テスラのバッテリー寿命はどれくらいですか？

テスラのファンは、テスラのスキルレベルがはるかに進んでいると常に固く信じてきました（正しくない、この言葉はもはやカジュアルに使用することはできません）。

伝統的な企業のエンジニアは、テスラが思ったほど強くなかったと反論するために出てきました。

ファンは不満を持っていますが、あなたの人生はテスラよりどのように長く続きますか？

エンジニアは説明したくありませんが、彼らは個人的にしゃがんでいます。私たちのエネルギー密度も高いですが、コストが高すぎて使用できません。

エンジニアはファンが理解していないと感じ、ファンはエンジニアが頑固だと感じています。このように、2つのグループはお互いにラベルを付けており、物事の多次元的な性質からますます遠ざかっています。

両側の反対はしばしば私を困惑させます、なぜ私はうまくコミュニケーションできないのですか？

ますます多くの人々が私にこの質問をします、テスラのバッテリー寿命はどれくらい強いか。少し言えない場合は、書いてみたほうがいいです。もちろん、私はプロのエンジニアではありません。何か問題があれば訂正してください。この問題を調査する前に、まずこの問題の前提条件を定義し、いくつかの基本的な概念を整理します。

1.バッテリーに加えて、車両の寿命はさまざまな作業条件下での動作に関係しています。後者の問題はもっと複雑なので、今日は主にバッテリーについて話します。

2.バッテリーの最も重要な性能パラメーターは、エネルギー密度です。エネルギー密度には、体積エネルギー密度（WH / L）と質量エネルギー密度（WH / kg）があります。バッテリーについて詳しく説明するのは、バッテリーの単位重量あたりに蓄積されるエネルギー量を決定する質量エネルギー密度（WH / kg）です。

3.バッテリーのエネルギー密度は、多くの場合、2つの異なるデータを指します。1つはバッテリーシステムのエネルギー密度であり、もう1つはバッテリーのエネルギー密度です。

セルはバッテリーシステムの最小単位であり、単一セルとも呼ばれます。あなたはそれを単一のバッテリー、例えば、5番目のバッテリーとして理解します。 M個のバッテリーがモジュールを形成し、N個のモジュールがバッテリーパックを形成します。これが車両のパワーバッテリーの基本構造です。バッテリーパックを直接バッテリーパックと呼ぶ人もいます。

▲日産リーフは、バッテリー、バッテリーモジュール、バッテリーパックに上から下までソフトパックバッテリーを使用しています。

実際、これは非常に単純な式であり、バッテリーパック= N・モジュール= N・（M・バッテリー）です。

4.バッテリーパックはバッテリーの最終形状と車両レイアウトに関連しているため、ほとんどのメーカーはバッテリーコアを購入してバッテリーシステムを自分で行うことを選択します。バッテリーシステムのエネルギー密度は、バッテリーコアの選択に関連しています。例えば、円筒形電池は容量が小さく、電池システムは複雑な構造になっています。単一のバッテリーのエネルギー密度が支配的であるという前提の下で、バッテリーシステムのエネルギー密度は比較的低い。 （結論はマッキンゼーからの報告を参照しています）

▲電気自動車メーカーのバッテリーサプライチェーン戦略、マッキンゼーの元の写真、42番目のガレージの翻訳。

5.構造に応じて、バッテリーには、プリズム、ポーチ、円筒形の3つの主要なタイプがあります。

▲左から順に、円筒形電池、角型電池、ソフトパック電池です。

電池は、原料の区分から、リン酸鉄リチウム、ニッケルコバルトマンガン（NCM）、ニッケルコバルトアルミニウム（NCA）などさまざまな種類があります。ここでの材料は主に正極材料を指します。原材料の影響において、正極材料はセルのエネルギー密度に大きな影響を及ぼします。

アノード材料は一般にグラファイトベースであり、現在の主流の研究の方向性は、シリコン-カーボンアノードの商業化を探求することです。

セルの構造と原材料の組成は、セルのエネルギー密度に影響を与えます。

上記の要点をまとめます。

バッテリーが車両の航続距離に与える影響について説明する場合、主な説明は、バッテリーシステムのエネルギー密度と総重量の構造的配置です。バッテリーシステムのエネルギー密度は、主にバッテリーの正と負の材料と構造の選択によって決まります。

フレームワークの基本的な理解を確立した後、特定のモデルの詳細について話すことができます。私たちはそれを大きなものから小さなものへと見ています。

まず第一に、それはバッテリーパックの全体的な構造です。

マッキンゼーのレポートでは、さまざまな車両構造に配置されたバッテリーシステムのスタイルが、バッテリーシステムのエネルギー密度に重要な影響を与えると結論付けることが重要です。

このために、私たちは写真を直接見ます。

第一世代の電気自動車EV1の最初のベテランメーカーを生み出した電気自動車の第二波を見てみましょう。

次の写真は、左から右に、第1世代のボルト、第2世代のボルト、Spark EV、および最新のシボレーボルトバッテリーシステムです。その中で、ボルトはプラグインハイブリッドモデル、スパークEVとボルトは純粋な電気モデルであり、スパークEVはEV1が廃止されて以来最初の量産電気自動車です。

SparkEVのバッテリーレイアウトとバッテリー構造をご覧ください。

▲シボレースパークEV

2014 Spark EVは、A123が提供する21.3kWhの容量のリン酸鉄リチウム電池を使用しています。

2015 Spark EVバッテリーは、LG Chem、96グループ、2バッテリーの各グループ、各バッテリー27Ah、3.75V、合計192バッテリー、19.44kWh（192x27Ahx3.75V）のバッテリー容量に変更されました。

バッテリーシステム全体の容積は135L、総重量は215kgで、旧モデルより39kg軽量化。上記のデータに基づくと、2015SparkEVバッテリーシステムの体積と質量のエネルギー密度はそれぞれ144Wh / Lと90Wh / kgです。

バッテリー交換後、EPA基準での2両の航続距離は132km。つまり、バッテリーの容量と重量は減少しますが、新しいバッテリーのエネルギー密度は増加し、車両の航続距離は変わりません。しかし、100キロメートルを超える寿命は明らかにあまり意味がありません。

車両の寿命を延ばしたい場合はどうすればよいですか？

セルのエネルギー密度を上げ続けるか、セルをもう少し取り付けます。簡単に言えば、このプラットフォームを引き続き使用するか、変更する必要があります。

古いプラットフォーム変換（AEP：Adapted Electric Platform）は、2つのタイプに分けられます。1つは古いプラットフォームに基づく古い設計であり、もう1つは古いプラットフォームに基づく新しい設計です。 Spark EVは前者に属し、GammaIIプラットフォームを使用し、Chevrolet BoltはGammaG2SCプラットフォームの設計に基づいて、後者に属します。

▲シボレーボルト

肉眼で見てください。バッテリーの構造が平らになり、バッテリーのサイズが大きくなり、より多くのバッテリーを取り付けることができます。そうです、シボレーボルトのバッテリーは288に増え、まだ96グループですが、各グループは3バッテリーに増えています。

セルはLGChemから供給され、各セルは55Ah、3.75Vです。バッテリー容量はほぼ60kWhです（実際には288x55Ahx3.75V = 59.4kWh）。

バッテリーの容量は285L、総重量は435kgです。バッテリーシステムのエネルギー密度は246Wh / Lと137Wh / kgで、EPの航続距離は383kmです。

Spark EVからBoltに至るまで、セル数が半分になり、バッテリーの体積が0.7倍になり、バッテリーの重量が2倍になり、バッテリーシステムのエネルギー密度も半分になりました。車両の航続距離は3倍になりました。

再設計された車両シャーシは、バッテリーシステムのレイアウトに適しています。

歴史的に代表的なユニバーサル電気自動車（テスラもEV1の設計から借用しています）に加えて、別の世界的に有名なベストセラーの電気自動車は日産リーフです。

Spark EVのバッテリー配置は窮屈だと言われていますが、形状はかなりフラットです。日産リーフでは、もともと非常に規則的な形状であったソフトフォームのセルを積み重ね、不規則な形状に配置して、車両のシート構造に対応しました。

バッテリーパックには、横置き、縦置きで、強迫神経症になりそうです。それは日本人が持つべき乙女座の特徴を反映していません。

▲日産リーフ

日産リーフはそれが彼自身のEVプラットフォームであると言いました、しかしそれはまたティーダを参照して行われます。長年にわたり、電源システムのレイアウトは調整されましたが、バッテリーの形状と位置は基本的に変更されていません。

▲日産リーフの新旧モデルのコントラスト

Boltのバッテリー構造について学習した後、Leafのバッテリー寿命が制限されている可能性があると推測できるかどうかを確認できます。

日産リーフは3つのバッテリーを共有しています。 24kWhから30kWh、40kWhまで、バッテリーの数は常に同じで、192であり、EPマイレージは135kmから172km、241kmに増加しました。

しかし、ボルトは400kmをフィードしています！

もちろん、規格を変更したい場合は、データは問題ないように見えます。

▲ JC08規格に基づく日産リーフのバッテリー寿命

結論が終わったら、特定のデータを見てください。

24kWhバッテリーは、それぞれ33.1Ah、3.8VのAESCマンガン酸リチウムLMOセルを使用します。セルの総重量は151.1kgで、セルのエネルギー密度は317Wh / Lと157Wh / kgです。

30kWhバッテリーは、24kWhで21kgの重量増加を伴うニッケルコバルトマンガン（NCM）バッテリーを使用します。セルのエネルギー密度は396Wh / Lおよび174Wh / kgです。

▲日産リーフのバッテリー交換

2017年、日産リーフはEP範囲241kmの40kWhバッテリーを追加しました。はい、すでに2017年です。

GMがボルトあたり9,000ドルを失うと主張したとき、日産がお金を節約するのか、お金を節約するのか、それともお金を節約するのかはわかりません。

アメリカと日本の傑作が見られ、今はドイツを見ています。

多くの人がフォルクスワーゲンのMQBプラットフォームに精通しています。 E-GolfはMQBプラットフォームの製品です。 E-Golfは人気のe-upです！後に2台目の量産電気自動車が発売されました。

▲フォルクスワーゲンE-ゴルフ

従来の内燃機関プラットフォームで生まれた不規則なバッテリー構造が復活したというおなじみの感覚はありますか？

E-Golfのバッテリーには、ボルトのT字型構造（T字型構造は元々ユニバーサルEV1モデルから派生）に1対の小さな翼が装備されており、スペースを少し苦労させました。

しかし、データは、2015年のe-GolfのEP航海が134kmであることを示しています。

2015 e-Golfは、パナソニック三洋のスクエアシェルバッテリーを使用しており、バッテリー容量は24.2 kWh、重量は330kgです。合計は27モジュール、264バッテリー（88s3p）、各バッテリーは25Ahです。

▲フォルクスワーゲンe-ゴルフバッテリー

2017年、フォルクスワーゲンはe-Golfバッテリーサプライヤーに取って代わりました。最新の35.8kWhバッテリーはSamsungSDI製で、37Ahバッテリーと201kmのEP範囲を備えています。

まだ長い道のりがあります。

無視できないドイツの別の工場は、サムスンSDIと寧徳の時代に2つの重量級バッテリーサプライヤーを訓練した伝説的なBMWです。

最後に、BMWi3について説明します。 BMW Iシリーズは、新しく設計された製品ラインです。それはi3のバッテリー構造から見ることができます。それは非常に平らな長方形の形をしています。バッテリーケースは、96個のバッテリーが入った引き出しのようなものです。

▲ BMWi3

i3の古いバッテリー容量は22kWh、EPの航続距離はわずか130km、60Ahバッテリーを使用しています。

i3の新しいセルは同じサイズで、Samsung SDIの94Ahおよび3.7Vニッケルコバルトマンガン（NCM）セルを使用し、セル密度は357.4Wh / Lおよび173.9Wh / kgです。総バッテリー容量は33kWhで、EPの航続距離は182kmに拡大されています。

軽い構造の平面性は役に立たないようで、大きなバッテリーを取り付けることは不可能です。

最初のスマートおよびBクラス電力システムであるメルセデスベンツはテスラから供給されました。交換後、構造に大きな変更はなく、スペースも限られていました。

▲メルセデスベンツスマート

▲メルセデスベンツBクラス

▲ルノー・ゾエ

これらの伝統的な自動車会社の電気自動車製品を読んだ後、私たちはついにテスラのシャーシを見ていきます。これは、誰もが最もよく知っているマップである必要があります。フルバッテリーで満腹感があります。

▲テスラモデル

テスラには、60kWhから100kWhまでのさまざまなバッテリーバージョンがあります。途中で、18650バッテリーは2.9Ahから3.1Ahにアップグレードされました。 70kWhバージョンは、同じ構造を維持しながら75kWhに直接アップグレードされました。

EPA規格に基づくテスラのバッテリー寿命データを見てみましょう。

▲テスラモデルのクルージング範囲、ウィキペディアのスクリーンショット

スクリーンショットでわかるように、モデルを例にとると、TeslaEPA標準の範囲は300km以上から500km以上です。最新の公開されたEPAデータからわかるように、モデル3の長いバッテリー寿命は499キロメートルに達しました。

市販製品の観点からは、それは完全に破砕レベルの勝利です。

そのため、フォルクスワーゲンは新しい電気自動車MEBプラットフォームの作成を発表しました。MEBプラットフォームの技術は、フォルクスワーゲングループ内で共有されます。このプラットフォームはこんな感じです。

▲フォルクスワーゲンMEBプラットフォーム

メルセデスベンツの新しい電気自動車プラットフォームEQはこのようなものです。

▲メルセデスベンツEQプラットフォーム

大きなバッテリーを搭載できない古いプラットフォームは、移行する運命にあります。

もちろん、新しいプラットフォームの作成には、多くの場合、数百億の投資が必要です。電気自動車がニッチ市場にすぎない場合、従来の自動車会社の保守的なパフォーマンスはごく普通のことです。これはまた、テスラの機会ポイントと主要な市場の利点をもたらします。

市販製品の性能比較は、実際には製品レベルで比較されています。

製品は、実際には包括的な企業戦略の具現化です。市場規模、ブランドのポジショニングを考慮するだけでなく、コストと価格を計算すること。たとえば、ブランドのプレミアム価格設定力がなければ、ローエンドブランドは、テスラのような百万レベルの価格のような高級電気自動車を簡単に製造することはできません。

自分を将来の市場のリーダーまたはフォロワーとして定義するときは、製品が最新かつ最高のテクノロジーを適用する必要があるかどうかも定義します。そして、これがテクノロジー愛好家が最も大切にしていることです。

さまざまな製品の違いをより客観的に比較するために、ここでは技術レベル、つまりバッテリーシステムからバッテリーについて説明します。

前のセクションのセルの進化から、誰もがニッケル-コバルト-マンガン（NCM）バッテリーを使い始めたことに気付くかもしれません。 NCMはバッテリーのカソード材料です。陰極の材質によると、電池には主にリン酸リチウム鉄、ニッケルコバルトマンガン（NCM）、ニッケルコバルトアルミニウム（NCA）の3種類があります。

リン酸鉄リチウム電池は、より安全で、エネルギー密度が低く、乗用車でより広く使用されています。 BYDは、リン酸鉄リチウムルートに賭けたため、三元リチウム電池の探鉱を主導しました。乗用車では、主にNCMとNCAの2種類のバッテリーを知っています。テスラのパナソニック円筒形電池はNCA素材です。

▲ NCMバッテリー構成

電池のエネルギー密度を上げるために、最初にすべきことは、電池の正極材料の比容量を増やすことです。ニッケル含有量が高いほど、セルの比容量が高くなります。また、コバルトの価格が高すぎてニッケルの割合が増え、コバルトの割合が減るため、電池のコストを下げることができます。これも高ニッケル電池の開発動向の重要な理由です。

そして、私たちの一般的なNCM111 / 523/622/811は、これら3つの要素間の比率を指します。言い換えれば、NCM811は現在ニッケルの割合が最も高いバッテリーです。

▲ BMWのバッテリーロードマップ

BMWのバッテリーロードマップから、NCMは111から811に徐々に調整されることがわかります。2018BMWi3はSamsung SDIのNCM622バッテリーを使用し、2021年までBMWはi5を使用します。 NCM811バッテリーを適用します。

メルセデスベンツEQプラットフォームは、2018年の第3四半期にSKinnovationのNCM811バッテリーを使用します。

LG Chemのデータによると、最新の811バッテリーを使用する予定のモデルには次のものがあります。

日産リーフE-Plus（60kWhバージョン）

現代のコナEV

ヒュンダイIONIQエレクトリック（バッテリーアップグレード）

起亜ニロEV

第二世代ルノーゾエ（2019）

フォルクスワーゲンID（2019）

オペルCorsaEV（2019）

プジョー208EV（2019）

つまり、NCM811バッテリーを搭載したモデルは早くも2018年に見られます。

これらのメーカーは現在のNCM811セルのエネルギー密度データを提供していませんが、SolidPowerによって提供されたデータを見ることができます。

▲出典：Solid Power

NCM811正極と黒鉛負極を使用すると、255Wh / kgと536Wh / Lのエネルギー密度に達することができます。

公式のCATLデータによると、バッテリーのエネルギー密度は240Wh / kgに達する可能性があります。

▲出典：CATLUS公式サイト

さらに、BYDの公式データによると、BYDNCMバッテリーのエネルギー密度は200Wh / kgに達する可能性があります。

▲出典：BYDの演説

テスラの18650セルの現在のエネルギー密度は約250Wh / kgです。モデル2の2170セルでは、テスラはシリコンカーボン負極を使用してセルのエネルギー密度を300Wh / kgに増やします。

つまり、セルのエネルギー密度を比較するだけで、他のメーカーはテスラ18650セルのエネルギー密度レベルに達することができますが、すでに提供を開始しているModel3では、テスラがリードしています。

正極材料上のニッケルの割合を増やすことに加えて、負極材料にシリコンカーボンを使用することも業界で認められた方向性です。なぜなら、グラファイトの理論エネルギー密度は372mAh / gであり、シリコン負極の理論エネルギー密度は4200mAh / gと高いからです。

シリコン負極材料の膨張の問題のみがあり、それは電池容量の損失をもたらし、電池のサイクル寿命に影響を与える可能性がある。現在、電池の製造に関して、テスラだけがシリコンカーボンアノード材料の適用の成功を発表しました。

▲バッテリールートの進化、出典：Solid Energy

「自動車用パワーバッテリー産業発展のための行動計画」において、産業情報技術省は、新しいリチウムイオンパワードンチバッテリーのエネルギー密度が300Wh / kgを超え、バッテリーのエネルギー密度を超えるべきであると提案した。システムは260Wh / kgに達する必要があります。 2025年までに、バッテリーシステムのエネルギー密度は350Wh / kgに達するはずです。

現在、NCM811はニッケルの割合を大幅に増やすのが難しいレベルまで増やしています。シリコンカーボンアノードの使用またはさまざまなカソード材料の研究は、リフトポイントになります。そして300Wh / kg以上には、全固体電池の技術的進歩が鍵となるでしょう。

製品レベルでは、自動車会社はすでにより新しくより良い技術を適用できますが、初期の電気自動車市場は小さすぎるため、自動車会社は電気自動車の新しいプラットフォームの開発に多額の投資をしていません。内燃機関のプラットフォームの固有の要因により、それは不可能になっています。大きなバッテリーを搭載してください。

▲フォルクスワーゲンの耐久スケジュール

▲日産の耐久スケジュール

▲ルノーの持久力スケジュール

一方、調査会社による市場調査によると、現在のユーザーのニーズを満たすには、300〜400キロメートルのバッテリー寿命で十分です。昔ながらの巨人、いや、経験豊富なベテラン自動車会社は、高価なモデルの導入のリスクを冒したくありません。

彼らは長い間、従来の内燃エンジンモデルの市場でこれに慣れてきました。スタートアップがゴージャスなデータで注目を集めるために急いでいるとき、彼らは急いでいませんが、世論で競合他社を攻撃しようとしながら、新しいプラットフォーム計画をゆっくりと進めています。

それで、テスラのバッテリー寿命はどこにありますか？

まず、バッテリーコアの技術レベルでは、さまざまな技術ルートを選択し、250Wh / kgレベルのエネルギー密度は分割されていません。しかし、テスラはシリコンカーボンアノード材料で300Wh / kgを突破し、業界をリードしました。

第二に、歴史的な負担がないため、テスラは内燃エンジンのシャーシの負担を取り除き、新しい電気自動車プラットフォームを開発し、バッテリーシステムのレイアウト設計に高い自由度を得ることができました。それは非常に早い段階で100kWhのバッテリー容量を導入することができ、数年間業界をリードしています。

第三に、Muskeのファーストクラスのマーケティング機能により、Teslaは、高価格の市場セグメントで最新かつ最高のテクノロジーを迅速に適用できるハイブランドのポジショニングを作成することに成功しました。

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