電気自動車用リチウムイオン電池と電池管理システム 2024-2034Li-ion Batteries and Battery Management Systems for Electric Vehicles 2024-2034 電気自動車用リチウムイオン電池と電池管理システム 電気自動車用リチウムイオン電池の世界市場は、主にバッテリー式電気自動車の需要に牽引され、2034年までに3,800億米ドル以上に達すると予測されてい... もっと見る
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サマリー
電気自動車用リチウムイオン電池と電池管理システム
電気自動車用リチウムイオン電池の世界市場は、主にバッテリー式電気自動車の需要に牽引され、2034年までに3,800億米ドル以上に達すると予測されている。電動化と排ガス目標、バッテリー性能の向上、一部の車両セグメントにおける魅力的な総所有コストの増加が、バッテリー式電気自動車(EV)の需要拡大を牽引しており、グローバル・サプライチェーン、半導体不足、原材料の入手性に関する課題にもかかわらず、EV市場は2022年も上昇基調を維持した。リチウムイオン電池は、EVの普及を支え、可能にする主要技術である。本レポートでは、正極材料やシリコン負極から、セル・ツー・パックやデュアルケミストリーパックの設計、ワイヤレスBMSに至るまで、リチウムイオンセル、パック、バッテリー管理システム(BMS)の技術と動向について詳述する。
EVセグメント別リチウムイオン需要のシェア。出典:IDTechEx: 出所:IDTechEx.
セル
リチウムイオン電池の化学は進化し続けている。エネルギー密度を最大化し、コバルト含有量を最小化するために、NMC 811のような高ニッケル層状酸化物がバッテリー電気自動車(BEV)に採用されているが、コスト圧力により、エネルギー密度は低いがコストも低いLFPの使用が増加している。セルとパックの設計を最適化することで、このデメリットを最小限に抑えることができる。一方、2輪車や3輪車では、LMO、NMC、LFP、およびそれらの組み合わせを含む、さまざまなリチウムイオン化学物質が鉛酸の代替として使用されている。様々な化学物質が、性能要件、デューティーサイクル、コスト、入手可能性に応じて利用されており、今後も利用されるであろう。本レポートでは、リチウムイオンセル技術に関する分析を提供し、好ましいセルフォームファクター、変化するセル化学、カソード予測、セル性能データとトレンド、次世代セル化学の議論、EVセルサプライヤーシェアなどを取り上げている。
パック
バッテリー技術に関する議論では、セル技術と化学が中心的な役割を果たすことが多いが、バッテリーパック設計の開発も同様に重要である。例えば、エネルギー密度を最適化する手段として、セルとパックを一体化した設計が電気自動車で普及しつつあり、BYD、CATL、テスラなどが開発を進めている。リチウムイオン電池の安全な作動を維持する上で重要な役割を果たす熱管理も、ますます重要なテーマとなっている。さまざまな企業が、空冷、液冷、冷媒冷却、液浸冷却などの方法を追求しており、それぞれに利点と弱点がある。本レポートでは、熱管理戦略、モジュール設計、セル間設計、材料の軽量化など、さまざまなバッテリーパック設計の動向を分析しています。
主に大型トラック、バス、物流車両など、商用車以外の車両セグメントにパックを供給するバッテリーパックメーカーについて、欧米のメーカーを中心に調査しています。ターンキー製品のフォームファクター、化学物質、性能の比較が、パックメーカーの差別化方法についての議論とともに提供されている。ターゲットとする主要市場とセグメントについては、市場ごとに電池性能要件がどのように変化するかについての分析とともに概説している。
バッテリーパックの性能比較 出典:IDTechEx: IDTechEx.
バッテリー管理システム
バッテリー管理システムは、リチウムイオンバッテリーパックの安全で信頼性の高い運用の鍵となる。BMSの中核機能は比較的よく定義されており、技術も比較的成熟していますが、バッテリー管理システムの新たな開発は、バッテリー性能のいくつかの側面を同時に改善するまたとない機会を提供します。BMSとBMSソフトウェアの革新による性能向上の可能性には、エネルギー密度の向上、充電速度の高速化、より正確な電池寿命推定などがあり、これは物理ベースのモデル、データベースのモデル、クラウド分析の組み合わせによって実現される、より正確な状態推定によって可能になります。ワイヤレスBMSも開発されており、パック設計の拡張を容易にし、バッテリーパックに必要な配線の量を減らすことができる。GMは2020年に同社のウルティウム・バッテリーにワイヤレスBMSを採用すると発表した。本レポートでは、バッテリー管理システムの機能、BMSの製造・開発に携わるプレーヤー、バッテリー管理システムの主な技術革新と進歩について詳述している。
EV市場セグメント
バッテリー式電気自動車は、過去10年間のリチウムイオン需要の伸びを支える主要な原動力の1つであり、2030年までにリチウムイオン電池の需要の80%に寄与すると予測されている。しかし、電動化は幅広い車両セグメントで必要とされており、実際、複数のセクターでEVの成長が見込まれている。小型商用車(LCV)では、環境上の理由だけでなく、経済的な理由からもバッテリーの電動化が検討されている。市場はまだ電気自動車に圧倒されているが、パイロット・プロジェクトが完了し、電気バンの信頼が高まるにつれて成長が期待される。トラックの場合、バッテリー要件はより困難であり、一部の少量生産セグメントではサードパーティのパックメーカーに依存し続ける可能性がある。とはいえ、テスラ、ダイムラー、VW、ボルボなどのOEMは、いずれも長距離用バッテリー電気トラックに多額の投資を行っている。本レポートでは、自動車、LCV、トラック、バス、2輪車、船舶、建設車両、鉄道などの電気自動車セグメントにおける主要な推進要因、課題、バッテリー技術の選択肢について概説している。電気自動車、LCV、トラック、バス、2/3輪車について、2034年までの電気自動車用リチウムイオン電池の予測(GWh、Bドル)を掲載しています。
目次
Summary
この調査レポートでは、正極材料やシリコン負極から、セル・ツー・パックやデュアルケミストリーパックの設計、ワイヤレスBMSに至るまで、リチウムイオンセル、パック、バッテリー管理システム(BMS)の技術と動向について詳細に調査・分析しています。
主な掲載内容(目次より抜粋)
Report Summary
Li-ion batteries and battery management systems for electric vehicles
The global market for Li-ion batteries in electric vehicles is forecast to reach over US$380 billion by 2034, driven primarily by demand for battery electric cars. Electrification and emissions targets, improving battery performance, and an increasingly attractive total cost of ownership for some vehicle segments are driving this growth in demand for battery electric vehicles (EV), and despite challenges relating to global supply chains, semiconductor shortages, and raw material availability, the EV market continued its upward trajectory in 2022. The Li-ion battery is the key technology that underpins and enables the deployment of EVs. This report details the technology and trends to Li-ion cells, packs, and battery management systems (BMS), from cathode materials and silicon anodes, to cell-to-pack and dual chemistry pack designs, to wireless BMS.
Share of Li-ion demand by EV segment. Source: IDTechEx.
Cells
Li-ion cell chemistries continue to evolve. Higher nickel layered oxides such as NMC 811 are being deployed for battery electric cars (BEV) to maximize energy density and minimize cobalt content but cost pressures have led to growth in the use of LFP, a lower energy density chemistry but also a lower cost one. Optimization of cell and pack design can help minimize this disadvantage. In commercial vehicles, higher cycle life is often needed, making the use of increasingly high-nickel cathodes difficult in the short-term, while in 2 and 3 wheelers a variety of Li-ion chemistries are being used to replace Pb-acid, including LMO, NMC and LFP, and combinations thereof. A range of chemistries are and will continue to be utilized depending on performance requirements, duty-cycles, cost, and availability. The report provides analysis on Li-ion cell technology, covering preferred cell form factors, changing cell chemistries, cathode forecasts, cell performance data and trends, discussion of next generation cell chemistries, as well as EV cell supplier shares.
Packs
Cell technology and chemistry often takes centre stage in the discussion on battery technology but developments to battery pack designs are equally important. For example, cell-to-pack designs are becoming increasingly popular for electric cars as a means to optimize energy density and are being developed by players such as BYD, CATL, and Tesla, amongst others. Thermal management is also an increasingly important topic given its critical role in maintaining the safe operation of Li-ion batteries. Different players are pursuing air, liquid and refrigerant-cooled methods, as well as immersion cooling, each with their own benefits and weaknesses. Trends to various battery pack designs are analyzed in this report, including on thermal management strategies, modular and cell-to-pack designs, and material light-weighting.
A study of battery pack manufacturers, primarily supplying packs to commercial, non-car vehicle segments, such as heavy duty-trucks, buses and logistics vehicles, is provided with a focus on the European and US players. Comparisons in the form factors, chemistries and performance of turnkey products are provided, along with a discussion of how pack manufacturers are differentiating themselves. The key markets and segments being targeted are outlined alongside analysis of how battery performance requirements change for different markets.
Comparison of battery pack performance. Source: IDTechEx.
Battery management systems
The battery management system is key to the safe and reliable operation of a Li-ion battery pack. While the core functions of a BMS are relatively well defined and the technology comparatively mature, new developments to battery management systems offer a unique opportunity to improve several aspects of battery performance simultaneously. Potential performance improvements from innovations to BMS and BMS software include increased energy density, faster charging rates, and more accurate battery lifetime estimation, which can be enabled through more accurate state estimation, in turn enabled through a combination of physics-based models, data-based models, and cloud analytics. Wireless BMS are also being developed, enabling easier scaling of pack designs and reducing the amount of wiring needed in a battery pack. GM announced they would utilize a wireless BMS in their Ultium batteries in 2020. The report details the functions of a battery management system, the players in involved in BMS manufacturing and development and key innovations and advancements to battery management systems.
EV market segments
Battery electric cars have been one of the key drivers behind growth in Li-ion demand over the past 10 years and are forecast to contribute 80% of the demand for Li-ion batteries by 2030. However, electrification is needed across a broad spectrum of vehicle segments and indeed growth in EVs across multiple sectors is expected. For light commercial vehicles (LCV), battery electrification is not only being explored for environmental reasons but increasingly for economic reasons. Though the market is still dwarfed by electric cars, growth is expected as pilot projects are completed and trust in electric vans is gained. For trucks, battery requirements can be more challenging and some low volume segments may continue to rely on 3rd party pack manufacturers. Nevertheless, OEMs such as Tesla, Daimler, VW and Volvo are all investing heavily in long-haul battery electric trucks. The report provides an overview of some of the key drivers, challenges and battery technology choices for electric vehicle segments including cars, LCVs, trucks, buses, 2 wheelers, marine, construction vehicles and trains. Forecasts for Li-ion batteries for electric vehicles (by GWh, $B) are provided for electric cars, LCVs, trucks, buses, and 2/3 wheelers are provided to 2034.
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2024/07/01 10:26 162.23 円 174.76 円 207.97 円 |