新能源汽車市場動態與技術發展趨勢

【日】 黒川陽弘 井本伸 矢野勝 松岡亨卓

1 混合動力汽車

1.1 概述

受大氣污染及溫室效應等環境問題的影響，世界各國對于改善汽車燃油耗及廢氣排放的需求變得更加強烈。汽車制造商為改善燃油耗而采用的1項對策是將內燃機與電機實現有機結合，從而開發出全新的混合動力汽車(HEV)。近年來，通過外接電源對車載蓄電池進行充電的插電式混合動力汽車(PHEV)的保有量也有所增加。

1.2 日本國內HEV與PHEV的普及情況

如圖1所示，日本國內的HEV及PHEV的保有量正在逐年增加。與2016年相比，2017年不含輕型汽車在內的HEV乘用車的保有量增加了近93萬輛，總量達到了740萬輛，約占2017年日本國內乘用車總量的19%。2011年后，PHEV乘用車的保有量也隨之增加。至2017年，PHEV乘用車的總保有量約為10萬輛。2016年后，HEV輕型汽車的保有量也有所增加。至2017年，HEV輕型汽車的總保有量約為77萬輛。

圖1 日本國內HEV及PHEV保有量的變化情況

1.3 在日本國內銷售的新能源汽車

表1示出了2018年在日本國內銷售的HEV及PHEV的主要技術參數。

2018年3月，日產公司發布了SERENA e-POWER車型，該車型采用e-POWER混合動力系統，可通過發動機發電，并以電機驅動整車行駛。

2018年4月，BMW公司向日本市場推出了i8車型。就i8車型的混合動力系統而言，其電機功率達到105 kW，相比傳統HEV增加了9 kW；其蓄電池容量達到33 A·h，相比傳統HEV增加了13 A·h。在日本機動車燃油排放標準(JC08)工況下，該車型以純電動模式行駛時的續航里程為54.8 km，以混合動力模式行駛時的綜合燃油耗為15.9 km/L。

2018年6月，豐田公司銷售了CENTURY車型、CROWN車型及COROLLA SPORT車型。CENTURY車型的混合動力系統由V型8缸 5.0 L發動機與電機組成。CROWN車型的混合動力系統具有2種模式，分別為帶減速機構的豐田混合動力系統II(THS II)與串聯布置變速機構的多級混合動力系統。CROLLA SPORT車型的混合動力系統也采用了配備減速機構的THS II。同月，Mercedes-Benz公司在日本

表1 2018年在日本國內銷售的HEV及PHEV

*在日本機動車燃油排放標準(JC08)工況下。

國內銷售了CLS 450 4MATIC SPORT車型。該車型的混合動力系統在發動機與變速箱之間布置了集成起動/發電一體化電機(ISG)，并與48 V鋰離子電池實現了有機結合。

2018年7月，日產公司銷售了通過電機輔助驅動的NOTE e-POWER車型。該車型所采用的混合動力系統與傳統HEV相比，增加了專門用于驅動后輪的電機(圖2)。

圖2 日產公司NOTE e-POWER車型的驅動系統

2018年7月，斯巴魯公司銷售了FORESTER Advance車型，本田公司則銷售了CLARITY PHEV車型，Mercedes-Benz公司也在日本國內銷售了C 200 AVANTGARDE車型。FORESTER Advance車型采用了e-BOXER并聯混合動力系統。e-BOXER動力系統的技術特點是在水平對置發動機與線性齒帶及變速器之間布置了電機，可將發動機與電機2種設備作為動力來源。CLARITY PHEV車型采用SPORT HYBRID i-MMD Plugin混合動力系統，該系統由采用阿特金森循環的直列4缸1.5 L發動機與2個電機組成。在JC08工況下，CLARITY PHEV車型在純電動模式下的續航里程為114.6 km，而在混合動力模式下的綜合燃油耗為28.0 km/L。C 200 AVANTGARDE車型采用的混合動力系統通過皮帶傳動系統與曲軸連接，并采用了皮帶傳動式起動/發電一體化電機(BSG)，同時配裝了48 V鋰離子電池，由此可實現輔助動力輸出。該混合動力系統的最高功率為10 kW，最大扭矩為160 N·m。此外，在駕駛員進行換檔時，可由電機提供輔助動力，減少換檔所需時間，實現順暢的換檔過程。

2018年8月，三菱汽車公司銷售了OUTLANDER PHEV車型。該車型與傳統PHEV車型相比，將發動機排量由2.0 L增至2.4 L，由此可使發動機實現在低速工況區的高效發電過程。通過上述技術改進，可使發電機最高功率提高10%，蓄電池容量提高15%，蓄電池功率提高10%，后置電機功率增加10 kW。在JC08工況下，OUTLANDER PHEV 車型在純電動模式下的續航里程為65.0 km，在混合動力模式下的綜合燃油耗為18.6 km/L。

2018年9月，Audi公司在日本國內銷售了A7 Sportback車型。該車型的混合動力系統由48 V鋰離子電池與BSG組成。在駕駛員進行制動時，該車型的混合動力系統可回收約12 kW的制動功率。2018年9月，VOLVO公司在日本國內銷售了V60車型。該車型可通過發動機與前置電機共同驅動前輪，而僅用后置電機驅動后輪。同時，駕駛員能根據行駛狀況而選擇采用混合動力模式或純電動模式。

2018年10月，Audi公司向日本國內推出了A8車型，該車型采用與A7 Sportback車型相同的混合動力系統。2018年10月，斯巴魯公司銷售了XV Advance車型，LEXUS公司銷售了ES300h車型。XV Advance車型采用了與FORESTER Advance車型相同的e-BOXER混合動力系統。ES300h車型則采用了THS II混合動力系統。

2018年11月，本田公司銷售了CR-V車型。該車型采用了SPORT HYBRID i-MMD混合動力系統，并實現了四輪驅動。2018年11月，LEXUS公司銷售了UX250h車型。該車型采用THS II混合動力系統，可在前輪驅動與四輪驅動2種模式之間進行切換。

2018年12月，Mercedes-Benz公司在日本國內銷售了S 560e long車型。該車型與傳統車型相比，蓄電池容量增加了55%。在JC08工況下，該車型在純電動模式下的續航里程為40.1 km，混合動力模式下的綜合燃油耗為11.4 km/L。此外，2018年12月，本田公司銷售了INSIGHT車型，鈴木公司則銷售了Specia GEAR車型。INSIGHT車型采用了SPORT HYBRID i-MMD混合動力系統。Specia GEAR車型的混合動力系統配裝了ISG，減速時可回收制動能量，加速時可為發動機提供輔助動力。

2 純電動汽車

2.1 概況

純電動汽車(BEV)可通過外接電源為車載蓄電池充電，并利用蓄電池儲存的電能驅動車輛。BEV在行駛時不會產生廢氣排放，并具有較好的環保性能，從而備受研究人員和汽車制造商的關注。在2009年，三菱汽車公司正式銷售了配裝大容量鋰離子電池(LIB)的量產BEV車型 i-MiEV。至2018年12月底，日本國內汽車市場上已有8款BEV車型在進行銷售(表2)。2017年，日本國內的BEV保有量已超過10萬輛，比2016年底增加了15%。目前，日本政府如需推廣BEV，應重點解決如下問題：續航里程短、充電時間長、充電樁數量少、整車成本高。研究人員正在開展相關研發工作以增大BEV車載蓄電池的容量，并提高其功率密度。不僅如此，研究人員同時也在不斷提高BEV車載蓄電池、電機及逆變器的效率，以降低行駛過程中的電能消耗。針對充電時間較長的問題，研究人員正在不斷提高快速充電樁的輸出功率，以逐步縮短充電時間。針對充電樁數量較少的問題，日本政府制定了相關政策，通過發放補助金以支持充電樁建設。針對整車成本較高的問題，日本政府則通過發放補助金并進一步推行BEV的量產化，從而持續降低其成本。

*1全球統一輕型車試驗循環(WLTC)工況；*2新歐洲行駛循環(NEDC)工況；*3升級版車型，根據參數不同存在差異。

2.2 BEV普及狀況及相關工作

圖3示出了日本國內BEV保有量的變化情況。截至2008年，BEV保有量呈減少趨勢。但從2009年起，三菱汽車公司開始銷售i-MiEV車型。2010年，日產公司在銷售LEAF車型后，BEV保有量逐漸呈現增長趨勢。截至2017年底，日本國內的BEV保有量已達103 569輛。不過，BEV的保有量只占日本國內汽車總保有量的0.1%，尚未得以完全普及。在2018年初，日本國內并未銷售新型BEV乘用車。在2018年4月，三菱汽車公司銷售了經技術改良的i-MiEV車型。

圖3 日本國內BEV保有量的變化情況(統計數據截至各年年底)

2.3 日本政府為普及、推廣BEV而開展的工作

2018年4月，日本經濟產業省設立了“新時代汽車戰略委員會”，并提出了如下目標：到2050年，日本國內的汽車將全面實現電動化，使汽車行駛過程中的溫室氣體排放量降為零，從而滿足油井-車輪(WtW)的零排放要求。

2018年6月，日本政府內閣會議制定了“未來投資戰略2018”文件，其中1項內容是公布了于2017年提出的車企關鍵業績評價指標(KPI)及其進展情況。該文件設定的KPI目標總體如下：到2030年，日本國內新型乘用車總銷量中新能源汽車所占比例應達到50%～70%。而在2017年的新型乘用車總銷量中，新能源汽車所占比例為36.7%。2018年6月，日本政府在東京都的公共住宅區開始逐步布設充電樁和光伏發電裝置，并提供了一系列費用補助。日本經濟產業省為促進新能源汽車的發展，并推動充電樁的布設進程，實行了費用補貼制度。日本國土交通省根據日本國內交通情況與補貼制度，大力引進新能源汽車，并以此替代傳統燃油車。通過上述政策與規定，可有效支持BEV等新能源車型的推廣。

2.4 BEV研究開發動向

在通過優化設計以延長BEV續航里程的同時，研究人員針對BEV的實用性也開展了一系列試驗。

2.4.1 BEV的開發進展

2018年3月，三菱扶桑卡客車公司發布了世界首款量產輕型電動貨車eCanter，同時公布了該車型的技術參數，并于2019年春在日本川崎市開展了相關試驗。

2018年4月，UD卡車公司公布了全新的駕駛員用行車路線圖，并提出了戰略目標。到2030年，UD卡車公司將完全實現自動駕駛汽車及大型純電動貨車的量產化。

2018年6月，本田技研工業公司與GM公司發布了1份合作聲明。為了使2家公司的BEV車型加速投放市場，研究人員針對車載蓄電池及模塊組件的研發進程進行了合作。相比傳統蓄電池，該新款蓄電池具有更高的能量密度，更緊湊的尺寸及更短的充電時間。

2018年9月，日野公司與TRATON AG公司聯合發布了基于BEV及電驅動技術的合作計劃，從而實現了二者在該領域的技術共享，力求縮短新車型與新技術的商品化進程。

2.4.2 BEV的試驗進展

2018年1月，豐田公司與日本中部電力公司宣布了項目合作計劃。在該計劃中，研究人員利用BEV的廢舊蓄電池以構建大容量蓄電池系統，并開展了相關試驗。

2018年5月，日產公司、三菱汽車公司、日本九州電力公司、日本電力中央研究所及三菱電機公司對汽車到電網(V2G)技術開展了相關試驗。在該試驗中，除了驗證BEV的充電過程之外，研究人員還通過BEV車載蓄電池向電力系統放電，以驗證BEV用于電力系統供需調節的技術可能性。

2018年6月，三菱汽車公司與東京電力公司在內的6家企業共同宣稱，會將BEV用作虛擬發電站，以此驗證V2G技術。該項工作旨在兼顧可再生能源與電力系統的穩定性，并推動V2G技術模型的建立。

2018年10月，日產公司、日本東北電力公司、日本三井物產公司，以及三菱地所公司聯合發布了構建V2G模式的研究項目，驗證了BEV用作電力系統供需平衡調節因素的可能性，從而促進了BEV的推廣。

2.5 充電基礎設施

2.5.1 設置狀況

圖4 截至2017年世界各國的普通充電樁與快速充電樁的保有量比例分布

截至2017年，在世界范圍內布設的普通充電樁、快速充電樁的總保有量達到了43萬臺，相比2016年約增加了11萬臺。圖4表示世界各國的普通充電樁與快速充電樁的保有量在世界總保有量中所占的比例。在世界各國中，普通充電樁保有量占比最高的國家是中國，其后分別為美國、日本與德國。而快速充電樁保有量占比最高的國家同樣是中國，其后分別為日本、美國、英國和德國。表3歸納了2016年與2017年世界各國所布設的普通充電樁與快速充電樁的保有量之比。由表3可知，中國、德國、法國的比值在逐漸增大。上述國家在2017年加快了針對普通充電樁的布設進程。而美國、英國、挪威等國的比值有所減小，顯示出這些國家正在加快針對快速充電樁的布設進程。

表3 世界各國的普通充電樁與快速充電樁的保有量之比

圖5示出了日本國內普通充電樁與快速充電樁的保有量。由圖5可知，日本國內普通充電樁的保有量在2012年后得以顯著增加。2017年日本國內普通充電樁的保有量超過了27 000臺，相比2016年增加了10%。2017年日本國內快速充電樁的保有量超過了7 300臺，相比2016年增加了2%。

圖5 截至2017年日本國內普通充電樁與快速充電樁的保有量

2.5.2 提高快速充電樁的輸出功率

為提高快速充電樁的輸出功率，研究人員正在積極開展相關研發工作，在日本電動汽車快速充電器協會(CHAdeMO)于2018年6月發行的說明書中，快速充電樁的最大輸出功率設定為400 kW。至2018年11月，CHAdeMO與中國方面已達成技術領域的共識，并合作制定了最大輸出功率為900 kW的快速充電標準。此外，在該說明書中，研究人員也針對液冷電纜的標準開展了相關研究，用以提高充電樁的輸出功率和最大電流等參數。研究人員認為液冷電纜的冷卻功能與溫度控制將成為該領域的核心技術。

2.5.3 無線充電系統

美國汽車工程師學會(SAE)、國際標準化組織(ISO)、國際電工技術委員會(IEC)針對無線充電系統標準化開展了會議討論。該會議中的部分技術及法規問題仍有待進一步完善。因此，研究人員須對不同系統的充電互換性及標準開展深入研究工作，并開展相關試驗。2018年10月，研究人員在日本大阪城公園及周邊地區開展了針對無線充電系統的試驗工作，從而加速推進了無線充電技術的實用化。

2.5.4 車載光伏發電系統

車載光伏發電系統是1種全新的充電方法。2017年，豐田公司銷售了1款新型PHEV，該PHEV可利用安裝在車頂上的光伏發電系統以實現充電。

日本國內有關部門已開展了針對車載光伏發電系統的調查及研究工作。在日本國內，由日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)研究了車載光伏發電系統的運作模式，并評價了其對降低尾氣排放的效果。根據相關議案，NEDO也制定了開展國際性調查及研究的綱要。在國際能源署(IEA)下屬的光伏發電系統項目研究小組(PVPS)的指導下，研究人員針對太陽能汽車降低CO2排放的效果、用戶的使用便捷性、光伏發電系統的技術規范等方面進行了深入調查研究。

3 燃料電池汽車

3.1 發展概要

由日本經濟產業省于2019年3月12日修訂的“氫·燃料電池戰略路線圖”中，提出了未來的發展目標：至2020年，日本國內的FCV保有量將達到4萬輛；至2025年，日本國內的燃料電池汽車(FCV)保有量將達到20萬輛；至2030年，日本國內的FCV保有量將達到80萬輛。日本經濟產業省針對基礎設施的建設目標如下：至2020年，將在日本國內建成約160處加氫站；至2025年，將在日本國內建成約320處加氫站；至2030年，將在日本國內建成約900處加氫站。

3.2 研發動向

下文介紹了近年來由部分世界知名車企推出的新型FCV及相關參數。目前，幾乎所有的FCV制造廠商都先從小型FCV開始研發，并將相關技術逐步應用至大型FCV。

3.2.1 豐田公司

豐田公司的戰略目標是在2020年以后，每年在世界市場上銷售約3萬輛以上的FCV。為此，豐田公司逐步擴大了公司生產設備的規模，并建設了全新的廠房和專用生產線。為了進一步開展研究，豐田公司與JR東日本鐵路公司開展了業務合作。JR東日本鐵路公司將FCV領域的先進技術應用于鐵道車輛，并開展相關研究及試驗，從而進一步完善氫能源供應鏈。

在歐洲市場方面，豐田公司向葡萄牙CaetanoBus公司提供了燃料電池領域的先進技術。2019年秋季，CaetanoBus公司的研究人員針對該公司旗下的燃料電池客車開展了道路試驗。

3.2.2 Mercedes-Benz公司

Mercedes-Benz公司于2018年末開始銷售GLC FCELL EQ Power FCV車型。同時，Mercedes-Benz公司于2019年初，將公司旗下全資子公司NuCellSys更名為“Mercedes-Benz Fuel Cell GmbH”。此次更名的目的是為了表明燃料電池技術是Mercedes-Benz公司發展戰略中的重要一環。

3.2.3 現代公司

在2018年1月舉辦的國際消費類電子產品展覽會(CES)上，現代公司發布了新款FCV車型NEXO。據悉，2018年6月現代公司與Audi公司簽訂了專利權共享合同，并協同開展針對FCV的研發工作。另外，現代公司從2019年開始，將向瑞士銷售約1 000輛燃料電池貨車。

3.2.4 GM公司

美國GM公司在FC EXPO 2019專門技術研討會上提出了技術申請，通過與本田公司合作并設立合資企業，共享開發成果，同時加快FCV技術的開發進度。