電気自動車の速度、走行距離、トルク、およびそのようなすべての重要なパラメーターは、自動車で使用されるモーターとバッテリーパックの仕様にのみ依存します。強力なモーターを使用することは大したことではありませんが、問題は、モーターの寿命を縮めることなく、モーターに十分な電流を長時間供給することができるバッテリーパックを設計することにあります。電圧と電流の需要に対応するために、EVメーカーは、数千とは言わないまでも数百のセルを組み合わせて、1台の自動車用のバッテリーパックを形成する必要があります。テスラモデルSには約7,104個のセルがあり、日産リーフには約600個のセルがあります。リチウム電池の不安定な性質に加えて、この多数は、電気自動車用のバッテリーパックを設計することを困難にします。この記事では、電気自動車のバッテリーパックがEV用にどのように設計されているかを探りましょう。そして、世話をしなければならないバッテリーに関連する重要なパラメーターは何ですか。
電気自動車のバッテリーパックには何が入っていますか？
電気自動車の紹介の記事を読んだら、今までに質問に答えていただろう。初めての人のために、簡単に要約させてください。下の画像は、日産リーフのバッテリーパックがパックからセルレベルに引き裂かれているところを示しています。
最近の電気自動車は、この記事の後半で説明するいくつかの明らかな理由により、リチウム電池を使用して自動車に電力を供給しています。しかし、これらのリチウム電池はセルあたり約3.7Vしかないのに対し、EVカーは300V近くを必要とします。このような高電圧とAh定格を達成するために、リチウム電池は直列および並列の組み合わせでモジュールを形成し、これらのモジュールは、いくつかの保護回路（BMS）および冷却システムとともに、上記のようにまとめてバッテリーパックと呼ばれる機械的ケーシングに配置されます。
電池の種類
ほとんどの車はリチウム電池を使用していますが、私たちはそれに限定されていません。利用可能な電池の化学的性質には多くの種類があります。バッテリーは大きく3つのタイプに分類できます。
一次電池：これらは非充電式電池です。つまり、化学エネルギーを電気エネルギーに変換でき、その逆はできません。例としては、おもちゃやリモコンに使用されるアルカリ電池（AA、AAA）があります。
二次電池：これらは、電気自動車用に関心のある電池です。化学エネルギーを電気エネルギーに変換してEVに電力を供給することができます。また、充電プロセス中に電気エネルギーを再び化学エネルギーに変換することもできます。これらのバッテリーは、携帯電話、EV、その他のほとんどの携帯用電子機器で一般的に使用されています。
リザーブバッテリー：これらは非常にユニークなアプリケーションで使用される特殊なタイプのバッテリーです。名前が示すように、バッテリーはその寿命のほとんどの間予備（スタンバイ）として保持され、したがって非常に低い自己放電率を持っています。例はライフベストバッテリーです。
バッテリーの基本的な化学
先に述べたように、バッテリーにはさまざまな化学物質があります。すべての化学には、独自の長所と短所があります。しかし、化学的性質のタイプに関係なく、すべてのバッテリーに共通することはほとんどありません。その化学的性質にあまり踏み込むことなく、それらを見てみましょう。
バッテリーには、カソード、アノード、セパレーターの3つの主要な層があります。カソードはバッテリーの正の層であり、アノードはバッテリーの負の層です。バッテリー端子に負荷が接続されると、電流（電子）がアノードからカソードに流れます。同様に、充電器がバッテリー端子に接続されている場合、電子の流れは逆になります。つまり、上の図に示すように、カソードからアノードになります。
バッテリーが機能するには、酸化還元反応と呼ばれる化学反応が発生する必要があります。レドックス反応とも呼ばれます。この反応は、電解液（セパレーター）を介してバッテリーのアノードとカソードの間で起こります。バッテリーのアノード側は電子を獲得することをいとわないため、酸化反応が発生し、バッテリーのカソード側は電子を失うことをいとわないため、還元反応が発生します。この反応のために、イオンはカソードからセパレーターを介してバッテリーのアノード側に移動します。その結果、アノードに蓄積されるイオンが増えます。このアノードを中和するには、電子をその側面からカソードに押し出す必要があります。
しかし、セパレーターはそれを通るイオンの流れのみを許可し、アノードからカソードへの電子の移動をブロックします。したがって、バッテリーが電子を転送できる唯一の方法は、その外側の端子を介することです。これが、負荷をバッテリーの端子に接続すると、電流（電子）が流れると考えられる理由です。
リチウム電池化学の基礎
リチウム電池はEVに最も適した電池であるため、リチウム電池について説明するので、その化学的性質についてもう少し掘り下げてみましょう。リチウム電池には再び多くの種類があり、リチウムニッケルコバルトアルミニウム（NCA）、リチウムニッケルマンガンコバルト（NMC）、リチウムマンガンスピネル（LMO）、チタン酸リチウム（LTO）、リン酸鉄リチウム（LFP）が最も多い一般的なもの。繰り返しますが、各化学物質には独自の特性があり、ボストンコンサルティンググループによる下の写真にきちんと示されています。
これらの中で、リチウムニッケルコバルトアルミニウムは、その低コストのために最も使用されています。これらのパラメーターについては、この記事の後半で詳しく説明します。しかし、ここで気付くことができる一般的なことの1つは、リチウムがすべてのバッテリーに含まれていることです。これは主にリチウムの電子配置によるものです。中性のリチウム金属原子を以下に示します。
原子番号は3で、ヌクレアーゼの周りに3つの電子があり、最外殻には1つの価電子しかありません。反応中、この価電子が引き出され、1つの電子と2つの電子がリチウムイオンを形成するリチウムイオンが得られます。前述のように、電子はバッテリーの外側の端子を電流として流れ、リチウムイオンはレドックス反応中に電解質（セパレーター）を流れます。
電気自動車用バッテリーの基礎
これで、バッテリーのしくみと電気自動車での使用方法がわかりましたが、ここから先に進むには、バッテリーパックを設計するときに一般的に使用されるいくつかの基本的な用語を理解する必要があります。それらについて話し合いましょう…
電圧定格：バッテリーにマークされていることがわかる2つの非常に一般的な定格は、その電圧定格とAh定格です。鉛蓄電池は一般的に12Vで、リチウム電池は3.7Vです。これは、バッテリーの公称電圧と呼ばれます。これは、バッテリーが常に端子間に3.7Vを供給するという意味ではありません。電圧の値は、バッテリーの容量によって異なります。私たちは議論する予定です