JARI Research Journal 20141201 【解説】電動車両用電池・充電に関する国際標準化の進捗 International Standardization for Electric Vehicle Battery and Charging 高橋雅子*1 Masako TAKAHASHI 1. はじめに日本自動車研究所 (JARI) における電動車両 (EV）1用電池および充電に関連する国際標準化活動については，本ジャーナルで何度か概要を紹介してきた 1), 2)．今回は，2014 年の主な進捗について，日本提案を中心に簡単に紹介する．ここで言う日本提案とは，JARI の電池標準化 WG 及び電池充電標準化 WG において国際規格案を作成し， IEC （ International Electrotechnical Commission)において議長国として国際審議を主導してきた国際規格案を言う． 2. EV 用電池関連規格の進捗 2. 1 全般 EV 用のリチウムイオン電池（LIB）については，セルの試験法に関する IEC62660 シリーズとパック・システムの試験法に関する ISO12405 シリーズなどの整備が 2007 年から進められてきた．この内 IEC62660 シリーズは，日本が議長国を務める IEC/TC21/JWG69Li2が審議を担当している．同 JWG は 2007 年に新設され，これまでに，JARI 電池標準化 WG で作成した規格原案に基づき IEC 62660-1（EV 用 LIB セル性能試験法），IEC 62660-2（EV 用 LIB セル信頼性・誤用試験法）， IEC/ISO PAS 16898（EV 用 LIB セル寸法表記法）を発行している．2013 年には，これらに加えて EV 用 LIB セルの安全性試験と合否基準を規定する IEC 62660-3 を同じく日本から提案し，現在審議中である．IEC 62660-3 については，次の項で電気自動車（Battery Electric Vehicle; BEV)，ハイブリッド自動車（Hybrid Electric Vehicle; HEV)，プラグイン・ハイブリッド自動車(Plug-in Hybrid Vehicle; PHEV)などを含む. 1 2 自動車用リチウム電池を担当する審議体で IEC/TC21,IEC/TC21/SC21A,IEC/TC69 のジョイントワーキンググループ.議長は,JARI 電池標準化 WG 主査の飯山明裕氏（日産自動車）. ＊1 一般財団法人日本自動車研究所概要を紹介する． 2. 2 リチウムイオン電池の安全要件近年，民生用リチウム電池の発火事故を受け，安全性確保のための試験法と合否基準の規格化・基準化への取り組みが国内外で始まった．日本においては，民生用小形二次電池の安全要求事項に関する JIS C 8712 制定に続き，定置用大形リチウム電池についても 2012 年に JIS C 8715-2（産業用リチウム二次電池の単電池及び電池システム－第 2 部：安全性要求事項）によって安全性試験が規定された．さらにこの JIS C 8715-2 に基づき，電池工業会から国際提案された IEC 62619（産業用リチウム電池の安全要件）の審議が 2012 年から開始している．なお，小形二次電池の安全要件は，2012 年に第 2 版が発行した IEC 62133（ポータブル二次電池安全要件）に規定されており，IEC 62619 でも内部短絡試験などを引用している．自動車用電池についても，2010 年後半に LIB パック・システムの安全要件を規定する ISO 12405-3 の審議が開始し，同時期に検討された国連基準 ECE R100-02（自動車用電池等 REESS3 の安全要件）との整合などが議論された．ISO 12405-3 は 2014 年 5 月に初版が発行した．また， 2013 年 1 月のボーイング 787 のリチウムイオン電池発火事故により，リチウムイオン電池の安全性確保に関する国際的関心は一層高まり，国連の Electrical Vehicle Safety - Global Technical Regulation (EVS-GTR)の電池パック試験基準の審議も始まっている．このような中，パック・システムのみではなく，セルの安全要件についても国際標準化が必要であるとの認識が高まった．自動車用電池について 3 REESS: Rechargeable Energy Storage System FC･EV研究部－ 1 － JARI Research Journal (2014.12) は，各自動車メーカーのシステム設計に最終的な安全性の確保が委ねられているものの，電池パックやシステムの設計は，セルレベルでの基本的安全性を前提としている．通常，自動車用セル・モジュールは，パック，システムとは異なるメーカーが製造しているため，セルレベルでの安全要件の標準化は重要性が高い．このため，JARI 電池標準化 WG は，2013 年 2 月に IEC 62660-3（EV 用 LIB セル安全要件）を新規提案し，日本案に基づく安全性試験と合否基準の標準化に取り組む事とした．IEC 62660-3 では，EV 用リチウムイオン電池セルの基本的な安全性を確保するための試験方法と合否基準を規定している．試験項目と試験方法は，基本的には IEC 62660-2（信頼性・誤用試験）を引用しているが，新たに，内部短絡試験を追加するとともに，一部の試験条件を安全性試験に適した内容に変更している．また，セルの安全使用のための適用範囲に関する附属書などを追記している（表１）．この規格案は 2014 年度内に CDV（投票用委員会原案）への移行を目指している． IEC 62660-3 の審議において特に懸案となっているのが内部短絡試験法である．日本は，セル製造時の異物混入に起因する内部短絡に対する安全性試験として，IEC 62133， IEC 62619，JIS C 8715-2 と同様の，ニッケル小片を挿入し加圧する試験法（いわゆる，強制内部短絡試験）を提案している．セルの内部短絡の原因は，異物混入，銅やリチウムの樹枝状結晶，不適切な使用環境など様々であるが，異物混入以外の原因に起因する内部短絡は振動・衝撃・圧壊・過充電・過放電試験によって安全性を確認する事ができるとされている．このため，日本は IEC 62660-3 で規定する内部短絡試験の目的は，製造時の異物混入に対する安全性確認に絞るべきであり，そのための試験方法としては，強制内部短絡試験が最も適切であると主張している．これに対して，ドイツ，フランス，米国からは，強制内部短絡試験に代わる内部短絡試験法として，先端が丸い釘（ブラントロッド）で加圧する圧入誘導内部短絡試験や，セラミック釘による釘刺し試験などが提案されている．これらの試験法は，最近検証が始まったところであり，異物混入による内部短絡の模擬試験としての妥当性や再現性，試験データの不足などに課題表 1 IEC/CD 62660-3 の主な規定項目（審議中）試験項目内容振動試験方法合否基準 IEC 62660-2準拠漏液なし・安全弁から液,蒸気漏れなし・破裂なし・発火なし・爆発なし機械的衝撃試験方法合否基準 IEC 62660-2準拠漏液なし・安全弁から液,蒸気漏れなし・破裂なし・発火なし・爆発なし圧壊試験方法合否基準 IEC 62660-2準拠但し,圧壊速度6mm/秒以下発火なし・爆発なし耐熱試験方法合否基準 IEC 62660-2準拠但し,加熱終了後6時間観察発火なし・爆発なし温度サイクル試験方法合否基準 IEC 62660-2（6.2.2.1.1)準拠漏液なし・安全弁から液,蒸気漏れなし・破裂なし・発火なし・爆発なし外部短絡試験方法 IEC 62660-2準拠合否基準発火なし・爆発なし過充電 IEC 62660-2準拠試験方法但し,試験終了条件は最高電圧の120% またはSOC 130%の何れか早い方合否基準発火なし・爆発なし強制放電試験方法合否基準 SOC 0%から1Itで放電,試験終了条件は電圧25%以下または放電30分漏液なし・安全弁から液,蒸気漏れなし・破裂なし・発火なし・爆発なし内部短絡試験方法 IEC 62619準拠（但し,一部追記条件を検討中）または,一定条件を満たした代替試験法（検討中）合否基準発火なし・爆発なしがある一方，試験法として比較的実施が容易である点などに特徴がある．自動車用セルは，個別のパック・システム設計の違いに対応して最適化されている場合が多く，セル自体の設計も多様である．自動車用の大形 LIB の安全性試験は各国ともに経験が浅く，多様なセルの基本的な安全性の評価を行うために，ど－ 2 － JARI Research Journal (2014.12) の様な標準試験法を規定すべきかは難しい課題である．当然の事であるが，既存の製品が不当に不安全のレッテルを貼られたり，逆に安全性が適切に評価できないような試験法が標準化される事の無いよう，議長国として慎重に議論を進めているところである．なお，現在審議中の産業用大型リチウムイオン電池 IEC 62619 においてはセルの強制内部短絡試験またはシステムの熱連鎖試験の選択式規定となっている． IEC 62660-3 でも，これと同様にセルの内部短絡試験の代替試験としてパック等の熱連鎖試験を認めるかどうかについては，現在意見が分かれており，検討が続けられている．自動車用 LIB パック・システムの熱連鎖試験法については，日本を含め各国で検証段階である事から，上述の ISO 12405-3（EV 用 LIB パック・システム安全要件）の初版では議論は行われず，試験項目には含まれていない（表 2）．しかし，内部短絡に起因する類焼の防止は，パックの安全要件としての重要性が高く，セルの内部短絡試験とともに早急な標準化が求められている．このため，日本の要請に基づき，2014 年 11 月から ISO 12405-3 第 2 版の審議が開始し，新たに熱連鎖試験が検討される事となった． IEC 62619 及び JIS C 8715-2 においては，セルの内部短絡試験またはシステムの類焼試験の何れかを熱暴走試験として実施するよう規定しているが，類焼試験における熱暴走の発生方法については，例として，抵抗加熱器，熱伝導ヒーターなどでモジュール内の一つのセルを加熱する方法を示すに留めてある．ISO 12405-3 の第 2 版においては，IEC 62619 を参考に自動車用電池システムの熱連鎖試験法が検討される予定であるが，自動車用や産業用のような大型のリチウムイオン電池の熱連鎖試験については，公開された試験データが少ない事から，JARI における試験結果などに基づき，より具体的な標準試験を提案していく予定である．なお，ISO 12405-3 は ISO 12405-1（高出力用 LIB パック・システム試験法：2011 年初版発行) 及び ISO 12405-2（高エネルギー用 LIB パック・システム試験法：2012 年初版発行）の試験法を多く引用している事もあり，これら三つのパートについて今年同時に改定審議が開始した．表2 ISO 12405-3(初版)の主な規定項目試験項目内容振動試験方法パート1・2参照,または顧客指定の方法安全要件液漏れ・破裂・発火・爆発なし機械的衝撃試験方法パート1・2参照,または顧客指定の方法安全要件液漏れ・破裂・発火・爆発なし結露試験方法パート1・2参照安全要件液漏れ・破裂・発火・爆発なし熱サイクル試験方法安全要件パート1・2参照　但し,試験温度・時間変更可液漏れ・破裂・発火・爆発なし車両衝突時の内部負荷試験方法新規規定(実質的にECE R100-2と整合) 液漏れ・破裂・発火・爆発なし（車両試安全要件験の場合は各国規則に従う）車両衝突時の接触力試験方法安全要件新規規定(実質的にECE R100-2と整合) 液漏れ・破裂・発火・爆発なし（車両試験の場合は発火・爆発なし）浸水試験方法短絡試験により確認安全要件－火炎暴露試験方法新規規定(実質的にECE R100-2と整合) 安全要件爆発なし短絡試験方法安全要件パート 1・ 2参照但し, 抵抗値, 試験温度変更可液漏れ・破裂・発火・爆発なし過充電保護試験方法パート1・2参照　但し,試験温度変更可安全要件液漏れ・破裂・発火・爆発なし過放電保護試験方法パート1・2参照　但し,試験温度変更可安全要件液漏れ・破裂・発火・爆発なし熱制御/冷却ロス試験方法新規規定(実質的にECE R100-2と整合) 安全要件液漏れ・破裂・発火・爆発なし 2. 3 ニッケル水素電池の安全要件 EV の駆動用電池は，現在リチウムイオン電池が主流となってきているが，ハイブリッド自動車については，現在でもニッケル水素電池を搭載する車両は多い．リチウムイオン電池に比較して出力・エネルギー密度が低い分，安全性も高いと言－ 3 － JARI Research Journal (2014.12) えるが，国連基準 ECE/R100-2 などでは，電池種に関係なく，電池パックとして単一の試験方法と安全要件が規定されている．国際規格においては，電池の特性に応じた試験方法と要件を規定するのが望ましいが，自動車用ニッケル水素電池の安全要件については現状では国際規格が存在しない．一方で，中国では自動車用ニッケル水素電池の試験方法を規定する QC/T 744-2006 が改定中であるが，試験方法と要件は関連する国際規格・基準を参照して独自に規定している．このため，IEC 62660-3 の提案に併せて，2013 年 5 月にニッケル水素電池についても JARI 電池標準化 WG から適切な試験方法と安全要件を提案し，国際的な標準試験を規定する事により，今後の各国規格・基準の調和に役立てる事とした．この新規提案は，IEC 61982-4 として，現在，日本を議長国とする IEC/TC21/JWG69Pb-Ni4において審議中である． IEC 61982-4 では，EV 用ニッケル水素電池（セル及びモジュール）の基本的な安全性を確保するための試験方法と合否基準を規定している．試験項目と試験方法は， IEC 61982， IEC 62660-3， ECE/R 100-2 など関連規定を参照した上で，ニッケル水素電池に適した試験条件を規定している．合否基準は全ての試験について発火・爆発が無い事としている． IEC 62660-3 とは異なり，内部短絡試験は規定していない．本件は 2015 年度の発行を予定している． 3. 充電関連規格の進捗 3. 1 全般 EV 充電システムに関しては， IEC/TC69（JARI が国内審議担当）を中心に，現在約 30 件の国際規格案の審議が行われている．EV 用車載蓄電池の充電方式には，コンダクティブ充電，電磁誘導や電磁界共鳴などによる非接触充電（インダクティブ充電，ワイヤレス充電），電池交換の 3 種類があり，現在それぞれの方式に関する国際規格案の審議が行われている．現状では実用化レベルとコスト面からコ 4 自動車用電池（リチウムを除く）を担当する審議体で IEC/TC21,IEC/TC21/SC21A,IEC/TC69 のジョイントワーキンググループ.議長は,JARI 電池標準化 WG 委員の西村尉辞氏（PEVE）. ンダクティブ充電が主流であり，コンダクティブ充電に関する基本的な規格群である IEC 61851 シリーズ(電気自動車のコンダクティブ充電システム)および IEC 62196 シリーズ（電気自動車のコンダクティブ充電用プラグ・コンセント・車両コネクタ・車両インレット・ケーブル；総称「充電アクセサリ」）にその関連要件が規定されている．ワイヤレス充電については IEC 61980 シリーズ，電池交換については IEC 62840 シリーズで審議中である．また，車両・グリッド間の通信インタフェースについては ISO/IEC 15118 シリーズに規定されている． 3. 2 直流(DC)充電システム電気自動車（BEV）の普及促進に重要な意味を持つ直流充電システムに関しては，実用化において各国に先行している日本が国際標準化を主導してきた．2010 年に，JARI 電池充電標準化 WG で原案を作成した 3 件の国際規格案- IEC 61851-23（DC 充電ステーション要件），IEC 61851-24（DC 充電制御デジタル通信），IEC 62196-3（DC 充電車両カプラ寸法互換性）- を提案し，日本で実用化された直流コンダクティブ充電システム（CHAdeMO）の国際標準化と，直流充電ステーションの基本的要件の統一を目指した．IEC 61851-23 及び IEC 61851-24 は，2014 年 3 月に，IEC 62196-3 は 2014 年 6 月にそれぞれ発行し，当初目的の通り，日本の直流充電システムの国際展開の基礎となる国際標準化を達成した．これらの国際規格では日本の急速充電システムを含む 3 つのシステム（システム A・B・C）の要件を規定している．システム A は日本で実用化された DC 充電システム（CHAdeMO）で，IEC 62196-3/形状 AA の車両カプラを使用する．システム B は中国で規格化された充電システム，システム C は米国とドイツで開発された充電システム CCS（combined charging system）で，直流・交流結合型の充電インタフェースを使用する．通信方式はシステム A，B は CAN 通信，システム C は PLC 通信である．また，これら 3 件の国際規格に対応する JIS も JARI が原案作成団体となって作成し，JIS D 61851-23，JIS D 61851-24，JIS D 62196-3 として，共に 2014 年 10 月に発行した．これらの JIS は基本的に対応する IEC 規格と同一の内容であ－ 4 － JARI Research Journal (2014.12) り，日本市場における技術の公平性の観点から，日本のシステムを含む 3 つのシステムを併記している．なお，欧州における対応規格（EN 規格）ではシステム A と C が規定されており，システム B は適用外となっている．直流充電に関する規格整備は上記の通り基本的に完了したが，IEC 61851-23 については，初版で保留となった事項の技術的検討を行うため，本年 11 月から，日本を議長国とする IEC/TC69/MT55において，引き続き第 2 版の審議を開始した．IEC 61851-23 では，充電ステーションの機能と安全性確保のために満たすべき要件を規定しているが，初版では各要件に対する製品の適合性を確認するための試験方法については，一部保留となっていた．当該規格には上述の通り，日本のシステムを含む 3 つの充電システムが規定されている事から，適合性試験についても各システムについて個別に検討し，共通試験とシステム別試験を規定する必要がある．日本のシステムについてはチャデモ協議会において概ね検討済みであったものの，特に独・米提案のシステム C については製品化の初期段階であったため，適合性試験については未検討であった．このため，これら試験方法は初版には規定せず，第 2 版で検討の上反映させる事となったのである．充電ステーションの基本的な性能・安全性や相互運用性を確保するための適合性試験については，早期標準化への要望が高い事から，独立した技術仕様書（TS）として，暫定的に第 2 版に先行して発行する方向で検討中である．なお，TS は最終的に第 2 版に統合され，取り下げられる予定である． IEC 61851-23 の第 2 版においては，デュアル充電器の要件も検討予定となっている．デュアル充電器とは，システム A とシステム C の双方に対応し，それぞれの車両コネクタを備えた充電器である．特に欧州では，既に各国で導入が拡大している日産リーフを始めとする日本の電気自動車と，今後導入が進むとみられるドイツ等の電気自動車の双方に対応する充電器への要望が高く，これに応える形でデュアル充電器の製品化と整備が始まっている．両システムには共通部分も多く，部品 5 IEC 61851-23 及び IEC 61851-24 の改定を担当するメンテナンスチーム.議長は Serge Roy 氏（チャデモ協議会）. 共用によるコスト面での利点もあると言われている．欧州全体では 2014 年末までに約 720 台の CCS 対応充電器の設置が計画されているが，その大半はデュアル充電器となる見込みのようである．また，デュアル充電器は通常一度に 1 台しか充電できないが，同時に 2 台充電できるタイプも検討されており，システム A，システム C の両要件とは別に，独自の機能・安全要件の検討が必要とされている．このため，IEC 61851-23 の第 2 版では，デュアル充電器の要件についても検討が行われる予定である．さらに，逆潮流，双方向充電や複数車同時充電などに対応した直流充電ステーションやポータブル式直流充電器なども，第 2 版の新たな検討項目として挙げられている．また，IEC 61851-23 の初版は IEC 61851-1 の第 2 版を引用している事から，現在審議中の IEC 61851-1 第 3 版の発行に合わせて，構成，用語などの整合も行っていく予定である．なお，直流充電インタフェースについては，IEC 62196-3 が規定する４形状（形状 AA，BB，EE， FF）に加え，保留となっている 2 形状（形状 CC， DD）がある．これらは，システム C に対応し，交流充電インタフェースであるタイプ 1，タイプ 2（IEC 62196-2 参照．タイプ 1 は日・米提案形状）を直流充電に適用するものである．直流と交流でピンが兼用される事から，安全性分析が課題となっており，両形状を技術仕様書 IEC/TS 62196-3-1 とする事を目指した米国の新規提案は， 2014 年 6 月に否決された．本件は 10 月に再提案されているが，実用化，製品化が行われていない現状では，今後の見通しは不透明である． 4. まとめ EV の普及拡大は各国共通の目標であり，国際標準の場においても，システムや充電インタフェースの部分的な違いはあるものの，各国協調して国際規格の整備に取り組み，EV 普及の基礎となる国際標準化が進捗している． JARI では，日本が先行するリチウムイオン電池や直流充電分野を中心に，国際標準化を主導するとともに，電池・充電関連規格案への日本の技術・経験の反映と課題解決により国際標準の適正化への取り組みを続けている．－ 5 － JARI Research Journal (2014.12) 2014 年には，JARI 電池充電標準化 WG において原案を作成した直流充電に関する３件の国際規格（IEC 61851-23，IEC 61851-24，IEC 62196-3）が発行した．また，これらに対応する JIS （JISD 61851-23，JISD 61851-24，JISD 62196-3）が， JARI の DC 充電システム JIS 原案作成委員会において作成され，発行した． JARI 電池標準化 WG が原案を作成した国際規格 2 件（IEC 62660-3，IEC 61982-4）については，議長国として審議を主導し，来年度の発行を目指す．なお，今回紹介した標準化活動の内，2012 年度の活動は経済産業省（三菱総合研究所受託）「新エネルギー等共通基盤整備促進事業」などの一環として実施された．御支援御協力頂いた関係各位に心より謝意を表する．参考文献 1) 高橋雅子，電動車両用電池・充電に関する国際標準化動向，JARI Research Journal 2012-02-03 (2012) 2) 高橋雅子，電動車両用電池・充電に関する国際標準化の進捗, JARI Research Journal 2013-07-05 (2013) － 6 － JARI Research Journal (2014.12)