電気自動車、ノートパソコン、スマートフォン、コードレス掃除機、ロボット犬（何それ？）。これらすべてに共通しているのは、リチウムイオン電池によって動いていること。そして、そのエネルギーを蓄える能力は時間とともに減少していきます。大規模な電力貯蔵も、あなたのロボット犬と同じ物理法則に従います――バッテリーは環境（例：温度）、時間、使用状況（例：運転サイクル、放電深度など）など、さまざまな要因によって劣化します。資産オーナーにとって、バッテリー劣化の管理は資産管理そのものです。本記事では、その重要なポイントを解説します。

注：これは非常に研究が盛んな分野であり、他の未成熟な技術と同様、世界中でまだ解明が進んでいる最中です…

バッテリー劣化とは？

リチウムイオンセルは、正極と負極間のイオン移動によって動作します。この考え方自体は最初のバッテリー（100年以上前）から変わっていませんが、理論上はこの仕組みが永遠に機能するはずです。しかし、現実はそう簡単ではありません。実際には、バッテリーセルの構成部品（電極、電解液、集電体、添加剤など）は、動作中に物理的・化学的な変化を起こし、蓄えられるエネルギー（容量）や最大出力が低下します。

このような物理的変化は性能を低下させ、セルの使い方によって進行速度が速くなったり遅くなったりします。

簡単に言えば、バッテリーを「激しく」使うほど、性能の低下も早まります。

指標、指標、指標

サイクル数 - 「サイクル数」とは、バッテリーのフル充電・放電回数を数えるためによく使われる指標です。この数値は累積的に計算されます。例えば、一度に100%充電しなくても、小さな充電を積み重ねて合計100%になれば1サイクルとカウントされます。サイクル数を語る際は、どこで測定しているかに注意が必要です。セル単体（パワーコンバータのDC側）で数える人もいれば、別の場所（AC側、計測されたグリッド接続など）で数える人もいます。こうした違いによって、システム全体の損失を含めるかどうかが変わり、指標そのものが大きく異なることがあります。

充電状態（SoC） - セルに蓄えられている電荷の割合を示し、通常は%（0%=空、100%=満充電）で表示されます。一部のリチウムイオンセルでは、特定の範囲内で運用することで寿命を延ばせることがあります。例えば、20%〜80%のSoC範囲で運用するなどです。

放電深度（DoD） - 時にSoCの代わりに使われる指標で、バッテリーから取り出された電荷の割合を示します（DoD = 100% - SoC）。

健全性（SoH） - セルの状態を理想的な状態と比較した指標で、通常%で表示されます。この指標はエネルギー容量と合わせて、劣化の目安として使われます。運用開始初日にはSoHはほぼ100%に近いはずです。ある程度運用した資産ではSoCが100%未満になります。

温度（T） - 温度はセルの性能や劣化に大きな影響を与えます。セルは急速に高温になることがあるため、冷却システムが重要な役割を果たします。また、最適な性能を保つためには最低温度（通常10〜20度C）を下回らないようにすることも大切です。

バッテリー劣化に関するデータは？

まずは学術研究から：

（実用的な）バッテリー劣化データは限られています。確かに、セル劣化に関する学術研究から多くのテストデータが得られていますが、これらは主に単一または少数セルを対象としたもので、用途も異なります（電気自動車、航空、家電など）。大規模電力貯蔵とはセル構成や温度、負荷プロファイルなどの特性が異なります。また、研究室でのテストには時間・コスト・スペースの制約があるため、研究者はシミュレーションや仮定を用いることが一般的です。

10年間の劣化をテストするには、実際に10年かかります。10年かけて博士論文を書きたい人は…いませんよね。

シミュレーションや外挿、サイクルの高速化（例えば10年分のサイクルを1年で実施）もよく行われます。コスト面でも課題があり、40フィートのコンテナいっぱいのセルを購入して劣化させるのは非常に高額なので、研究はより小規模なテスト装置で行われるのが一般的です。これは合理的ですが、実際の運用での追加的なダイナミクス――コンテナ内の熱負荷や冷却、季節ごとの温度変化、停電など――を捉えきれません。ここで、シェフィールド大学主導のCREESA（電気エネルギー貯蔵応用研究センター）に敬意を表します。彼らは研究専用に5MWのエネルギー貯蔵システムを導入・運用しています。ただし、CREESAのデータは他の英国資産には適用できません。なぜなら、リチウムチタネートセルという非常に優れたが高価なセル化学を用いており、他では導入されていないからです。まとめると、セル劣化の学術研究は素晴らしい進展がある一方で、現実の大規模電力貯蔵との間にはギャップが残っています。実用規模の資産劣化に関する適用可能なデータは依然として入手困難です。

運用中の資産から学べることは？

英国のエネルギー貯蔵市場は成熟が進み、過去5年間で約60件・合計1GWの大規模エネルギー貯蔵が設置され、実運用データが蓄積されています。しかし、資産オーナーやメーカーはこのデータを非公開とする傾向があります。英国の運用資産の多くは1〜4年の稼働歴で、主に周波数応答サービス（FFRなど）で使われています。

セル保証契約に基づく話では、英国の運用資産の多くは有効容量を90〜95%維持している（すなわち5〜10%のバッテリー劣化）と考えられます。ただし、これは保証値であり、実測値ではありません。

メーカーはバッテリー劣化をどう説明しているか？

全体として、メーカーは保守的なアプローチを取り、リチウムイオンセルの寿命をフル充放電サイクル数で規定する傾向がありますが、これは実運用を単純化したものです。業界の経験則としては、1日1.5〜2サイクル（1時間システムの場合）で運用する場合、10年後に75〜85%のエネルギー容量が維持されると期待されています。ただし、これは仕様や負荷プロファイル、使用状況など多くの前提条件に依存します。

バッテリー劣化の測定

資産のライフサイクルを通じて、バッテリー劣化を測定することは「情報に基づいた運用者」となるために重要です。特に、バッテリー劣化がセル保証契約の一部となっている場合はなおさらです。現在では最長15年の延長保証も登場しており、定期的な測定が不可欠です。場合によっては、バッテリー劣化試験がOEMによる機器交換や補償（£££）の判断材料となるため、試験方法は事前に合意し、契約に明記する必要があります。

バッテリー劣化を最も包括的に測定する方法は、エネルギー容量テストを実施することです。システムを100% SoCまで充電し、定格出力で0% SoCまで連続放電します（例：100%〜0% SoCを1時間で放電）。このテストは非常に「激しい」ため、性能評価として優れていますが、補助サービス（冷却など）も同時に試されます。ただし、このテスト自体がバッテリー劣化を招くこともあります（車検後に走行距離が1000km増えているようなもの）。テストの負担を減らすため、一部のOEMは50%未満の出力で実施する、またはSoC範囲を制限する（例：80%〜20% SoCで放電し外挿する）ことを推奨しています。結論はまだ出ていません。