電池活用の最前線
循環型社会時代に必須の
電池の安全性評価技術を
社会実装

—自動車の電動化、AIデータセンターや工場の脱炭素化などに向けて、電池活用の重要性が高まっています。一方で発火や破裂など、電池の安全性が懸念されていますね。

小山　電池のエネルギー密度が高くなるにつれて、安全性の問題が顕在化しています。より多くの領域で活用するためには、電池自体だけでなく、充放電を制御する技術の進化も不可欠です。

辰巳　現在の電池活用動向を見ると、EV（電気自動車）向けだけでなく、ESS（エネルギー貯蔵システム）の需要が予想以上に早く高まっています。特に太陽光発電併設の蓄電所や、電力需給平準化などでの高まりが顕著です。

　一般には、電池は工業製品である以上、安心して使えて当たり前だと思われがちです。しかし電池は、利用環境やシーンが変われば、起きる現象が変動する「化学デバイス」です。安全かつ効果的な活用には、状況に応じて臨機応変に充放電制御を行う必要があります。

—こうした課題に対して、NTCJではバッテリー制御システム向けのIC（BMIC）を開発・供給されています。その特長をお聞かせください。

小山　NTCJは、パナソニックの半導体部門を源流とするアナログ分野に強みを持つ半導体メーカーです。前身時代から足掛け約20年間にわたりEVやESSの電池制御の高度化に向けて技術を磨いてきました。

　当社のBMICは、非破壊かつリアルタイムに電池の内部状態を把握できるという画期的な機能を搭載しており、電池の基本単位であるセル一つひとつの内部状態を、多セル同時に測定することができます。

　その技術は、「電気化学インピーダンス分光法（EIS）」です。EISは、交流電圧・電流によって各セルのインピーダンス（交流回路における電流の流れにくさ）を精緻に測定します。

　測定値を解析すれば、劣化状態が把握できます。つまり、電池の安全性向上や長寿命化に向けた充放電制御の改善に役立てることができるというわけです。

辰巳　蓄電所や電池パック全体ではなく、個々のセル単位の状態から制御を最適化できる点で、極めて有用な技術ですね。

　セルにはそれぞれ個体差があります。これを多数のセルで構成したパックの状態にするわけですが、弱いセルがより劣化しやすいため、充放電を繰り返すと個体差が広がってしまいます。

　電池パック全体の性能は、最も劣化したセルの性能で決まるため、個々のセルの状態が把握できれば、弱いセルから劣化する状況を起きにくくした制御が可能になります。

—NTCJの技術で、どのように電池の状態を推し量るのでしょうか。

小山　電池の中はブラックボックス状態であり、劣化に至る状態を把握するためには、電池内部の化学的知見が必要になります。

　そこで、電池の劣化診断モデルの研究実績が豊富な産総研と共同で、測定結果から電池の精緻な健康状態を算出するアルゴリズムを開発しています。

　さらに、EVやESSの潜在能力を最大限まで引き出すには、急速充電時や、気温変化が大きな環境に置いた際でも、安定して制御できなければなりません。そこでNTCJでは、電池内部の温度を高精度に推定できる技術の開発も進めています。

辰巳　近年起こる電池事故の原因は、環境や利用シーンに応じた正しい充放電制御ができていないことがほとんどです。電動アシスト自転車の充電時の発火は、冬の寒い日の玄関先などで報告されています。個々のセルの温度を算出できる技術は、極めて有益だと感じます。

—近年、生産から廃棄に至るまでのライフサイクル全体を通貫した電池の効果的・効率的な活用、循環型社会の実現が求められています。

辰巳　電池の生産時には、莫大なエネルギーと希少資源を消費します。最も性能面・安全面の要求が厳しいEV向けを、ESS向けなどにリユースできる道筋が必要です。

　ESS向けとしても不適なほど劣化すれば、部材や原料の状態にまで戻してリサイクルすることになります。その上で、電池の状態を精緻に見極めて分別する技術が必須です。

　これは近年の課題である、EVの中古車販売でも同様です。航続距離だけに頼らない価値評価と保証、すなわちEV用電池としての可用性を見極める上でも必要とされます。

小山　NTCJが保有するEISを活用した電池制御技術と状態算出技術は、循環型社会の時代にこそ有用性が際立つと考えています。

　環境や利用シーンに応じたセル単位での最適充放電制御ができれば、生産した電池を長期間にわたって有効活用できます。また、電池の劣化状況を精緻に判別できるため、リユースすべきか、リサイクルに回すべきか、適切に判断することが可能になります。

　そこで当社は、電池の安全状態（SOS）を評価する技術を標準化する取り組みに参加しています。

—半導体メーカーが電池測定の標準化に取り組む意図は。

小山　循環型社会の実現には、電池のライフサイクルに関わる産業界や関係団体の間で“拠り所”となる基準と評価手法の合意が大前提になります。

辰巳　一般に、電池は工場出荷時の新品状態で安全性を確保していることを、標準規格に基づいて認証しています。リユースするためには、別基準のリユース電池認証が必要になります。

　例えば、ESS向けでは、リユース電池を使った定置用大型蓄電システムの安全性に関する国際規格「IEC 62933-5-3」で規定されている方法を使って評価します。ここには、EISを含む４つの電池劣化推定技術が記載されています。EIS以外の手法は評価に数時間程度要しますが、EISに基づくNTCJの評価技術では、瞬時に劣化状態を判定可能です。

　JETではリユース電池認証を開始していますが、電池のSOS評価もEISから解析可能に拡張できれば認証のスループットも向上します。JETではNTCJと連携しながら、リユース認証や安全指標の拡充に向けても取り組んでいきます。

小山　社会実装では、仲間づくりが何より重要です。今後は、標準化を通じて、一緒に活動していただけるパートナーを集い、連携を強化して、電池の安全性や信頼性を評価する技術を社会に広げていきたいと考えています。循環型社会の中で、電池を安全かつ効果的に活用していくための基盤作りに貢献していきます。