調査によると、航続距離と充電時間は電気自動車購入の最も大きな障壁のひとつである。30分で80％まで充電することは、多くの潜在顧客にとって満足できるものではないようだ。電気自動車の運転をより便利にし、ユーザーの航続距離に対する不安を軽減するために、長距離移動のためのエネルギー貯蔵を改善することは、EVトラクション・バッテリー開発における最優先事項のひとつである。
自動車メーカーにとって、車両全体の35％から45％を占めるバッテリーの高コストは大きい。特に、ほとんどのOEMがバッテリー開発を外部パートナーに依存しているためだ。セルの開発と生産は、ほぼ例外なく中国、韓国、日本を中心とする東アジアのサプライヤーで行われる。OEMは通常、バッテリーモジュールとパックレベルの開発と生産にしか関与していない。ここでは、近代的な開発センターとテストセンターを持つ現地のパートナーが重要である。このリソースにより、OEMはより機敏になり、電子自動車の重要な部分に関するイノベーションに集中することができる。
世界は絶えず変化している。今日の発展の背景を知るには、しばしば過去を振り返ってみることが興味深い。バッテリー駆動の自動車は決して新しい発明ではない。
マイケル・ファラデーは1821年に最初の初歩的な電気モーターを開発し、電気自動車の基礎を築いた。最初の電気自動車は早くも1830年代後半に製造されたが、まだ便利なものではなかった。この状況は、1870年代に充電可能な鉛電池が発明されたことで一変した。その結果、電気自動車は、たとえばアメリカでは38％という立派な市場シェアを達成したが、1910年以降はまたたく間にシェアを失った。航続距離の問題は残ったが、安価なガソリンの全国的な供給が保証されるようになった。
個人交通で電気推進が復活したのは1990年代に入ってからである。石油価格の高騰と環境意識の高まりをきっかけに、一部のメーカーが電気自動車やハイブリッド車の開発に乗り出したのだ。この時期の代表車種は、1997年に発売されたトヨタ・プリウスだろう。この開発は、より強力なバッテリー技術によって加速された。まず、重量のある鉛蓄電池がニッケル水素（NiMH）に取って代わられ、その後、さらに強力なリチウムイオン電池が登場した。リチウムイオンバッテリーは1991年にソニーによって初めて商業的に使用され、現在ではトラクションバッテリーを搭載したほぼすべての車両に搭載されている。リチウムイオンバッテリーには、唯一無二のソリューションというものは存在しない。リチウムイオンバッテリーにはさまざまな技術があり、それぞれに長所と短所がある。
すべてのリチウムイオン電池に共通するのは、放電中にLi+イオンが正極から負極に移動することである。車載用バッテリーの負極材料は主にグラファイトで、まれにチタン酸リチウムもある。
リチウムイオン電池は通常、正極の材質によって区別される。ここで電気自動車に特に関連するのは、3つのバリエーションである。関連するNCA（リチウムニッケルコバルトアルミニウム酸化物）およびNMC（リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物）電極は、現在自動車分野で最も一般的に使用されているセルである。NCAセルは比較的安価で、エネルギー密度が非常に高いが、過電圧や過温度が発生すると早期に非常に激しく反応するため、安全性に疑問があることが主な批判点である。NMCセルはより多く、一般的に寿命が長いが、価格も高い。
LFPセル（リン酸鉄リチウム）の乗用車分野での市場シェアはまだ比較的小さい。しかし、開発中の有望な技術である。LFPセルは非常に安全で、すべてのリチウムイオン技術の中で最も寿命が長く、充放電速度に非常に強いと考えられている。その反面、コストが非常に高く、エネルギー密度はNCA/NMCセルのレベルに達していない。
主にバッテリーのコスト低下に起因する電気自動車の取得コストの低下は、最終顧客にとって電気自動車をより魅力的なものにしている。同時に、環境規制の強化により、OEMにとって内燃エンジンはますます高価になっており、ハイブリッド車や電気自動車をポートフォリオに含める必要がある。電気自動車とハイブリッド車はニッチな存在から脱却して久しく、今後数年間で市場シェアが急拡大するだろう。20年代半ばまでには、電気自動車は購入価格だけでなく、総所有コストの面でも内燃エンジン車と同等になると予想される。今後、自動車業界のプレーヤーや意思決定者は、新技術で市場の期待に応えるために、強力な専門知識を証明しなければならないだろう。
航続距離の向上は、常にバッテリー開発の主眼のひとつである。セルレベルでのさらなる化学的開発に加え、バッテリー管理システム（BMS）はこの分野で特に可能性を秘めている。セルを綿密に監視することで、最適な負荷をかけることができ、同じ耐用年数でより多くの容量を得ることができる。これは一見簡単なことのように聞こえるかもしれないが、実際にバッテリーで測定できるパラメータはわずかであるため、現実の実装は非常に複雑であることが証明されている。正確な充電状態（SOC）や健全性（SOH）といった重要な情報は、複雑な計算モデルを用いて間接的にしか求めることができない。 これらは現在進行中の研究開発の対象であり、入念な試験で各セルタイプに適合させ、再度検証する必要がある。
BMSは、急速充電能力に関しても重要な役割を果たす。パルス充電のような革新的な充電方法は、耐用年数を犠牲にすることなく、特定の運転状態における充電時間を顕著に短縮することができる。現在の最先端は、最大150kW（アウディe-トロン）または短時間で最大180kW（ポルシェ・タイカン）である。将来的には350kWまで可能になるだろう。したがって、80％までの充電は、大型バッテリーであっても15m未満で完了する可能性がある。
このような巨大な充電容量に伴い、バッテリーの熱管理もますます重要な要素になってきています。常に高い充放電性能を実現し、バッテリーの寿命と安全性を保証するためには、電力を確実に放散させなければならない。一方、冬季には、低温での航続距離の低下を限界内に抑えるため、バッテリーを迅速かつ効果的に加熱する必要があります。インテリジェントな熱管理システムは、特に冬場のバッテリーの総合効率に極めて大きな影響を与えます。内燃機関とは対照的に、使用可能なエネルギー損失はほとんどないため、バッテリー、電気機械、パワーエレクトロニクス、乗員コンパートメントの熱システムをインテリジェントに相互接続することは理にかなっている。
専門家によると、現在の技術によるリチウムイオン電池は、まだ開発の終着点に達していないが、現在市場に出回っている電池ソリューションのエネルギー密度には限界があるという。現在のところ、230Wh/kg程度の比エネルギーが可能である。専門家は、現在の技術では最大で300Wh/kgから350Wh/kgまで増加すると予測している。さらに強力な電池のためには、セル・レベルの技術をより深く変える必要がある。現在、数多くの企業や研究機関が、この課題に高速で取り組んでいる。いくつかの有望な技術はすでに見つかっており、その多くは実験室規模で機能することが証明されている。
固体電池はその一例だ。これを使えば、500Wh/kgまで可能だ。この場合、液体ではなく固体粉末からなる別の導電体がそれを可能にする。この粉末は、現在使用されている液体電解質よりもはるかに電圧安定性が高い。この技術革新は新たな可能性を開くものだ。新しい電極材料の使用が可能になり、セル電圧はこれまで可能だった3.6～3.8Vから最大5Vまで引き上げられる。最終的な成果は、より高いエネルギー密度の生成である。この技術についてはテストが実施され、有望な結果が得られているが、経済的な連続生産が大きな課題となっている。
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その結果、バッテリーはわずか12分で80％まで充電できるようになった。この強力な高エネルギー・バッテリーの容量は86.5kWhで、航続距離は500kmを超える。一定の放電出力は430kW（短時間では690kWまで）で、高級車クラスであっても電気モーターの駆動力にほとんど限界はない。さらに、研究プロジェクトの範囲内で、わずか5分で容量の80％まで、8分で100％まで充電できるバッテリーの製造が可能であることが証明された。
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