CONFIDENTIAL BUSINESS INFORMATION …Well to Wheel : 化石燃料からのシフト...
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CONFIDENTIAL BUSINESS INFORMATION – PROPERTY OF HONDA R&D, LTD.
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1. 環境課題~CAFE規制とZEV規制
2. CO2削減にむけて~HEV・PHEV・BEV進化方向性
3. BEV普及と車載バッテリー開発方向性
4. まとめ
目 次
CONFIDENTIAL BUSINESS INFORMATION – PROPERTY OF HONDA R&D, LTD.
1. 環境課題~CAFE規制とZEV規制
2. CO2削減にむけて~HEV・PHEV・BEV進化方向性
3. BEV普及と車載バッテリー開発方向性
4. まとめ
目 次
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2000
Magnitude o
f is
sues
現在(2015)
Tsunamis caused by rising sea levels Melting Glaciers Enlargement of Deserts
地球温暖化
現状最大の環境課題は地球温暖化、CO2低減
環境・エネルギーの課題認識
エネルギー (再生可能)
地球温暖化:燃費改善 (CO2, GHG)
大気汚染:低公害化 (VOC, NOx, CO)
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COP17により、先進国だけでなく 全ての主要排出国が参加する、CO2低減に向けた法的枠組みの議論を開始
総量削減目標 (%)
'90 '50 ‘05
-80
-60
-50
-30
-20
0
10
-40
-10
-70
●
'20
● ● ●
'25
● ● ●
US・カナダ 日本
欧州 (27カ国)
●各国GHG削減政策目標 原単位目標(進展国)
(%)
'90 '20 ‘05
-80
-60
-50
-30
-20
0
10
-40
-10
-70
'25
●
●
●
● ●
●
中国
インド
インドネシア
ブラジル
ポスト京都
08年 09年 14年~ 10年 13年
G8(洞爺湖) ▼ G8(イタリア) ▼
COP14 (ポズナニ)
▼
クールアース50
京都議定書 第一約束期間(2008~2012年)
▼
11年 12年
COP15 (コペンハーゲン)
COP16 (カンクン)
▼ ▼
50年までの
排出半減目標を共有 50年、先進国は80%削減と
共に、世界全体で半減する
カンクン合意:新枠組、 京都議定書延長等の 議論は、COP17へ先送り
主要経済国フォーラム (中国・インド含む)
COP17 (ダーバン)
▼ COP18 (ドーハ)
▼
京都議定書5年延長し15年までに 2020年 全ての主要排出国を対象 とした新たな法的枠組みを固める “ダーバンプラットフォーム”設置
G8(ドービィル) ▼ G8(キャンプデービット) ▼
COP19 (ワルシャワ)
▼
世界的CO2規制のスタート
CONFIDENTIAL BUSINESS INFORMATION – PROPERTY OF HONDA R&D, LTD. 2020年へ向けて具体的な規制強化検討がスタートしている
日本 中国
欧州 US
・2016M 業界平均 250g/34.1mpg
・2021/2025M 規制(案) 業界平均
2021M 200g/40.9mpg 2025M 163g/49.6mpg
GHG/CAFE規制
・2015年燃費基準(JC08) 業界平均 16.8km/L
・2020年燃費基準(発表) 業界平均 20.3km/L
CAFE規制
・2012-2015年 規制 .....130g/km (補完措置で120g /km)
・2020年 規制(案) .....95g/km
新モード検討中
GHG規制
・第二段階燃費規制
・第三段階燃費規制(案) 2015年業界平均 6.9L/100k 2020年業界平均 5.0L/100k
・更なる規制強化検討中
・2015年規制 140g/km以下 or 17km/L以上
CAFE規制
GHG/CAFE規制
・2015/2024年規制 検討中 2015年 190g/km 2024年 155g/km
GHG規制
・2015/20年規制 検討中
CAFE規制
・2015/20年規制 検討中 2015年 163g/km
GHG規制
CAFE規制動向
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燃費達成基準の推移
80
100
120
140
160
180
200
220
2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
Year
CO
2-Em
issi
on [
g-CO
2/km
]
(EPA)
(CARB)
2010年→2020年 約35%減
販売車両の平均値として低減が必要
主要各国共、排出量基準値が設定されつつあり 今後10年で概ね35%の低減が求められる
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PHEV BEV HEV
CONV車 HEV
PHEV BEV
FCEV
CONV車
PHEV BEV
FCEV
HEV
ZEV規制 政策
現実的な燃費/コストバランス 現実的な市場の拡大
燃費向上:内燃機関・車体
各国事情、自動車会社戦略によりアプローチは異なる
CO2削減
CONV車
HEV車の効率の向上
HEV主導市場拡大普及 プラグイン(ZEV)車主導普及
発電効率含めたWTWCO2評価
規制強化
自動車のCO2削減戦略
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1. 環境課題~CAFE規制とZEV規制
2. CO2削減にむけて~HEV・PHEV・BEV進化方向性
3. BEV普及と車載バッテリー開発方向性
4. まとめ
目 次
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0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100% Others
Hydraulic
Nuclear
Gas
Coal
Oil
2012 OECD/IEA
火力発電平均発電効率 (2014 RITE) 2009~2011年 (発電端LHV) 日本 44.7% 米国 40.0% 中国 35.3% 独 40.9% 英 46.0%
Well to Wheel : 発電所状況
多くの国が火力発電(化石燃料)による発電 プラグイン車両(BEV、PHEV)はこの電力の利用が前提のモビリティー
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300
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
WT
W C
O2 e
mis
sio
n (
g/k
m)
Range (km)
EV
PHV
HEV
CONV
www.fueleconomy.gov
WTW calculated from average value in U.S. overall
Well to Wheel : CO2排出と航続距離
WTWでのCO2排出量は、BEV、PHEV、HEVに大きな差はない (発電所CO2が影響)
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WT
W C
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mis
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g/k
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Range (km)
EV
PHV
HEV
CONV
EV
CONV
HEV PHV
www.fueleconomy.gov
WTW calculated from average value in U.S. overall
Well to Wheel : CO2排出と航続距離
WTWでのCO2排出量は、BEV、PHEV、HEVに大きな差はない (発電所CO2が影響)
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Range (km)
EV
PHV
HEV
CONV
EV
CONV
HEV PHV
www.fueleconomy.gov
WTW calculated from average value in U.S. overall
Well to Wheel : CO2排出と航続距離
バッテリー重量増加による WTWCO2悪化
長い航続距離の場合、BEVとHEVのCO2排出量は逆転 バッテリー増加はBEVの環境価値を下げる
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WT
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O2 e
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g/k
m)
Range (km)
EV
PHV
HEV
CONV
EV
CONV
HEV PHV
www.fueleconomy.gov
WTW calculated from average value in U.S. overall
Well to Wheel : CO2排出と航続距離
充電電力 発電所CO2削減
車両効率向上
プラグイン車両(BEV、PHEV)の環境価値拡大は発電所CO2削減が大前提
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ICE/HEV PHEV EV FCEV
Fossil Fuel Natural Energy Bio-mass
Refinement Power Station
Gasoline Electricity
Reform
Bio-fuel
Generation
Well
Wheel
Hydrogen Carriers
Tank
Efficiency
Diversity
Well to Wheel : 自動車用燃料の多様化
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ICE/HEV PHEV EV FCEV
Fossil Fuel Natural Energy Bio-mass
Refinement Power Station
Gasoline Electricity
Reform
Bio-fuel
Generation
Well
Wheel
Hydrogen Carriers
Tank
Efficiency
Diversity
Well to Wheel : 化石燃料からのシフト
プラグイン車両の環境価値拡大には化石燃料から自然エネルギーへのシフトが必要
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CIGS thin film solar cell
Tap water High pressure Water electrolysis unit
High pressure hydrogen tank
Dispenser
35MPa
Electricity supply Hydrogen
storage
Hydrogen supply
To the vehicle
Water supply Grid
System構成
◆埼玉県ソーラー水素ステーション
製造 貯蔵 供給
24時間で1.5kgの水素を製造 1.5kgの水素で約150km走行可能
Well to Wheel : Solar Hydrogen Station
究極の姿:太陽光発電による水電解型水素製造+燃料電池車
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ハイブリッド車 ガソリン車
減速エネルギーを電気として回生
アイドリング・ストップ
EV走行 (回生エネルギ)
エンジンの 高効率運転
Input energy (Fuel Consumption)
Loss on drive train Friction brake
(Heat)
Rolling & Air resistance
Loss on accessory drive
Drive Deceleration
アイドル停止、EV走行、ENG高効率、エネルギー回生により燃費が向上
HEV車の燃費向上:電動化による燃費低減
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エンジン運転領域
システム
EV
Re-EV
シリーズ (シリ・パラ)
HEV
パラレル HEV
Conv
エンジン回転数
エンジントルク
EV
充電
アシスト
充電 アシスト
電動
化
電動化により高効率なエンジン 運転領域を選択可能
ボトム燃費向上が重要
エンジンの燃料消費率特性 ~燃料消費特性等高線図
HEV車の燃費向上:電動化による燃費低減
CONFIDENTIAL BUSINESS INFORMATION – PROPERTY OF HONDA R&D, LTD. 燃費は、パワープラント・車体・熱マネ・エネマネの車一台分で向上させる
エンジン
車体 電動化
■走行エネルギー低減
車両重量 影響領域
加速抵抗
空気抵抗
転がり抵抗
*JC08走行エネルギ寄不度
・軽量化が走行エネルギー 低減のKey
■熱効率向上
熱収支@モード重心負荷
・シリンダー内 熱損失低減
■コンベ車減速エネルギー回生
・軽量/小型/低コスト キャパシタ
■HEVシステム効率向上
・HAW MOT進化 ・パワー半導体進化 ・高効率小型バッテリパック
MOT
PCU
BATT
・廃熱損失の低減 燃焼損失 22%
熱効率 39%
廃熱 損失
フリクション 熱損失
駆動系
24%
26%
28%
30%
32%
34%
75% 80% 85% 90% 95% 100%
T/M伝達効率
EN
G熱
効率
伝達効率
レシ
オレ
ンジ
フリクション低減
多段
化/無
段化
8DCT
CVT
6AT
5AT
■伝達効率向上
・フリクション低減
■レシオレンジ拡大
・多段化/無段化
熱効率 50%
廃熱 損失
フリクション 熱損失
HEV車の燃費向上:車一台分での攻めどころ
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Outer Suburb
EV
HEV
=Zero Emission
=Low Emission
Electric scooter
PHEV
FCV
Personal Mobility
City -suburb City – downtown area
City Area
Traffic jam reduction
by ITS
=>CO2 reduction
次世代モビリティーのベストミックス
多様なモビリティーの最適な使い分け:都市、郊外、都市間 低CO2の電力供給
ソーラー 充電ステーション
次世代ソーラー
水素ステーション スマートハウス
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1. 環境課題~CAFE規制とZEV規制
2. CO2削減にむけて~HEV・PHEV・BEV進化方向性
3. BEV普及と車載バッテリー開発方向性
4. まとめ
目 次
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1997年 ニッケル水素バッテリー
2010年 リチウムイオンバッテリー
2020年 リチウムイオンバッテリー進化と市場拡大
ハイブリッド プラグインハイブリッド
バッテリーEV 電力自給自足 外部給電/充電インフラ
リチウムイオンバッテリー動向
xEVとバッテリーの進化
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時代
性能
EV Plus
BOLT
Smart for Two
i-3
プレミアム
コミュータ
Leaf/Fit EV
マイクロ
コミュータ
現在
100mile
200mile
BEV動向
従来の小型エコカーBEVから、コンべ車と同様な幅広いBEVバリエーションが登場 バッテリー供給側の構え方は?
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エネルギー量 Wh
出力
量
W
航続距離
車載バッテリーセル数 (車載スペース、コスト)
運転する楽しみ
高出力 セル
高容量セル
車両からの多様な出力および航続距離ニーズへの対応として バッテリーセルの容量/出力最適化設計技術が必要 (正極:NCM・負極:グラファイト系セルのラインアップ)
車両航続距離ニーズ
車両出力ニーズ
BEVの幅広いバリエーションへの対応
BEVの車両ニーズと搭載バッテリーの最適化
過剰な容量 ⇔ 充電時間過多
容量丌足 ⇔ 電欠丌安
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作動
電圧
(⊿
V)
容量密度(Ah/kg)
切り口② 高電圧化 電解液の耐酸化性向上
エネルギー密度(Wh/kg) =電圧(V)×容量密度(Ah/kg)
∫VdA 切り口① 高容量活物質の適用 正極 Niリッチなど 負極 Siなど
進化の方向性
リチウムイオンバッテリー:高容量化
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Li金属 黒鉛系
NCM
0
1
2
200 400 600 800 1000 3800 4000
放電容量密度 (mAh/g)
電位
vs.
Li+
/Li (V)
非晶質炭素
チタン酸リチウム 酸化物系
LiFePO4 バナジウム系
FeF3
3元系
3
4
5
スピネル系 正極材料
合金系
Ni-rich Li-rich
有機系
負極材料
2000
金属Si 金属Zn
現状リチウムイオン材料進化限界を超える ポストリチウムバッテリー研究開発へ期待
次世代高容量活物質
進化の方向性
ポストリチウムイオンバッテリー 2030年頃
リチウムイオンバッテリー:高容量化
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電流値I[A] = n F A k CM CE Exp( n α F η / RT )
n: 充放電反応に関与する電子数
F: ファラディー定数
A: 有効電極面積
k: 反応速度定数
CM : 電極密度
CE: 活物質密度
出力を向上させるための改善点
1. 有効電極面積の増加 [A] :電極長を長くするために電極の薄肉化
2. イオンの移動距離の低減 [α] :セパレータの薄膜化 3. 反応速度の向上 [k] :添加剤の改良
Current collector (Negative)
Metal case
Separator
Positive electrode
Current collector (Positive)
Negative electrode
Cell Structure
α: 透過係数
η: 過電圧
R: ガス定数
T: 絶対温度
リチウムイオンバッテリー:高出力化技術
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従来HEV用 高出力化
負極
正極
セパレータ
電極断面図
発電部の厚さを低減 集電体の薄肉化 セパレータの薄膜化
電極の面積の向上⇒電極の長尺化
負極
正極
セパレータ
セパレータ
負極集電体
正極集電体
負極活物質
正極活物質l
電極断面図
リチウムイオンバッテリー:高出力化技術
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エネルギー量 Wh
出力
量
W
航続距離
車載バッテリーセル数 (車載スペース、コスト)
運転する楽しみ
高出力 セル
高容量活物質セル
高容量活物質の研究開発と幅広い容量・出力バランス設計技術構築により BEVの幅広いバリエーションへの対応とバッテリー搭載量最適化(低コスト)が実現
車両航続距離ニーズ
車両出力ニーズ
電極設計
BEVの車両ニーズと搭載バッテリーの最適化
BEVの商品価値向上
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1. 環境課題~CAFE規制とZEV規制
2. CO2削減にむけて~HEV・PHEV・BEV進化方向性
3. BEV普及と車載バッテリー開発方向性
4. まとめ
目 次
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1. 強化される環境規制へ対応した各国自動車会社の電動車普及戦略の展開 ・HEV普及とPHEV/BEV普及 ・各自動車会社の保有技術(日本、欧米) ・各国の普及政策(燃費規制、ZEV規制、インセンティブ) 2. Well to WheelでCO2排出量を見た場合 ・HEVは、内燃機関をはじめとした車両効率技術進化で現状BEVを上回る可能性 ・BEVは、充電電力発電のCO2削減が進まなければ環境価値は下がる ・電動車市場本格拡大のスタートにおいて、WTWを一歩進めた、バッテリー製造など を含めたLCAでのCO2評価による産業全体への影響と最適解の検討が必要になる 3. BEV車両からのバッテリーニーズは、容量(航続距離)のみではなく、車の商品価値上重要 である出力への要求が高い バッテリー性能の容量/出力バランスを車両ニーズに対して最適設計出来る事が必要、 結果として搭載量(コスト)を最小化してゆく事が可能、BEVの商品価値向上に繋げる
まとめ
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