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電気でんき自動車じどうしゃよう蓄電池ちくでんち

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア(Wikipedia)』
電池でんち一部いちぶえている日産にっさん・リーフのカットモデル(2009ねん

電気でんき自動車じどうしゃよう電池でんち(でんきじどうしゃようでんち、えい: electric-vehicle battery略称りゃくしょう: EVB[注釈ちゅうしゃく 1])は、電池でんちしき電気でんき自動車じどうしゃ(BEV)やハイブリッドしき電気でんき自動車じどうしゃ(HEV)の電気でんきモーター駆動くどうするための電池でんちである。通常つうじょう電池でんち蓄電池ちくでんち)であり、リチウムイオン電池でんち一般いっぱんてきである。これらの電池でんちは、たかアンペア(またはキロワット時きろわっとじ容量ようりょうのために専用せんよう設計せっけいされている。

電気でんき自動車じどうしゃよう電池でんちは、始動しどう照明しょうめい点火てんか(SLI)ようなまり蓄電池ちくでんちとはことなる。これは、電気でんき自動車じどうしゃよう電池でんち持続じぞくてき電力でんりょく供給きょうきゅう目的もくてきとしたディープサイクル電池でんち英語えいごばんであるためである。電気でんき自動車じどうしゃよう電池でんちは、重量じゅうりょう出力しゅつりょくエネルギーエネルギー密度みつど比較的ひかくてきたかいことが特徴とくちょうであり、電池でんち小型こがた軽量けいりょうは、自動車じどうしゃ重量じゅうりょうらし、性能せいのう向上こうじょうさせるためにのぞましい。液体えきたい燃料ねんりょう比較ひかくすると、現在げんざいのほとんどの電池でんち技術ぎじゅつエネルギーが非常ひじょうひくく、これが電気でんき自動車じどうしゃ最大さいだい航続こうぞく距離きょり影響えいきょうあたえることがおおい。

最近さいきん電気でんき自動車じどうしゃでは、重量じゅうりょうくらべてエネルギー密度みつどたかいリチウムイオン電池でんちリチウムイオンポリマー電池でんち主流しゅりゅうとなっている。電気でんき自動車じどうしゃ使用しようされるほか種類しゅるい電池でんちには、なまり蓄電池ちくでんち(「えきしき」、ディープサイクル、バルブ調整ちょうせいしき)、ニッケル・カドミウムニッケル・水素すいそ、そしてあまり一般いっぱんてきではないが、空気くうき亜鉛あえん溶融ようゆうしお電池でんちなどがある[1]電池でんちたくわえられる電気でんきりょう(すなわち電荷でんか)は、アンペアまたはクーロンはかられ、そうエネルギーりょうキロワット時きろわっとじはかられることがおおい。

1990年代ねんだい後半こうはん以降いこう、リチウムイオン電池でんち技術ぎじゅつは、携帯けいたいがた電子でんし機器きき、ノートパソコン、携帯けいたい電話でんわ電動でんどう工具こうぐなどの需要じゅようによって進歩しんぽしてきた。BEVやHEVの市場いちばでは、性能せいのうとエネルギー密度みつど両面りょうめんでこれらの進歩しんぽ恩恵おんけいけている。リチウムイオン電池でんちは、ニッケル・カドミウムなどの従来じゅうらい電池でんちとはことなり、毎日まいにち、どのような充電じゅうでん状態じょうたいでも放電ほうでんさい充電じゅうでん可能かのうである。

バッテリーパックはBEVやHEVの費用ひようおおくをめる。2019ねん12がつ現在げんざい電気でんき自動車じどうしゃよう蓄電池ちくでんち費用ひようは、1キロワット時きろわっとじベースで2010ねんから87%低下ていかしている[2]。2018ねん現在げんざいテスラ・モデルSといった、400キロメートルをえる電化でんかのみの航続こうぞく距離きょり車両しゃりょう実用じつようされ、多数たすう車両しゃりょうセグメント販売はんばいされている[3]

運転うんてんコストについては、BEVをはしらせるための電気でんきだいは、同等どうとう内燃ないねん機関きかん燃料ねんりょうだいくらべてわずかであり、これはよりたかエネルギー変換へんかん効率こうりつ反映はんえいしている[よう出典しゅってん]

種類しゅるい

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旧式きゅうしき: 一部いちぶのBEVの推進すいしんりょくとして、従来じゅうらいなまり蓄電池ちくでんち使つかわれている。
まえ円筒えんとうがたセル(18650)。
リチウムイオン電池でんち監視かんしよう電子でんし機器きき充電じゅうでん放電ほうでん保護ほご

なまり蓄電池ちくでんち

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えきしきなまり蓄電池ちくでんちは、自動車じどうしゃよう電池でんちなかではもっと安価あんかで、かつてはもっと一般いっぱんてきなものであった。なまり蓄電池ちくでんちにはおおきくけて、自動車じどうしゃようエンジン始動しどう蓄電池ちくでんちとディープサイクル蓄電池ちくでんちの2種類しゅるいがある。自動車じどうしゃようエンジン始動しどう蓄電池ちくでんちは、エンジンを始動しどうするためにたか充電じゅうでんりつ提供ていきょうするため、容量ようりょうのわずかな比率ひりつ使つかいように設計せっけいされているのにたいして、ディープサイクル蓄電池ちくでんちは、フォークリフトゴルフカートなどの電気でんき自動車じどうしゃうごかすために継続けいぞくてき電力でんりょく供給きょうきゅうするように設計せっけいされている。ディープサイクル蓄電池ちくでんちは、レクリエーショナル・ビークル補助ほじょ蓄電池ちくでんちとしても使用しようされているが、ことなる段階だんかい充電じゅうでん必要ひつようである[4]電池でんち寿命じゅみょうみじかくなるため、なまり蓄電池ちくでんち容量ようりょうの50%以下いかまで放電ほうでんすべきではない[4]えきしき蓄電池ちくでんちは、電解でんかいえきりょう点検てんけんし、通常つうじょう充電じゅうでんサイクルちゅう気化きかしたみず時々ときどき交換こうかんする必要ひつようがある。

以前いぜんは、ほとんどの電気でんき自動車じどうしゃが、技術ぎじゅつてき成熟せいじゅくしていること、入手にゅうしゅしやすいこと、安価あんかであることから、なまり蓄電池ちくでんち使用しようしていた。ただし、ニッケル・てつ電池でんち使用しようしていたデトロイト・エレクトリック英語えいごばんのような初期しょき一部いちぶのBEVは例外れいがいである。ディープサイクルなまり蓄電池ちくでんち高価こうかで、車両しゃりょう本体ほんたいよりも寿命じゅみょうみじかく、通常つうじょう3ねんごとに交換こうかん必要ひつようとなる。

電気でんき自動車じどうしゃ使用しようされるなまり蓄電池ちくでんちは、最終さいしゅうてき車両しゃりょう重量じゅうりょうの25%から50%というおおきな割合わりあいめます。電池でんち同様どうように、なまり蓄電池ちくでんちエネルギーは石油せきゆ燃料ねんりょうくらべていちじるしくひくい。この場合ばあいは30 - 50 Wh/kgとなる。EVでは駆動くどうけい(ドライブトレイン)が軽量けいりょうされているため、車両しゃりょう重量じゅうりょうはそれほどおおきくはないが、どんなにすぐれた蓄電池ちくでんちでも、通常つうじょう航続こうぞく距離きょりくるま適用てきようすると、おもくなる傾向けいこうがある。げん世代せだい一般いっぱんてきなディープサイクルなまり蓄電池ちくでんち効率こうりつ(70 - 75%)と蓄電ちくでん容量ようりょうは、気温きおんがると低下ていかし、加熱かねつコイルをうごかすために電力でんりょく迂回うかいさせると、効率こうりつ航続こうぞく距離きょり最大さいだいで40%低下ていかする[よう出典しゅってん]


蓄電池ちくでんち充電じゅうでんして作動さどうさせると、通常つうじょう水素すいそ酸素さんそ硫黄いおう排出はいしゅつされる。これらは自然しぜんかい存在そんざいするものであり、適切てきせつ排気はいきされていれば通常つうじょう無害むがいである。初期しょきシティカー英語えいごばん所有しょゆうしゃは、適切てきせつ換気かんきされていない場合ばあい充電じゅうでん直後ちょくご不快ふかい硫黄いおうにおいが車内しゃないれることに気付きづいた。

なまり蓄電池ちくでんちは、初代しょだいEV1のような現代げんだい初期しょき電気でんき自動車じどうしゃ搭載とうさいされていた。

ニッケル・水素すいそ充電じゅうでん

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GM Ovonicせいニッケル・水素すいそ充電じゅうでんモジュール

ニッケル水素すいそ電池でんち現在げんざい比較的ひかくてき成熟せいじゅくした技術ぎじゅつかんがえられている[5]たかし放電ほうでん効率こうりつなまり蓄電池ちくでんちよりもひくい(60 - 70%%)が、エネルギーはなまり蓄電池ちくでんちよりもはるかにたかい30 - 80 Wh/kgである。適切てきせつ使用しようすれば、ニッケル水素すいそ電池でんち非常ひじょう長持ながもちする。ハイブリッドしゃや、10まんマイル(16まんkm)走行そうこうしても10ねん以上いじょう使用しよう期間きかんても問題もんだいなく動作どうさするだい1世代せだいのニッケル・水素すいそ電池でんち搭載とうさいしたトヨタ・RAV4 EV英語えいごばん現存げんそんしていることからも、そのことがわかる。欠点けってんとしては、効率こうりつわるいこと、自己じこ放電ほうでんおおきいこと、充電じゅうでんサイクルが非常ひじょうこまかいこと、寒冷かんれいでの性能せいのうひくいことなどがげられる。

GM Ovonicしゃだい2世代せだいのEV-1に採用さいようされたニッケル・水素すいそ電池でんち製造せいぞうし、Cobasysしゃもほぼおな電池でんち製造せいぞうしている(Ovonicしゃ電池でんちが11セルであるのにたいし、1.2 V 85 Ahのニッケル・水素すいそ電池でんちを10セル直列ちょくれつ配置はいち)。この電池でんちはEV-1では非常ひじょうによく機能きのうしたが、近年きんねん特許とっきょかべはばまれて使用しよう制限せいげんされている。

ゼブラバッテリー

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塩化えんかアルミニウムナトリウム蓄電池ちくでんちまたは「ゼブラ」電池でんちテトラクロロアルミンさんナトリウム(NaAlCl4しお電解でんかいしつとして使用しようする。比較的ひかくてき成熟せいじゅくした技術ぎじゅつであるゼブラバッテリーのエネルギーは120 Wh/kgである。この電池でんち使用しようするためには加熱かねつする必要ひつようがあるため、さむさは加熱かねつコストの増加ぞうかのぞいて、その動作どうさつよ影響えいきょうあたえない。ゼブラバッテリーはモデック商用しょうようしゃなど、いくつかのEVに採用さいようされている[6]。ゼブラバッテリーは、すうせんかい充電じゅうでんサイクルにえることができ、無毒むどくである。欠点けってんとしては、電力でんりょくひくいこと(300 W/kg未満みまん)、電解でんかいえきやく270 ℃に加熱かねつしなければならないことなどがげられる。これはエネルギーを浪費ろうひし、充電じゅうでん長期ちょうき保存ほぞん困難こんなんであり、潜在せんざいてき危険きけんである。

リチウムイオン電池でんち

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電気でんき自動車じどうしゃようのリチウムイオン電池でんちひらいている男性だんせい

リチウムイオン電池でんち(および機械きかいてき類似るいじしたリチウムイオンポリマー電池でんち)は、当初とうしょ、ノートパソコンや家電かでん製品せいひんよう開発かいはつ実用じつようされた。たかいエネルギー密度みつどながいサイクル寿命じゅみょうつことから、現在げんざいでは電気でんき自動車じどうしゃ使用しようされる代表だいひょうてき電池でんちとなっている。最初さいしょ実用じつようされたリチウムイオン化いおんかがくは、カソードコバルトさんリチウムアノードグラファイトもちいたもので、1979ねんにN. Godshallが、そのすぐにジョン・グッドイナフ吉野よしのあきら実証じっしょうした[7][8][9][10]従来じゅうらいのリチウムイオン電池でんち欠点けってんは、温度おんど敏感びんかんであること、低温ていおんでの発電はつでん性能せいのう経年けいねんによる性能せいのう低下ていかなどがげられる[11]。また、有機ゆうき電解でんかいえき揮発きはつせい酸化さんかたか金属きんぞく酸化さんかぶつ存在そんざいきょくのSEI(固体こたい電解でんかいしつ界面かいめんそうねつてき不安定ふあんていせいなどにより、従来じゅうらいのリチウムイオン電池でんちは、パンクや充電じゅうでん不適切ふてきせつだと火災かさい危険きけんせいがある[12]。また、初期しょきのリチウムイオン電池でんちは、極寒ごっかんでは充電じゅうでんができないため、気候きこうによってはヒーターであたためる必要ひつようがある。この技術ぎじゅつ成熟せいじゅくちゅう程度ていどである。テスラ・ロードスター(2008ねん)をはじめとするテスラしゃ自動車じどうしゃには、従来じゅうらいのリチウムイオン「ノートパソコンバッテリー」のセルを改良かいりょうしたものが使つかわれていた。

最近さいきんのEVでは、エネルギーや出力しゅつりょく犠牲ぎせいにして、なんもえせい環境かんきょうせい急速きゅうそく充電じゅうでん最短さいたんすうふん)、長寿ちょうじゅいのち実現じつげんしたリチウムイオン化いおんかがくあたらしいバリエーションが採用さいようされている。これらのバリエーション(リンさんしお、チタンさんしおスピネルなど)は、はるかになが寿命じゅみょうつことがしめされており、リンさんてつリチウム英語えいごばん使用しようしたA123タイプはすくなくとも10ねん以上いじょう、7000かい以上いじょうたかし放電ほうでんかえすことができ[13]LG化学かがくリチウム・マンガン・スピネル電池でんち英語えいごばん寿命じゅみょう最大さいだい40ねん見込みこんでいる[よう出典しゅってん]

研究けんきゅうしつでは、リチウムイオン電池でんちかんするおおくの研究けんきゅうおこなわれている[14]酸化さんかバナジウムリチウムは、すでにSUBARUのプロトタイプG4e英語えいごばん搭載とうさいされ、エネルギー密度みつどが2ばいになっている[よう出典しゅってん]。シリコンナノワイヤー[15][16]、シリコンナノ粒子りゅうし[17]、スズナノ粒子りゅうし[18][19]はアノードですうばいのエネルギー密度みつど[よう説明せつめい]期待きたいさせ、ふくあいカソード[20][21]ちょう格子こうしカソード[22]大幅おおはばなエネルギー密度みつど向上こうじょう期待きたいさせる。

あたらしいデータは、リチウムイオン電池でんち劣化れっかは、年齢ねんれい実際じっさい使用しようじょうきょうよりも、ねつへの曝露ばくろ急速きゅうそく充電じゅうでん使用しようによって促進そくしんされ、平均へいきんてき電気でんき自動車じどうしゃのバッテリーは、6ねん6かげつ使用しよう初期しょき容量ようりょうの90%を維持いじしていることをしめしている。たとえば、日産にっさん・リーフに搭載とうさいされている蓄電池ちくでんちは、テスラしゃ搭載とうさいされている蓄電池ちくでんちの2ばいはやさで劣化れっかする。これはリーフが蓄電池ちくでんち能動のうどうてき冷却れいきゃくシステムをっていないためである[23]

電池でんち容量ようりょう

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プラグインでないハイブリッドしゃ電池でんち容量ようりょうは、0.65 kWh(2012ねんホンダ・シビックハイブリッド)から1.8 kWh(2001ねんトヨタ・プリウス英語えいごばん)。

プラグインハイブリッドしゃ電池でんち容量ようりょうは、4.4 kWh(2012ねんプリウスPHV)から34 kWh(ポールスター・1)。

電気でんき自動車じどうしゃ電池でんち容量ようりょうは、6.0 kWh(2012ねんしきルノー・トゥイージー英語えいごばん)から100 kWh(2012ねんしきテスラ・モデルSおよび2015ねんしきテスラ・モデルX)。

蓄電池ちくでんち費用ひよう

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50 W⋅h/kgのリチウムイオンポリマー電池でんち試作しさくひん最新さいしんのリチウムイオン電池でんちは、最大さいだい265 W⋅h/kgの出力しゅつりょく可能かのうで、すうせんかい充電じゅうでんサイクルにえられる。

2010ねんデンマーク工科こうか大学だいがく英語えいごばん科学かがくしゃらは、25 kWhの容量ようりょう認証にんしょうみのEVよう蓄電池ちくでんちに(割戻わりもどし追加ついか料金りょうきんなしで)1まんあめりかドル(つまり400あめりかドル/kWh)を支払しはらった[24]。バッテリーメーカー15しゃのうち、品質ひんしつ火災かさい安全あんぜんせいかんする必要ひつよう技術ぎじゅつ文書ぶんしょ提供ていきょうできたのは2しゃだった[25]。2010ねんには、バッテリーの価格かかくが3ぶんの1になるにはせいぜい10ねんかかると見積みつもられていた[24]

全米ぜんべい研究けんきゅう評議ひょうぎかいによる2010ねん研究けんきゅうによると、リチウムイオン電池でんちパックの費用ひようは、使用しよう可能かのうなエネルギー1 kWhあたりやく1,700あめりかドルであり、PHEV-10がやく2.0 kWh、PHEV-40がやく8 kWhを必要ひつようとすることを考慮こうりょすると、電池でんちパックのメーカーコストは、PHEV-10でやく3,000あめりかドル、PHEV-40では14,000あめりかドルにまで上昇じょうしょうする[26][27]MITテクノロジーレビューは、自動車じどうしゃよう電池でんちパックの費用ひようが2020ねんまでに1キロワット時きろわっとじあたり225あめりかドルから500あめりかドルになると推定すいていしている[28]米国べいこくエネルギー効率こうりつ経済けいざい協議きょうぎかい英語えいごばんによる2013ねん調査ちょうさは、電池でんち費用ひようが2007ねんの1,300あめりかドル/kWhから2012ねんには500あめりかドル/kWhまでがったと報告ほうこくしている。アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくエネルギえねるぎしょうは、同省どうしょう主催しゅさいする電池でんち研究けんきゅう費用ひよう目標もくひょうを、2015ねんに300あめりかドル/kWh、2022ねんに125あめりかドル/kWhと設定せっていしている。電池でんち技術ぎじゅつ進歩しんぽ生産せいさんりょう増加ぞうかによる経費けいひ削減さくげんにより、プラグイン電気でんき自動車じどうしゃ従来じゅうらい内燃ないねん機関きかん自動車じどうしゃとの競争きょうそうりょくたかめることができる[29]。2016ねん世界せかいのリチウムイオン生産せいさん能力のうりょくは41.57 GW⋅hであった.[30]

セルの実際じっさい費用ひようについては、ほとんどのEVメーカーがこの話題わだいについて詳細しょうさいかたることを拒否きょひしているため、おおくの議論ぎろん憶測おくそくがなされている。しかし、2015ねん10がつ自動車じどうしゃメーカーのGMは、年次ねんじグローバルビジネスカンファレンスで、2016ねんはいるとリチウムイオン電池でんち価格かかくが145あめりかドル/kWhになると予想よそうしていることをあきらかにし、これは分析ぶんせき専門せんもん費用ひよう予測よそく大幅おおはば下回したまわった。GMはまた、2021ねんまつまでに費用ひようが100あめりかドル/kWhになると予想よそうしている[31]

ブルームバーグ・ニューエナジー・ファイナンス(BNEF)が2016ねん2がつ発表はっぴょうした調査ちょうさによると、蓄電池ちくでんち価格かかくは2010ねんから65%、2015ねんだけで35%低下ていかし、350あめりかドル/kWhにたっした。この調査ちょうさでは、蓄電池ちくでんち費用ひようは、2022ねんまでにほとんどのくにで、政府せいふ補助ほじょきん英語えいごばんなしで電気でんき自動車じどうしゃ内燃ないねん機関きかん自動車じどうしゃ同等どうとう価格かかく購入こうにゅうできるようになる軌道きどうっていると結論けつろんづけている。BNEFは、2040ねんまでに長距離ちょうきょりよう電気でんき自動車じどうしゃ価格かかくは、2016ねんのドル換算かんさんで22,000ドル以下いかになると予測よそくしている。BNEFでは、電気でんき自動車じどうしゃ蓄電池ちくでんち費用ひようは、2030ねんまでに120あめりかドル/kWhを大幅おおはば下回したまわり、そのあたらしい化学かがく物質ぶっしつ利用りよう可能かのうになるにつれてさらに低下ていかすると予想よそうしている[32][33]

電池でんち費用ひよう推定すいてい比較ひかく[34]
電池でんち種類しゅるい とし 費用ひようあめりかドル/kWh)
リチウムイオン 2016 130[35]-145[31]
リチウムイオン 2014 200–300[36]
リチウムイオン 2012 500–600[37]
リチウムイオン 2012 400[38]
リチウムイオン 2012 520–650[39]
リチウムイオン 2012 752[39]
リチウムイオン 2012 689[39]
リチウムイオン 2013 800–1000[40]
リチウムイオン 2010 750[41]
ニッケル水素すいそ 2004 750[42]
ニッケル水素すいそ 2013 500–550[40]
ニッケル水素すいそ 350[43]
なまり 256.68
電池でんち寿命じゅみょう推定すいてい比較ひかく
電池でんち種類しゅるい 推定すいていしたとし サイクル マイル 寿命じゅみょうとし
リチウムイオン 2016 >4000[34] 1,000,000[34] >10[44]
リチウムイオン 2008 100,000[45] 5[45]
リチウムイオン 60,000 5
リチウムイオン 2002 2-4[46]
リチウムイオン 1997 >1,000[47]
ニッケル水素すいそ 2001 100,000[48] 4[48]
ニッケル水素すいそ 1999 >90,000[49]
ニッケル水素すいそ 200,000[43]
ニッケル水素すいそ 1999 1000[50] 93,205.7[50]
ニッケル水素すいそ 1995 <2,000[51]
ニッケル水素すいそ 2002 2000[46]
ニッケル水素すいそ 1997 >1,000[52]
ニッケル水素すいそ 1997 >1,000[47]
なまり 1997 300–500[47] 3

EVパリティ

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2010ねん、Poul Norbyは、ガソリンしゃ影響えいきょうあたえるためには、リチウム電池でんちエネルギーを2ばいにし、価格かかく容量ようりょう1 kWhあたり500あめりかドル(2010ねん)から100あめりかドルにげる必要ひつようがあるとかんがえているとべた.[53]シティグループは230あめりかドル/kWhをしめしている。

トヨタ・プリウス2012プラグインの公式こうしきページによると、航続こうぞく距離きょりは21キロメートル、バッテリー容量ようりょうは5.2 kWhで、4 km/kWhの比率ひりつとなっているが、Addax(2015ねんモデル)の特定とくてい用途ようとしゃはすでに110キロメートル、7.5 km/kWhの比率ひりつたっしている[54]

電池でんちしき電気でんき自動車じどうしゃエネルギー消費しょうひりょうは、4.0 km/kWh(85 MPGe英語えいごばん)から8.0 km/kWh(135 MPGe)となっている。

アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくエネルギー長官ちょうかんスティーブン・チューは、航続こうぞく距離きょり40マイル(やく64km)の蓄電池ちくでんち費用ひようは、2008ねんの12,000あめりかドルから2015ねんには3,600あめりかドル、さらに2020ねんには1,500あめりかドルにまで低下ていかすると予測よそくしている[55][56]。リチウムイオン電池でんち、リチウムイオンポリマー電池でんち空気くうきアルミニウム電池でんち空気くうき亜鉛あえん電池でんちは、従来じゅうらい化石かせき燃料ねんりょう自動車じどうしゃ同等どうとう航続こうぞく距離きょり充電じゅうでん時間じかん実現じつげんできるだけのたかエネルギーをしめしている。

コストパリティ

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様々さまざま費用ひよう重要じゅうようである。ひとつは購入こうにゅう費用ひよう問題もんだい、もうひとつはそう所有しょゆう費用ひよう問題もんだいである。2015ねん現在げんざい電気でんき自動車じどうしゃは、最初さいしょ購入こうにゅう価格かかくたかいが、維持いじやすく、すくなくともいくつかの場合ばあいでは、そう所有しょゆう費用ひようひくくなる可能かのうせいがある。

Kammenら(2008ねん)によると、バッテリーの価格かかくが1300あめりかドル/kWhから500あめりかドル/kWh程度ていどまでがれば、あたらしいPEVは消費しょうひしゃにとって費用ひようたい効果こうかたかいものとなる(バッテリーがもとれるようになる)[57]

2010ねん日産にっさん・リーフのバッテリーパックは、18,000あめりかドルで生産せいさんされたとわれている[58]。したがって、日産にっさん・リーフ発売はつばい初期しょき生産せいさん費用ひようは、1キロワット時きろわっとじあたりやく750あめりかドルであった(24 kWhの蓄電池ちくでんち場合ばあい[58]

2012ねんマッキンゼー・クォータリー英語えいごばんは、自動車じどうしゃの5年間ねんかんそう所有しょゆう費用ひよう基準きじゅんに、蓄電池ちくでんち価格かかくをガソリン価格かかく関連付かんれんづけさせ、3.50あめりかドル/ガロンが250あめりかドル/kWhに相当そうとうすると試算しさんした[59]。2017ねんマッキンゼーは、電気でんき自動車じどうしゃ競争きょうそうりょくつのはバッテリーパックの費用ひようが100あめりかドル/kWh(2030ねんごろ予想よそう)であると推定すいていし、2020ねんにはパック費用ひようが190あめりかドル/kWhになると予想よそうしている[60]

2015ねん10がつ自動車じどうしゃメーカーのGMは、年次ねんじグローバルビジネスカンファレンスで、2016ねんはいるとリチウムイオン電池でんち価格かかくが145あめりかドル/キロワット時きろわっとじになると予想よそうしていることをあきらかにした[31]

レンジパリティ

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航続こうぞく距離きょりパリティとは、エネルギーが1 kWh/kg以上いじょうのバッテリーを搭載とうさいした電気でんき自動車じどうしゃが、平均へいきんてきぜん内燃ないねん機関きかんしゃおな航続こうぞく距離きょり(500キロメートルまたは310マイル)をつことを意味いみする[61]航続こうぞく距離きょりながいということは、電気でんき自動車じどうしゃ充電じゅうでんなしでよりおおくの距離きょりはしることを意味いみする。

日本にっぽん欧州おうしゅう連合れんごう(EU)の当局とうきょくしゃは、温室おんしつ効果こうかガスの排出はいしゅつ削減さくげん貢献こうけんするため、電気でんき自動車じどうしゃよう先進せんしんてき電池でんち共同きょうどう開発かいはつすることを協議きょうぎしている。日本にっぽん電池でんちメーカーであるGSユアサは、1かい充電じゅうでん電気でんき自動車じどうしゃを500 kmはしらせることができる電池でんち開発かいはつ可能かのうであるとべている。シャープとGSユアサは、日本にっぽん太陽たいよう電池でんちメーカーのなかでも、協力きょうりょく関係かんけいきづける可能かのうせいのある企業きぎょうである[62]

  • ACプロパルション・tzero英語えいごばん搭載とうさいされているリチウムイオン電池でんちは、1かい充電じゅうでんで400から500 kmの航続こうぞく距離きょり実現じつげんしている(1かい充電じゅうでんによる距離きょり[63]。2003ねん発売はつばい当時とうじ定価ていかは22まんドル[64]
  • 74 kWhのリチウムイオン電池でんち搭載とうさいしたダイハツ・ミラで、日本にっぽんEVクラブ電気でんき自動車じどうしゃ世界せかい記録きろくである1,003 kmの充電じゅうでん走行そうこう達成たっせい
  • 中国ちゅうごく江蘇ちぁんすーしょうのZonda Busは、電気でんきのみで500 kmの走行そうこう可能かのうなZonda Bus New Energyを提供ていきょうしている[65][よう説明せつめい]
  • 82 kWhのバッテリーを搭載とうさいしたスーパーカーであるリマック・コンセプト・ワン航続こうぞく距離きょりは500 km。このくるまは2013ねんから製造せいぞうされている。
  • 60 kWhのバッテリーを搭載とうさいしたじゅん電気でんき自動車じどうしゃBYD・e6航続こうぞく距離きょりは300 kmである[66]

詳細しょうさい

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内部ないぶ構成こうせい要素ようそ

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電池でんちしき電気でんきバス英語えいごばん屋根やねうえのバッテリーパック
電気でんきトラック英語えいごばんe-Force One。バッテリーパックは車軸しゃじくあいだにある。

電気でんき自動車じどうしゃ(EV)ようのバッテリーパックの設計せっけい複雑ふくざつで、メーカーや特定とくてい用途ようとによっておおきくことなる。しかし、どのメーカーの電池でんちパックも、基本きほんてき機能きのうたすために、いくつかの単純たんじゅん機械きかいてき電気でんきてき構成こうせい要素ようそシステムをわせている。

実際じっさいのバッテリーセルは、様々さまざまなパックメーカーがこのむように、ことなる化学かがくてき性質せいしつ物理ぶつりてき形状けいじょう、サイズをつことができる。バッテリーパックには、パックに必要ひつよう電圧でんあつ電流でんりゅう実現じつげんするために、直列ちょくれつまたは並列へいれつ接続せつぞくされたおおくの個別こべつのセルがつねまれている。すべての電気でんき自動車じどうしゃのバッテリーパックには、すうひゃくのセルがふくまれている。かくセルの公称こうしょう電圧でんあつは、その化学かがく組成そせいおうじて3から4ボルトである。

製造せいぞうたすけとなるように、おおきなセルのかさねは、通常つうじょう、モジュールとばれるちいさなかさねにグループされる。これらのモジュールのいくつかが1つのパックにれられる。かくモジュールないでは、セルが溶接ようせつされ、電流でんりゅうながれるための電気でんき経路けいろ完成かんせいする。モジュールには、冷却れいきゃく機構きこう温度おんどモニターなどのデバイスをむこともできる。ほとんどの場合ばあい、モジュールでは、バッテリー管理かんりシステム英語えいごばん(BMS)を使用しようして、スタックないかくバッテリーセルが生成せいせいする電圧でんあつ監視かんしすることもできる[67]

バッテリーセルスタックにはしゅヒューズがあり、短絡たんらく状態じょうたいでのパックの電流でんりゅう制限せいげんする。「サービスプラグ」または「サービスディスコネクト」をはずすことで、バッテリースタックを電気でんきてき絶縁ぜつえんされた2つの部分ぶぶん分割ぶんかつすることができる。サービスプラグをはずした状態じょうたいでは、バッテリーのしゅ端子たんし露出ろしゅつしているため、サービス技術ぎじゅつしゃ電気でんきてき危険きけんにさらされることはない[67][68]

バッテリーパックには、バッテリーパックの電力でんりょく出力しゅつりょく端子たんしへの分配ぶんぱい制御せいぎょする継電器けいでんき接触せっしょく)もふくまれている。ほとんどの場合ばあい最低さいていでも2つのしゅつぎでんがあり、バッテリーセルスタックをパックのおもなプラスとマイナスの出力しゅつりょく端子たんし接続せつぞくして、電気でんき駆動くどうモーターにだい電流でんりゅう供給きょうきゅうする。パックの設計せっけいによっては、予備よび充電じゅうでん抵抗ていこうかいして駆動くどうけい予備よび充電じゅうでんしたり、補助ほじょ母線ぼせん電力でんりょく供給きょうきゅうしたりするためのべつ電流でんりゅう経路けいろふくまれており、これらにはそれぞれ関連かんれんする制御せいぎょ継電器けいでんきがある。安全あんぜんじょう理由りゆうから、これらの継電器けいでんきはすべて通常つうじょうひらき状態じょうたいである[67][68]

バッテリーパックには、温度おんど電圧でんあつ電流でんりゅうなどの各種かくしゅセンサーが搭載とうさいされている。パックのセンサーからのデータの収集しゅうしゅうとパックの継電器けいでんき作動さどうは、パックのバッテリー管理かんりユニット(BMU)またはバッテリー管理かんりシステム(BMS)によっておこなわれる。BMSは、バッテリーパックのそとにある車両しゃりょうとの通信つうしん担当たんとうする[67]

さい充電じゅうでん

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BEVの蓄電池ちくでんち定期ていきてき充電じゅうでんしなければならない。BEVの充電じゅうでんには、石炭せきたん英語えいごばん水力すいりょく原子力げんしりょく天然てんねんガス英語えいごばんなど、国内こくないのさまざまな資源しげん利用りようした電力でんりょくもうからの充電じゅうでん家庭かていでの充電じゅうでん街中まちじゅう店舗てんぽでの充電じゅうでん)が主流しゅりゅうである。また、地球ちきゅう温暖おんだん防止ぼうし観点かんてんから、太陽光たいようこう発電はつでん風力ふうりょく発電はつでんしょう水力すいりょく発電はつでんなどの家庭かていよう電源でんげんやグリッド電源でんげん利用りようされている。

適切てきせつ電源でんげん使用しようすれば、通常つうじょう、1あいだあたりの充電じゅうでんりょう電池でんち容量ようりょう半分はんぶん以下いか(「0.5C」)であり[69]、したがってまん充電じゅうでんまでに2時間じかん以上いじょうかかるが、だい容量ようりょう電池でんちでも高速こうそく充電じゅうでん可能かのうであるため、電池でんち寿命じゅみょう良好りょうこうである[70]

家庭かていでの充電じゅうでん時間じかんは、特殊とくしゅ電気でんき配線はいせん工事こうじおこなわないかぎり、家庭かていようコンセント容量ようりょうによって制限せいげんされる。アメリカ、カナダ、日本にっぽんなど110ボルトの電気でんき使用しようするくにでは、通常つうじょう家庭かていようコンセントは1.5キロワットである。230ボルトのおうでは、7から14キロワット(たんしょうさんそう230 V/400 V〔あいあいだ400 V〕)の電気でんき使つかえる。欧州おうしゅうでは、EUの安全あんぜん規制きせいによりあたらしい住宅じゅうたくには天然てんねんガスの接続せつぞくがないため、400 V(さんそう230 V)の系統けいとう接続せつぞく普及ふきゅうしている。

さい充電じゅうでん時間じかん

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テスラ・モデルSルノー・ゾエBMW・i3のような電気でんき自動車じどうしゃは、急速きゅうそく充電じゅうでんステーションで30ふん以内いないにバッテリーを80%まで充電じゅうでんすることができる[71][72][73][74]たとえば、250 kWのテスラバージョン3スーパーチャージャーで充電じゅうでんしているテスラ・モデル3ロングレンジは、航続こうぞく距離きょりが6マイル(9.7 km)の2%の充電じゅうでん状態じょうたいから、27ふん航続こうぞく距離きょりが240マイル(390 km)の80%充電じゅうでん状態じょうたいになり、これは1あいだあたり520マイル(840 km)に相当そうとうする[75]

コネクタ

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充電じゅうでんよう電源でんげんは2つの方法ほうほうくるま接続せつぞくすることができる。1つは、導電性どうでんせいカップリング英語えいごばんばれる直接的ちょくせつてき電気でんき接続せつぞくである。これは、こう電圧でんあつから使用しようしゃ保護ほごするためのコネクタをそなえた特別とくべつだい容量ようりょうケーブルをかいして、たいこうせいソケットにしゅ電源でんげん接続せつぞくするような単純たんじゅんなものである。プラグインしき自動車じどうしゃ充電じゅうでんのための現代げんだい標準ひょうじゅん規格きかくは、米国べいこくSAE J1772導電性どうでんせいコネクタ(IEC 62196 Type 1)である。欧州おうしゅう自動車じどうしゃ工業こうぎょうかい(ACEA)は、欧州おうしゅうでの展開てんかいIEC 62196英語えいごばん(IEC 62196 Type 2)を選択せんたくしているが、ラッチがない場合ばあい、ロック機構きこう余計よけい電力でんりょく必要ひつようとなる[よう出典しゅってん]

2つ方法ほうほうは、誘導ゆうどう充電じゅうでん英語えいごばんばれる。特殊とくしゅな「パドル」がくるまのスロットに挿入そうにゅうされる。パドルは変圧へんあつ片方かたがたまきせんで、もう片方かたがたくるま内蔵ないぞうされている。パドルを挿入そうにゅうすると、磁気じき回路かいろ完成かんせいし、バッテリーパックに電力でんりょく供給きょうきゅうされる。ある誘導ゆうどうしき充電じゅうでんシステムでは[76]、1つのまきせんくるましたがわけられ、もう1つのまきせんはガレージのゆかかれています。誘導ゆうどう方式ほうしき利点りてんは、露出ろしゅつした導線どうせんがないため感電かんでん可能かのうせいがないことであるが、インターロック、特殊とくしゅなコネクタ、からま検出けんしゅつ英語えいごばん使用しようすることで、しるべでん連結れんけつをほぼ安全あんぜんにすることができる。誘導ゆうどうしき充電じゅうでんは、充電じゅうでんよう部品ぶひん車外しゃがいすことで、車両しゃりょう軽量けいりょうにもつながる[77]。1998ねんトヨタ誘導ゆうどうしき充電じゅうでん支持しじしゃは、全体ぜんたいてき費用ひようはわずかであると主張しゅちょうし、一方いっぽう、フォードのしるべでんしき充電じゅうでん支持しじしゃは、しるべでんしき充電じゅうでんほう費用ひよう効率こうりつたかいと主張しゅちょうした[77]

充電じゅうでんスポット

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2020ねん4がつ時点じてんで、ぜん世界せかいには93,439カ所かしょ充電じゅうでん場所ばしょと179,381個いっこ充電じゅうでんスタンドが存在そんざいする[78]

さい充電じゅうでんまえ航続こうぞく距離きょり

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BEVの航続こうぞく距離きょりは、使用しようする電池でんちかず種類しゅるいによってことなりる。また、従来じゅうらい自動車じどうしゃ走行そうこう距離きょり同様どうように、車両しゃりょう重量じゅうりょう種類しゅるい地形ちけい天候てんこうドライバーの能力のうりょく英語えいごばんなども影響えいきょうする。電気でんき自動車じどうしゃ変換へんかん効率こうりつは、蓄電池ちくでんち化学かがくてき性質せいしつふくおおくの要因よういん左右さゆうされる。

  • なまり蓄電池ちくでんちもっと入手にゅうしゅしやすく、安価あんかである。航続こうぞく距離きょり一般いっぱんてきに30から80 km程度ていどである。なまり蓄電池ちくでんち搭載とうさいした市販しはんのEVは、1かい充電じゅうでん最大さいだい130 kmの走行そうこう可能かのうである。
  • なまり蓄電池ちくでんちよりもエネルギーがたかいニッケル水素すいそ電池でんち搭載とうさいした試作しさくEVでは、最大さいだい200 kmの航続こうぞく距離きょり実現じつげんしています。
  • リチウムイオン電池でんち搭載とうさいしたあたらしいEVは、1かい充電じゅうでんで320 kmから480 kmの走行そうこう可能かのうである[79]。また、リチウムはニッケルよりも安価あんかである[80]
  • ニッケル・亜鉛あえん電池でんちは、ニッケル・カドミウム電池でんちよりも安価あんか軽量けいりょうである。また、リチウムイオン電池でんちよりも安価あんかである(ただし、より軽量けいりょうではない)[81]

電池でんちによっては、低温ていおんになると内部ないぶ抵抗ていこういちじるしく増大ぞうだい[82]航続こうぞく可能かのう距離きょり電池でんち寿命じゅみょういちじるしく低下ていかする場合ばあいがある。

航続こうぞく距離きょり性能せいのう電池でんち容量ようりょう重量じゅうりょう電池でんち種類しゅるいとコストの経済けいざいてきなバランスをることは、すべてのEVメーカーにせられた課題かだいである。

ACシステムや先進せんしんてきなDCシステムでは、回生かいせいブレーキにより、極端きょくたん交通こうつう状況じょうきょう完全かんぜん停止ていしすることなく、航続こうぞく距離きょり最大さいだい50%延長えんちょうすることができる。それ以外いがい場合ばあいは、市街地しがいち走行そうこうでは10 - 15%程度ていど高速こうそく道路どうろでは地形ちけいにもよりますが、ごくわずかしか航続こうぞく距離きょりびない。

BEV(バスやトラックをふくむ)は、通常つうじょう短距離たんきょり走行そうこう重量じゅうりょう増加ぞうかさせることなく、必要ひつようおうじて航続こうぞく距離きょり延長えんちょうするために、ジェンセットトレイラー英語えいごばんプッシャートレーラー英語えいごばん使用しようすることもできます。放電ほうでんしたバスケットトレイラーは、途中とちゅう充電じゅうでんしたものと交換こうかんすることができる。レンタルの場合ばあいは、メンテナンス費用ひよう代理だいりてん支払しはらうことができる。

BEVのなかには、トレーラーやくるまのエネルギーやパワートレイン種類しゅるいによっては、ハイブリッドしゃになるものもある。

トレーラー

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トレーラーに搭載とうさいされた補助ほじょ電池でんち容量ようりょうは、車両しゃりょう全体ぜんたい航続こうぞく距離きょりばすことができるが、空気くうき抵抗ていこうによるパワーの損失そんしつおおきくなり、荷重かじゅう移動いどう英語えいごばん効果こうか増大ぞうだいしたり、牽引けんいんりょく能力のうりょく低下ていかまねく。

交換こうかんはず

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充電じゅうでんわりに、消耗しょうもうした、または消耗しょうもうしかけたバッテリー(またはバッテリー・レンジエクステンダー・モジュール)を、完全かんぜん充電じゅうでんされたバッテリーと交換こうかんする方法ほうほうがある。これはバッテリー交換こうかんばれ、交換こうかんステーションおこなわれる[83]

スワップステーションの特徴とくちょう以下いかとおりである[84]

  • 消費しょうひしゃは、バッテリーの資本しほん費用ひよう、ライフサイクル、技術ぎじゅつ、メンテナンス、保証ほしょうなどの問題もんだいにする必要ひつようがない。
  • 交換こうかん充電じゅうでんよりもはるかに高速こうそくで、ベタープレイスしゃ開発かいはつしたバッテリー交換こうかん装置そうちでは、60びょう以内いない自動じどう交換こうかんできることが実証じっしょうされている;[85]
  • 交換こうかんステーションは、電力でんりょくもうかいした分散ぶんさんがたエネルギー貯蔵ちょぞう実現じつげんせいたかめる。

スワップステーションにかんする懸念けねん以下いかとおり。

  • 不正ふせい可能かのうせい(バッテリーの品質ひんしつ完全かんぜん放電ほうでんサイクルでしか測定そくていできず、バッテリーの寿命じゅみょうかえしの放電ほうでんサイクルでしか測定そくていできないため、スワップ取引とりひき参加さんかするひとは、消耗しょうもうしたバッテリーをれているのか、効果こうか低下ていかしたバッテリーをれているのかをることができない。)
  • バッテリーのアクセス/実装じっそう詳細しょうさい標準ひょうじゅんしようとしないメーカーの姿勢しせい[86]
  • 安全あんぜんせい懸念けねん[86]

補充ほじゅう

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亜鉛あえん臭素しゅうそフロー電池でんち英語えいごばんはコネクタで充電じゅうでんするのではなく、液体えきたい使つかって補充ほじゅうすることができ、時間じかん節約せつやくになる。

EVようリチウムイオン電池でんちのライフサイクル

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EVようバッテリーのライフサイクルのしき。Engel et al. より引用いんよう[87]

リチウムイオン電池でんちのライフサイクルには、おおきくけて「原料げんりょう段階だんかい」「電池でんち製造せいぞう段階だんかい」「運用うんよう段階だんかい」「使用しよう管理かんり段階だんかい」の4つの段階だんかいがあります。EVよう電池でんちのライフサイクル概略がいりゃくしめすように、だい1段階だんかいでは、世界せかい各地かくち希土類きどるい元素げんそ(レアアース)が採取さいしゅされる。ぜん処理しょり工場こうじょう精製せいせいされたのち電池でんち製造せいぞう会社かいしゃがこれらの材料ざいりょうぎ、電池でんち生産せいさんしてパックにたてはじめる。この電池でんちパックは自動車じどうしゃメーカーにおくられ、EVに搭載とうさいされる。最後さいご段階だんかいで、もし管理かんりがなされていなければ、電池でんちふくまれる貴重きちょう素材そざい無駄むだになる可能かのうせいがある。すぐれた使用しよう製品せいひん管理かんり段階だんかいでは、このループをじようとする。使用しようみのバッテリーパックは、バッテリーの健全けんぜんせい(SOH)におうじて、定置ていちようストレージとしてさい利用りようされるか、リサイクルされる[87]

電池でんちのライフサイクルは非常ひじょうながく、企業きぎょうくにえた密接みっせつ協力きょうりょく必要ひつようである。現在げんざい原材料げんざいりょう段階だんかい電池でんち製造せいぞう運用うんよう段階だんかい確立かくりつされていない。しかし、使用しよう管理かんり段階だんかいでは、経済けいざいてき理由りゆうから、とくにリサイクルプロセスの成長せいちょう苦労くろうしています。たとえば、オーストラリアでは、2017ねんから2018ねんにかけてリサイクルのために回収かいしゅうされたリチウムイオン電池でんちはわずか6%であった[88]。しかし、ループをじることは非常ひじょう重要じゅうようである。将来しょうらいてきニッケルコバルトリチウム供給きょうきゅう逼迫ひっぱくすると予測よそくされているからだけでなく、EVようバッテリーのリサイクルは環境かんきょうめんでの利益りえき最大さいだいできる可能かのうせいがある。Xuらは、持続じぞく可能かのう開発かいはつシナリオにおいて、リサイクルを実施じっししない場合ばあい、リチウム、コバルト、ニッケルは将来しょうらいてき既知きち埋蔵まいぞうりょうたっするか、それをえると予測よそくしている[89]。CiezとWhitacreは、バッテリーのリサイクルを展開てんかいすることで、採掘さいくつによる温室おんしつ効果こうかガス(GHG)の排出はいしゅつ一部いちぶ回避かいひできるとしている[90]

Battery recycling emissions under US average electricity grid. (a,b) for cylindrical cell and (c,d) for pouch cell. Adapted from Ciez and Whitacre[90]
EVよう蓄電池ちくでんち製造せいぞうプロセス

EVようバッテリーのライフサイクルをよりふか理解りかいするためには、さまざまな段階だんかいでの排出はいしゅつりょう分析ぶんせきすることが重要じゅうようである。CiezとWhitacreは、NMCの円筒えんとうがたセルをれいにとり、米国べいこく平均へいきんてき電力でんりょくもうもとで、原材料げんざいりょうぜん処理しょり電池でんち製造せいぞうやく9 kg CO2e kg battery1排出はいしゅつされることをあきらかにした。そのなかでももっとおおきな部分ぶぶんめるのが原料げんりょうぜん処理しょりであり、排出はいしゅつりょうの50%以上いじょうめる。NMCパウチセルを使用しようした場合ばあいそう排出はいしゅつりょうはほぼ10 kg CO2e kg battery1増加ぞうかするが、材料ざいりょう製造せいぞう依然いぜんとして排出はいしゅつりょうの50%以上いじょうめている[90]使用しよう製品せいひん管理かんり段階だんかいでは、再生さいせいプロセスはライフサイクル排出はいしゅつりょうにほとんど追加ついかされない。一方いっぽう、CiezとWhitacreが示唆しさしたように、リサイクルプロセスでは、かなりのりょう温室おんしつ効果こうかガスを排出はいしゅつする。電池でんちリサイクルの排出はいしゅつりょうプロットaとcにしめすように、リサイクルプロセスの排出はいしゅつりょうは、リサイクルプロセスのちがい、化学かがく物質ぶっしつちがい、形態けいたいちがいによってことなる。したがって、リサイクルしない場合ばあいくらべて回避かいひできる正味しょうみ排出はいしゅつりょうも、これらの要因よういんによってことなる。一見いっけんすると、プロットbとdにしめされているように、パウチがた電池でんちのリサイクルには直接ちょくせつリサイクルプロセスがもっと理想りそうてきなプロセスであり、一方いっぽう円筒えんとうがたセウには湿式しっしきプロセスがもっとてきしている。しかし、エラーバー表示ひょうじされており、自信じしんって最適さいてき方法ほうほうえらぶことはできない。注目ちゅうもくすべきは、リンさんてつリチウム(LFP)化学かがくでは、じゅん利益りえきがマイナスになることである。LFPセルは、製造せいぞう高価こうかでエネルギーを必要ひつようとするコバルトやニッケルをふくまないため、採掘さいくつしたほうがエネルギーてき効率こうりつい。一般いっぱんてきに、EVよう電池でんちのライフサイクルにおける排出はいしゅつりょう削減さくげんするためには、単一たんいつのセクターの成長せいちょう促進そくしんするだけでなく、より総合そうごうてきみが必要ひつようである。レアアースのそう供給きょうきゅうりょう有限ゆうげんであることは、一見いっけん、リサイクルの必要ひつようせい正当せいとうしているようにえる。しかし、リサイクルの環境かんきょうめんでの利点りてんは、より詳細しょうさい検討けんとうする必要ひつようがある。現在げんざいのリサイクル技術ぎじゅつもとづけば、リサイクルのじゅん利益りえきは、選択せんたくされたフォームファクター、化学かがく物質ぶっしつ、リサイクルプロセスに依存いぞんする。

製造せいぞう

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EVよう電池でんち製造せいぞう工程こうていには、おおきくけて「材料ざいりょう製造せいぞう」「セル製造せいぞう」「統合とうごう」の3つの段階だんかいがあり、EVよう電池でんち製造せいぞう工程こうていグラフでは、それぞれ灰色はいいろ緑色みどりいろ、オレンジしょくしめしています。なお、この工程こうていには、電池でんち筐体きょうたいしゅうでんたいなどのハードウェアの製造せいぞうふくまれていない。材料ざいりょう製造せいぞう工程こうていでは、まずかつ物質ぶっしつ導電性どうでんせい添加てんかざい、ポリマーバインダー、溶媒ようばい混合こんごうします。そのあつまりでんたい塗布とふされ、乾燥かんそう工程こうていはいる。この段階だんかいでは、電極でんきょく化学かがく物質ぶっしつによってかつ物質ぶっしつ製造せいぞう方法ほうほうことなる。せいきょくでは、リチウム・ニッケル・マンガン・コバルト酸化さんかぶつ(Li-NMC)などの遷移せんい金属きんぞく酸化さんかぶつと、リチウム・てつリンさんしお(LFP)などのリチウム金属きんぞくリンさんしおの2つがもっと一般いっぱんてきである。きょくには、現在げんざいもっと一般いっぱんてき化学かがく物質ぶっしつであるグラファイト使用しようされている。しかし、最近さいきんでは、Si混合こんごうきょく(Sila Nanotechしゃ、Prologiumしゃ)やLi金属きんぞくきょく(Cubergしゃ、Solid Powerしゃ)を製造せいぞうする企業きぎょうおおくなってきている。一般いっぱんに、かつ物質ぶっしつ製造せいぞうには、材料ざいりょう準備じゅんび材料ざいりょう加工かこう精製せいせいの3つのステップがある。Schmuchらは、材料ざいりょう製造せいぞうについてより詳細しょうさいろんじている[91]

セル製造せいぞう段階だんかいでは、準備じゅんびされた電極でんきょくは、円筒えんとうがた長方形ちょうほうけい、またはパウチ形式けいしきでパッケージングするために、所望しょもう形状けいじょう加工かこうされる。その電解でんかいえき充填じゅうてんし、セルを密封みっぷうしたのち電池でんちセルを慎重しんちょう循環じゅんかんさせ、陽極ようきょく保護ほごする固体こたい電解でんかいしつ界面かいめん(SEI)を形成けいせいする。そして、これらの電池でんちをパックにたてて、自動車じどうしゃ搭載とうさいする準備じゅんびをする。電池でんち製造せいぞう工程こうていについては、Kwadeらがよりくわしく解説かいせつしている。

さい利用りよう転用てんよう
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電気でんき自動車じどうしゃのバッテリーパックは、容量ようりょうが70%から80%に劣化れっかすると寿命じゅみょうむかえると定義ていぎされている。廃棄はいきぶつ処理しょり方法ほうほうひとつとして、電池でんちパックのさい利用りようがある。電池でんちパックを定置ていちようさい利用りようすることで、電池でんちパックからよりおおくの価値かちしつつ、1 kWhあたりのライフサイクルへの影響えいきょう低減ていげんすることができる。しかし、電池でんちだい人生じんせい実現じつげんすることは容易よういではない。いくつかの課題かだいが、バッテリー再生さいせい産業さんぎょう発展はってんさまたげている。

まず、電気でんき自動車じどうしゃ運転うんてんちゅうには、均一きんいつのぞましくないバッテリーの劣化れっかこる。かくバッテリーセルは、運転うんてんちゅう劣化れっか度合どあいがことなる可能かのうせいがある。現在げんざい、バッテリーマネジメントシステム(BMS)からられるSOH(State of Health、健全けんぜんせい情報じょうほうは、パックレベルで抽出ちゅうしゅつすることができる。セルの健全けんぜんせい情報じょうほうるためには、次世代じせだいのBMSが必要ひつようである。また、寿命じゅみょう末期まっきにSOHがひくくなる原因げんいんは、動作どうさ温度おんどたかし放電ほうでんパターン、カレンダーの劣化れっかなどおおくの要因よういんかんがえられるため、劣化れっか機構きこうことなる可能かのうせいがある。したがって、SOHをっているだけでは、再生さいせいパックの品質ひんしつ保証ほしょうするのに十分じゅうぶんではない。この課題かだい解決かいけつするために、エンジニアは次世代じせだいねつ管理かんりシステムをエンジニアリングすることで、劣化れっか軽減けいげんすることができる。バッテリー内部ないぶ劣化れっか完全かんぜん理解りかいするためには、だいいち原理げんりほう物理ぶつりベースのモデル、機械きかい学習がくしゅうベースの手法しゅほうふく計算けいさん手法しゅほう連携れんけいして、さまざまな劣化れっかモードを特定とくていし、過酷かこく運用うんよう劣化れっかレベルを定量ていりょうする必要ひつようがある。最後さいごに、バッテリーパックの品質ひんしつ確保かくほするために、電気でんき化学かがくインピーダンス分光ぶんこうほう(EIS)などの、より効率こうりつてきなバッテリー特性とくせい評価ひょうかツールを使用しようする必要ひつようがある[92][93]

さい利用りようEV電池でんち利用りようした蓄電ちくでんプロジェクトのれい。Awan[92]から引用いんよう

だいに、モジュールやセルを分解ぶんかいするには費用ひよう時間じかんがかかる。最後さいごてんつづいて、最初さいしょ段階だんかいは、バッテリーモジュールの残存ざんそんSOHを決定けっていするための試験しけんである。この操作そうさは、引退いんたいしたシステムごとにことなる可能かのうせいがある。つぎに、モジュールを完全かんぜん放電ほうでんさせなければならない。その、パックを分解ぶんかいし、さい利用りよう応用おうよう電力でんりょくとエネルギーの要件ようけんたすようにさい構成こうせいする必要ひつようがある。こう重量じゅうりょうこう電圧でんあつのEVようバッテリーを解体かいたいするには、資格しかくった作業さぎょういん専用せんよう工具こうぐ必要ひつようであることに留意りゅういする必要ひつようがある。前節ぜんせつべた解決かいけつさくほかに、再生さいせい業者ぎょうしゃはこのプロセスの費用ひよう削減さくげんするために、モジュールからの放電ほうでんエネルギーを販売はんばいまたはさい利用りようすることができる。解体かいたいプロセスを高速こうそくするために、このプロセスにロボットこころみがいくつかおこなわれている。この場合ばあい、ロボットはより危険きけん作業さぎょうあつかうことができ、解体かいたいプロセスの安全あんぜんせいたかめることができる[92][94]

だいさんに、電池でんち技術ぎじゅつ透明とうめいせいがなく、標準ひょうじゅんされていない。電池でんち開発かいはつはEVの中核ちゅうかく部分ぶぶんであるため、メーカーがパックにせいきょくきょく電解でんかいしつ化学かがくてき性質せいしつ正確せいかく表示ひょうじすることは困難こんなんである。また、セルやパックの容量ようりょう設計せっけいは1ねん単位たんい変化へんかする。再生さいせいメーカーは、これらの情報じょうほうをタイムリーに更新こうしんするために、メーカーと密接みっせつ連携れんけいする必要ひつようがある。一方いっぽうで、政府せいふはラベリングの基準きじゅん設定せっていすることができない[92]

最後さいごに、再生さいせいプロセスは、使用しようみバッテリーに費用ひようくわえる。2010ねん以降いこう、バッテリーの費用ひようは85%以上いじょう減少げんしょうしており、これは予測よそく大幅おおはば上回うわまわはやさである。再生さいせいのための費用ひようくわわるため、再生さいせいひん新品しんぴんのバッテリーよりも市場いちばでの魅力みりょくちる可能かのうせいがある[95]

それにもかかわらず、だい2世代せだいのEVようバッテリーを使用しようしたストレージプロジェクトのれいしめされるように、だい2世代せだいのアプリケーションではいくつかの成功せいこうれいがある。電池でんちは、ピークカットや再生さいせい可能かのうエネルギー発電はつでんのための追加ついかストレージとして、それほど要求ようきゅうたかくない定置ていちがたストレージアプリケーションに使用しようされる[92]

リサイクル
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現在げんざいのリチウムイオン電池でんちのリサイクル施設しせつれい。Awanより引用いんよう[92]

利用りよう可能かのうにすることで電池でんち寿命じゅみょうばすことができるが、最終さいしゅうてきにはEVよう電池でんちをリサイクルする必要ひつようがある。現在げんざい、リサイクルプロセスには、「乾式かんしき回収かいしゅう」「物理ぶつりてき材料ざいりょう分離ぶんり」「湿式しっしき金属きんぞく再生さいせい」「直接ちょくせつリサイクルほう」「生物せいぶつがくてき金属きんぞく再生さいせい」の5種類しゅるいがある。もっとひろ使つかわれているのは、現在げんざいのリチウムイオン電池でんちのリサイクル施設しせつれいにあるように、最初さいしょげた3つのプロセスでる。後半こうはんの2つの方法ほうほうは、まだ実験じっけんしつやパイロットスケールであるが、潜在せんざいてきには鉱山こうざんからの最大さいだい排出はいしゅつりょう回避かいひすることができる。

乾式かんしき製法せいほうは、高温こうおんもちいて、電池でんち材料ざいりょうをスラグ、石灰石せっかいせきすな、コークスと一緒いっしょ燃焼ねんしょうさせ、合金ごうきん製造せいぞうするものである。その結果けっか合金ごうきん、スラグ、ガスが生成せいせいされる。ガスは、電解でんかいしつやバインダーから蒸発じょうはつした分子ぶんし構成こうせいされている。この合金ごうきんは、湿式しっしきせいほうによって構成こうせい材料ざいりょう分離ぶんりすることができる。アルミニウム、マンガン、リチウムの混合こんごうぶつであるスラグは、湿式しっしきせいプロセスで再生さいせいされるか、セメント産業さんぎょう使用しようされる。このプロセスは非常ひじょう汎用はんようせいたかく、比較的ひかくてき安全あんぜんである。事前じぜん選別せんべつする必要ひつようがないので、さまざまな種類しゅるいのバッテリーに対応たいおうできる。また、電池でんち全体ぜんたい燃焼ねんしょうさせるため、あつまりでんたいからの金属きんぞくせいプロセスに役立やくだ可能かのうせいがあり、電解でんかいしつすなのプラスチックを燃焼ねんしょうさせる発熱はつねつ反応はんのうのため、エネルギー消費しょうひりょうすくなくてむ。しかし、このプロセスは比較的ひかくてきたかいエネルギー消費しょうひ必要ひつようとし、再生さいせいできる材料ざいりょうかぎられている。物理ぶつりてき材料ざいりょう分離ぶんり回収かいしゅうぶつ機械きかいてき粉砕ふんさいし、粒子りゅうしみち密度みつどつよ磁性じせい疎水そすいせいなどのことなる成分せいぶん物理ぶつりてき特性とくせい利用りようする。どう、アルミ、てつなどのケーシングは選別せんべつにより回収かいしゅうできる。のこりの材料ざいりょうは「ブラックマス」とばれ、ニッケル、コバルト、リチウム、マンガンなどで構成こうせいされており、回収かいしゅうするには処理しょり必要ひつようである。湿式しっしきせいほうでは、せいきょくざい粉砕ふんさいしてしゅうでんからだのぞ必要ひつようがある。そのせいきょくざい水溶液すいようえき浸出しんしゅつし、せいきょくざいから目的もくてき金属きんぞく抽出ちゅうしゅつする。直接ちょくせつただしごくリサイクルは、そのとおただしごく材料ざいりょう直接ちょくせつ抽出ちゅうしゅつし、あたらしいせいきょくげんからだとして使用しよう可能かのうせいきょく電力でんりょくることができる。このプロセスでは、液体えきたいまたはちょう臨界りんかいCO2もちいて電解でんかいしつ抽出ちゅうしゅつする。 回収かいしゅうした成分せいぶんのサイズをちいさくしたのちせいきょくざい分離ぶんりすることができます。生物せいぶつがくてき金属きんぞく再生さいせい(バイオリーチング)では、微生物びせいぶつ使つかって金属きんぞく酸化さんかぶつ選択せんたくてき消化しょうかする。その、リサイクル業者ぎょうしゃがこれらの酸化さんかぶつ還元かんげんして金属きんぞくナノ粒子りゅうし生成せいせいする。バイオリーチングは鉱業こうぎょうでは成功せいこうしているが、リサイクル業界ぎょうかいではまだ初期しょきのプロセスであり、さらなる調査ちょうさ機会きかいがたくさんある[90][92][94]

リサイクル技術ぎじゅつ開発かいはつ展開てんかい促進そくしんするために、世界中せかいじゅうおおくのみがおこなわれている。米国べいこくでは、エネルギえねるぎしょう車両しゃりょう技術ぎじゅつきょく(VTO)が、リサイクルプロセスの革新かくしん実用じつよう目的もくてきとした2つのみをおこなっている。ReCellリチウムリサイクル研究けんきゅう開発かいはつセンターでは、3つの大学だいがくと3つの国立こくりつ研究所けんきゅうじょ協力きょうりょくして、革新かくしんてき効率こうりつてきなリサイクル技術ぎじゅつ開発かいはつしている。とくに、せいきょく直接ちょくせつリサイクルほうはReCellセンターで開発かいはつされたものである。一方いっぽうで、VTOはバッテリーリサイクルしょうもうけ、現在げんざい課題かだい解決かいけつするための革新かくしんてき解決かいけつさくつけるアメリカの起業きぎょうにインセンティブをあたえている[96]

環境かんきょうへの影響えいきょう

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電気でんき自動車じどうしゃへの移行いこうは、2060ねんまでに特定とくてい金属きんぞく供給きょうきゅうりょうを87,000%増加ぞうかさせる必要ひつようがあると推定すいていされており、これらの金属きんぞく最初さいしょ採掘さいくつされる必要ひつようがあるが、将来しょうらいてきにはリサイクル(上記じょうき参照さんしょう)で需要じゅよう一部いちぶをカバーすることができる[97]英国えいこくだけでも、3,150まんだいのガソリンしゃ電気でんき自動車じどうしゃえると、「コバルト207,900トン、炭酸たんさんリチウム264,600トン、ネオジムジスプロシウム7,200トン、どう2,362,500トン」が必要ひつようになり、ぜん世界せかいえると、この40ばいりょう必要ひつようになると推定すいていされている[98]。IEAの2021ねん調査ちょうさによると、電気でんき自動車じどうしゃによる需要じゅようをカバーするためには、鉱物こうぶつ供給きょうきゅうりょうを2020ねんの400キロトンから2040ねんには11,800キロトンにやす必要ひつようがある。この増加ぞうかは、サプライチェーン(生産せいさんの60%が中国ちゅうごく集中しゅうちゅうしているため)や、採掘さいくつ作業さぎょう大幅おおはば増加ぞうかによる気候きこう環境かんきょうへのおおきな影響えいきょうなど、おおくの重要じゅうよう課題かだい[99]

ビークル・トゥ・グリッド

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スマートグリッドでは、BEVがいつでも電力でんりょく供給きょうきゅうできるようになっている。

  • ピーク負荷ふか電力でんりょく販売はんばい価格かかく非常ひじょうたかくなるときあいだたい。また、オフピーク安価あんか料金りょうきん充電じゅうでんすることで、夜間やかん余剰よじょう電力でんりょく吸収きゅうしゅうすることができます。車両しゃりょう分散ぶんさんがた蓄電ちくでんシステムとして、電力でんりょくのバッファリングをおこないます。)
  • 停電ていでんどきのバックアップ電源でんげんとして。

安全あんぜんせい

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バッテリー電気でんき自動車じどうしゃ安全あんぜんせいについては、国際こくさい規格きかくであるISO 6469[100]おおきくあつかわれています。この規格きかくは3つの部分ぶぶんかれている。

  • オンボードの電気でんきエネルギー貯蔵ちょぞう、すなわちバッテリー
  • 機能きのう安全あんぜん手段しゅだん故障こしょうたいする保護ほご
  • 電気でんきてき危険きけんたいするひと保護ほご
  • 消防しょうぼうやレスキュー隊員たいいんは、電気でんき自動車じどうしゃやハイブリッド電気でんき自動車じどうしゃ事故じこ発生はっせいするこう電圧でんあつ化学かがく物質ぶっしつ対処たいしょするための特別とくべつ訓練くんれんけている。BEVの事故じこでは、バッテリーの急速きゅうそく放電ほうでんによる火災かさいけむりなど、通常つうじょうとはことなる問題もんだい発生はっせいする可能かのうせいがあるが、おおくの専門せんもんは、BEVのバッテリーは市販しはんしゃでも追突ついとつ事故じこでも安全あんぜんであり、後部こうぶにガソリンタンクを搭載とうさいしたガソリン推進すいしんしゃよりも安全あんぜんであるとかんがえている[101]

通常つうじょう、バッテリーの性能せいのう試験しけんには以下いか項目こうもくふくまれる。

性能せいのう試験しけんでは、自動車じどうしゃメーカー(OEM)の要求ようきゅう仕様しようもとづいて、バッテリー電気でんき自動車じどうしゃ(BEV)、ハイブリッド電気でんき自動車じどうしゃ(HEV)、プラグインハイブリッド電気でんき自動車じどうしゃ(PHEV)のドライブトレイン走行そうこうサイクルをシミュレートする。これらの走行そうこうサイクルでは、車内しゃないねつ条件じょうけんをシミュレートしてバッテリーの冷却れいきゃく制御せいぎょすることができる。

また、人工じんこう気候きこうしつは、試験しけんちゅう環境かんきょう条件じょうけん制御せいぎょし、自動車じどうしゃぜん温度おんど範囲はんい気候きこう条件じょうけんのシミュレーションを可能かのうにする[よう出典しゅってん]

特許とっきょ

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特許とっきょは、電池でんち技術ぎじゅつ開発かいはつ普及ふきゅう抑制よくせいするために利用りようされることがある。たとえば、ニッケル水素すいそ電池でんち自動車じどうしゃ搭載とうさいするための特許とっきょは、石油せきゆ会社かいしゃシェブロンべつ会社かいしゃ保有ほゆうしており、シェブロンはニッケル水素すいそ技術ぎじゅつ販売はんばいやライセンスにたいして拒否きょひけんっていた[102][103]

研究けんきゅう開発かいはつ革新かくしん

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2019ねん12月の時点じてんで、電池でんち改良かいりょうのために世界中せかいじゅうすうじゅうおくユーロの研究けんきゅう投資とうし予定よていされている[104][105]

欧州おうしゅうでは電気でんき自動車じどうしゃようバッテリーの開発かいはつ生産せいさん多額たがく投資とうし計画けいかくされているが、インドネシアでも2023ねん電気でんき自動車じどうしゃようバッテリーの生産せいさん目指めざし、中国ちゅうごくのバッテリー企業きぎょうGEMやContemporary Amperex Technology Ltdをまねいて投資とうしおこなっている[106][107][108][109][110][111][112][113]

ぜん固体こたい電池でんち

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ぜん固体こたい電池でんち有望ゆうぼう次世代じせだい電池でんちとして世界中せかいじゅう研究けんきゅう開発かいはつおこなわれている。特徴とくちょう無機むきけい個体こたい電解でんかいしつ使つかわれており、この個体こたい電解でんかいしつはリチウムイオンのみをとお理想りそうてきなシングルイオンしるべでんたい役割やくわりはたす。また不燃ふねんせい無機むきけい固体こたい電解でんかいしつもちいるためたい熱性ねっせいたか電極でんきょく材料ざいりょう高性能こうせいのう金属きんぞくリチウム硫化りゅうかぶつ使つかうことが可能かのうとなり、こう容量ようりょうこう出力しゅつりょくひろ作動さどう温度おんど範囲はんい高速こうそく充電じゅうでん長寿ちょうじゅいのちていコストすべ実現じつげんできる。近年きんねんぜん固体こたい電池でんち課題かだいであった固体こたい電解でんかいしつイオン伝導でんどうせい改善かいぜん相次あいついで報告ほうこくされており、かく企業きぎょう生産せいさん体制たいせい構築こうちく巨額きょがく投資とうしおこなっている。また一部いちぶスタートアップ企業きぎょうでは試験しけんてき量産りょうさんラインが稼働かどうしている。

ウルトラ・キャパシタ

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電気でんき重層じゅうそうコンデンサ("ウルトラ・キャパシタ")は、AFSトリニティのコンセプト試作しさくしゃのような一部いちぶ電気でんき自動車じどうしゃ使用しようされており、バッテリーを安全あんぜん抵抗ていこう加熱かねつ限界げんかいないたもち、バッテリーの寿命じゅみょうばすために、たか電力でんりょく急速きゅうそく利用りよう可能かのうなエネルギーをたくわえる[114][115]

市販しはんされているコンデンサエネルギーがひくいため、コンデンサを排他はいたてき使用しようしている市販しはん電気でんき自動車じどうしゃ存在そんざいしない。

2020ねん1がつテスラのCEOであるイーロン・マスクは、リチウムイオン電池でんち技術ぎじゅつ進歩しんぽにより、電気でんき自動車じどうしゃにウルトラ…キャパシタは不要ふようになったとべている[116]

脚注きゃくちゅう

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注釈ちゅうしゃく

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  1. ^ EVとは電動でんどうもの全般ぜんぱんたいするであるので、EVBをより厳密げんみつあらわすと「電気でんき駆動くどうものよう蓄電池ちくでんち」などとなる。

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関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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