設定。価格410～543万円
アコード（ハイブリッド） … 価格365～390万円
2013年の日本での販売台数

アコードはクラウンHVの24%です。車格などが異なるので，直接の比較はできませんが，ホンダはコスト的に厳しい戦いをしているとおもわれます。

●ご質問への回答１
当分無いでしょう。必要ないからです。トランクの広さですが，クラウンHVと同じパワーユニットを搭載するレクサスIS300hでは，トランクスルーを実現しています。クラウンは高級車なので，トランクスルー機能は不要とされています。

簡単ですが，ご参考になれば幸いです。

Answer 4

また、知ったか振りに答えて居られる方がいますが
プリウスαのバッテリーはニッケル水素とリチウムでは搭載容量が違います

ニッケル水素とリチウムの充放電効率の違いからバッテリーの充放電制御範囲も違います
この制御と12V DC-DCコンバーター･温度管理を行って要るのが充電管理ＥＣＵです

その他のインバーター･モーター等は同じ物で、最初からリチウム対応設計が成されて要ると言う事です

リチウムを採用する事で車両重量増加による燃費悪化を食い止めて要るのです

※車両重量増加が無ければ燃費向上が出来ると言えるのです


※アコードは100Km/h巡航ではエンジンが2200rpm回っています
此に対しプリウスは1800rpm程度です

リチウム電池にするだけで10％以上の燃費向上が見込めます

次のモデルチェンジでは対応せざる獲ないでしょう


フィットにもリチウムが採用され公称値ではアクアを追い抜きましたが実燃費ではアクアに逆転されています


さすがカテマスこじつけが上手い･･･
時間を掛けて調べた様だけど･･･ﾘﾁｳﾑｲｵﾝ電池は､56個 7.2V×28＝201.6V
容量5Ah（1時間率容量）約1.03kWh

ﾆｯｹﾙ水素電池は､28個 3.6×56＝201.6V
容量6.5Ah（3時間率容量）ﾆｯｹﾙ水素電池が約1.31kWh


※簡単に小学生にも解る様に言えば単１電池を単３電池に替えても同様の性能が得られると言う事


リチウム電池の生産増強に付いて今年の６月頃にトヨタが2000億円程度出資する事で合意している筈です

Answer 5

Q1
トヨタはプライムアースEVエナジーという、
バッテリーを製造する子会社を持っていて
ハイブリッドカーの生産能力は
このバッテリー子会社の製造能力で決まります。
現在、ニッケル水素バッテリーをメインに生産していて
リチウムイオン電池の製造能力は
年3万台分ほどしかないため
年40万台以上にもなるプリウスやアクアに採用するほどの供給量が確保できない状況です。


もともとパナソニックとトヨタで立ち上げた、
ニッケル水素バッテリー製造のための子会社であり、
まだまだ使えるその設備投資を捨てるよりは
このままニッケル水素バッテリーを使う必要があり
一気にリチウムイオンへは移行できませんね。
当分、トヨタハイブリッドはニッケル水素がメインです。
次期ノアヴォクシーのハイブリッドもニッケル水素バッテリーみたいですよ。


かつてニッケル水素バッテリーはほぼこの子会社が独占状態で生産していて
ホンダの初代インサイトやシビックハイブリッドにも使われていた時代がありましたが
ハイブリッドカーの重要パーツをトヨタに頼らなければならない、という事情は
他メーカーにとっては使いにくいものでした。

でも時代が変わって
リチウムイオン電池のサプライヤーには
今や他の電機メーカーなどもあり、
バッテリーサプライヤーに対して
フリーハンドだったホンダは
なんのしがらみもなく、
GSユアサと合弁会社を設立して
フィットハイブリッド、アコードハイブリッドと、
積極的に投入しているというわけです。

Q2
可能性があるとすれば,
2015年発売と予想されている次期プリウス、
このハイブリッドシステムでどの電池を使うか、
というタイミングではないでしょうか。
だとすると1年以上は先になります。
ラインナップ上、プリウスを差し置いてアクアが
ということはないでしょうし
トヨタは良くも悪くも
スケールメリットを最大限に生かせる車種から
順番に採用していくと思います。

Answer 6

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%AA%E3%83%81%E3%82%A6%E3%83%A0%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%B3%E4%BA%8C%E6%AC%A1%E9%9B%BB%E6%B1%A0%E3%81%AE%E7%95%B0%E5%B8%B8%E7%99%BA%E7%86%B1%E5%95%8F%E9%A1%8C

にもあるように、リチウムイオン電池は爆発、発火の危険性が有ります。これをクリアできれば普及することは間違いないと思います。価格の問題もありますが・・（どのくらい先かは知りません）

なお、ホンダ アコードは変速機が付いてなく、軽負荷の時だけ６速クラスのギアにつないで、エンジンで動きます。変速機がないので、安く出来ますが、低速はモータでしか走ることができません。なので、発信加速をモータでエンジンをアシストするといったことはできません。
試乗したこと無いので感覚は分かりませんが、がっかりするんでは！