新能源汽车市场动态与技术发展趋势

【日】 黒川陽弘 井本伸 矢野勝 松岡亨卓

1 混合动力汽车

1.1 概述

受大气污染及温室效应等环境问题的影响，世界各国对于改善汽车燃油耗及废气排放的需求变得更加强烈。汽车制造商为改善燃油耗而采用的1项对策是将内燃机与电机实现有机结合，从而开发出全新的混合动力汽车(HEV)。近年来，通过外接电源对车载蓄电池进行充电的插电式混合动力汽车(PHEV)的保有量也有所增加。

1.2 日本国内HEV与PHEV的普及情况

如图1所示，日本国内的HEV及PHEV的保有量正在逐年增加。与2016年相比，2017年不含轻型汽车在内的HEV乘用车的保有量增加了近93万辆，总量达到了740万辆，约占2017年日本国内乘用车总量的19%。2011年后，PHEV乘用车的保有量也随之增加。至2017年，PHEV乘用车的总保有量约为10万辆。2016年后，HEV轻型汽车的保有量也有所增加。至2017年，HEV轻型汽车的总保有量约为77万辆。

图1 日本国内HEV及PHEV保有量的变化情况

1.3 在日本国内销售的新能源汽车

表1示出了2018年在日本国内销售的HEV及PHEV的主要技术参数。

2018年3月，日产公司发布了SERENA e-POWER车型，该车型采用e-POWER混合动力系统，可通过发动机发电，并以电机驱动整车行驶。

2018年4月，BMW公司向日本市场推出了i8车型。就i8车型的混合动力系统而言，其电机功率达到105 kW，相比传统HEV增加了9 kW；其蓄电池容量达到33 A·h，相比传统HEV增加了13 A·h。在日本机动车燃油排放标准(JC08)工况下，该车型以纯电动模式行驶时的续航里程为54.8 km，以混合动力模式行驶时的综合燃油耗为15.9 km/L。

2018年6月，丰田公司销售了CENTURY车型、CROWN车型及COROLLA SPORT车型。CENTURY车型的混合动力系统由V型8缸 5.0 L发动机与电机组成。CROWN车型的混合动力系统具有2种模式，分别为带减速机构的丰田混合动力系统II(THS II)与串联布置变速机构的多级混合动力系统。CROLLA SPORT车型的混合动力系统也采用了配备减速机构的THS II。同月，Mercedes-Benz公司在日本

表1 2018年在日本国内销售的HEV及PHEV

*在日本机动车燃油排放标准(JC08)工况下。

国内销售了CLS 450 4MATIC SPORT车型。该车型的混合动力系统在发动机与变速箱之间布置了集成起动/发电一体化电机(ISG)，并与48 V锂离子电池实现了有机结合。

2018年7月，日产公司销售了通过电机辅助驱动的NOTE e-POWER车型。该车型所采用的混合动力系统与传统HEV相比，增加了专门用于驱动后轮的电机(图2)。

图2 日产公司NOTE e-POWER车型的驱动系统

2018年7月，斯巴鲁公司销售了FORESTER Advance车型，本田公司则销售了CLARITY PHEV车型，Mercedes-Benz公司也在日本国内销售了C 200 AVANTGARDE车型。FORESTER Advance车型采用了e-BOXER并联混合动力系统。e-BOXER动力系统的技术特点是在水平对置发动机与线性齿带及变速器之间布置了电机，可将发动机与电机2种设备作为动力来源。CLARITY PHEV车型采用SPORT HYBRID i-MMD Plugin混合动力系统，该系统由采用阿特金森循环的直列4缸1.5 L发动机与2个电机组成。在JC08工况下，CLARITY PHEV车型在纯电动模式下的续航里程为114.6 km，而在混合动力模式下的综合燃油耗为28.0 km/L。C 200 AVANTGARDE车型采用的混合动力系统通过皮带传动系统与曲轴连接，并采用了皮带传动式起动/发电一体化电机(BSG)，同时配装了48 V锂离子电池，由此可实现辅助动力输出。该混合动力系统的最高功率为10 kW，最大扭矩为160 N·m。此外，在驾驶员进行换档时，可由电机提供辅助动力，减少换档所需时间，实现顺畅的换档过程。

2018年8月，三菱汽车公司销售了OUTLANDER PHEV车型。该车型与传统PHEV车型相比，将发动机排量由2.0 L增至2.4 L，由此可使发动机实现在低速工况区的高效发电过程。通过上述技术改进，可使发电机最高功率提高10%，蓄电池容量提高15%，蓄电池功率提高10%，后置电机功率增加10 kW。在JC08工况下，OUTLANDER PHEV 车型在纯电动模式下的续航里程为65.0 km，在混合动力模式下的综合燃油耗为18.6 km/L。

2018年9月，Audi公司在日本国内销售了A7 Sportback车型。该车型的混合动力系统由48 V锂离子电池与BSG组成。在驾驶员进行制动时，该车型的混合动力系统可回收约12 kW的制动功率。2018年9月，VOLVO公司在日本国内销售了V60车型。该车型可通过发动机与前置电机共同驱动前轮，而仅用后置电机驱动后轮。同时，驾驶员能根据行驶状况而选择采用混合动力模式或纯电动模式。

2018年10月，Audi公司向日本国内推出了A8车型，该车型采用与A7 Sportback车型相同的混合动力系统。2018年10月，斯巴鲁公司销售了XV Advance车型，LEXUS公司销售了ES300h车型。XV Advance车型采用了与FORESTER Advance车型相同的e-BOXER混合动力系统。ES300h车型则采用了THS II混合动力系统。

2018年11月，本田公司销售了CR-V车型。该车型采用了SPORT HYBRID i-MMD混合动力系统，并实现了四轮驱动。2018年11月，LEXUS公司销售了UX250h车型。该车型采用THS II混合动力系统，可在前轮驱动与四轮驱动2种模式之间进行切换。

2018年12月，Mercedes-Benz公司在日本国内销售了S 560e long车型。该车型与传统车型相比，蓄电池容量增加了55%。在JC08工况下，该车型在纯电动模式下的续航里程为40.1 km，混合动力模式下的综合燃油耗为11.4 km/L。此外，2018年12月，本田公司销售了INSIGHT车型，铃木公司则销售了Specia GEAR车型。INSIGHT车型采用了SPORT HYBRID i-MMD混合动力系统。Specia GEAR车型的混合动力系统配装了ISG，减速时可回收制动能量，加速时可为发动机提供辅助动力。

2 纯电动汽车

2.1 概况

纯电动汽车(BEV)可通过外接电源为车载蓄电池充电，并利用蓄电池储存的电能驱动车辆。BEV在行驶时不会产生废气排放，并具有较好的环保性能，从而备受研究人员和汽车制造商的关注。在2009年，三菱汽车公司正式销售了配装大容量锂离子电池(LIB)的量产BEV车型 i-MiEV。至2018年12月底，日本国内汽车市场上已有8款BEV车型在进行销售(表2)。2017年，日本国内的BEV保有量已超过10万辆，比2016年底增加了15%。目前，日本政府如需推广BEV，应重点解决如下问题：续航里程短、充电时间长、充电桩数量少、整车成本高。研究人员正在开展相关研发工作以增大BEV车载蓄电池的容量，并提高其功率密度。不仅如此，研究人员同时也在不断提高BEV车载蓄电池、电机及逆变器的效率，以降低行驶过程中的电能消耗。针对充电时间较长的问题，研究人员正在不断提高快速充电桩的输出功率，以逐步缩短充电时间。针对充电桩数量较少的问题，日本政府制定了相关政策，通过发放补助金以支持充电桩建设。针对整车成本较高的问题，日本政府则通过发放补助金并进一步推行BEV的量产化，从而持续降低其成本。

*1全球统一轻型车试验循环(WLTC)工况；*2新欧洲行驶循环(NEDC)工况；*3升级版车型，根据参数不同存在差异。

2.2 BEV普及状况及相关工作

图3示出了日本国内BEV保有量的变化情况。截至2008年，BEV保有量呈减少趋势。但从2009年起，三菱汽车公司开始销售i-MiEV车型。2010年，日产公司在销售LEAF车型后，BEV保有量逐渐呈现增长趋势。截至2017年底，日本国内的BEV保有量已达103 569辆。不过，BEV的保有量只占日本国内汽车总保有量的0.1%，尚未得以完全普及。在2018年初，日本国内并未销售新型BEV乘用车。在2018年4月，三菱汽车公司销售了经技术改良的i-MiEV车型。

图3 日本国内BEV保有量的变化情况(统计数据截至各年年底)

2.3 日本政府为普及、推广BEV而开展的工作

2018年4月，日本经济产业省设立了“新时代汽车战略委员会”，并提出了如下目标：到2050年，日本国内的汽车将全面实现电动化，使汽车行驶过程中的温室气体排放量降为零，从而满足油井-车轮(WtW)的零排放要求。

2018年6月，日本政府内阁会议制定了“未来投资战略2018”文件，其中1项内容是公布了于2017年提出的车企关键业绩评价指标(KPI)及其进展情况。该文件设定的KPI目标总体如下：到2030年，日本国内新型乘用车总销量中新能源汽车所占比例应达到50%～70%。而在2017年的新型乘用车总销量中，新能源汽车所占比例为36.7%。2018年6月，日本政府在东京都的公共住宅区开始逐步布设充电桩和光伏发电装置，并提供了一系列费用补助。日本经济产业省为促进新能源汽车的发展，并推动充电桩的布设进程，实行了费用补贴制度。日本国土交通省根据日本国内交通情况与补贴制度，大力引进新能源汽车，并以此替代传统燃油车。通过上述政策与规定，可有效支持BEV等新能源车型的推广。

2.4 BEV研究开发动向

在通过优化设计以延长BEV续航里程的同时，研究人员针对BEV的实用性也开展了一系列试验。

2.4.1 BEV的开发进展

2018年3月，三菱扶桑卡客车公司发布了世界首款量产轻型电动货车eCanter，同时公布了该车型的技术参数，并于2019年春在日本川崎市开展了相关试验。

2018年4月，UD卡车公司公布了全新的驾驶员用行车路线图，并提出了战略目标。到2030年，UD卡车公司将完全实现自动驾驶汽车及大型纯电动货车的量产化。

2018年6月，本田技研工业公司与GM公司发布了1份合作声明。为了使2家公司的BEV车型加速投放市场，研究人员针对车载蓄电池及模块组件的研发进程进行了合作。相比传统蓄电池，该新款蓄电池具有更高的能量密度，更紧凑的尺寸及更短的充电时间。

2018年9月，日野公司与TRATON AG公司联合发布了基于BEV及电驱动技术的合作计划，从而实现了二者在该领域的技术共享，力求缩短新车型与新技术的商品化进程。

2.4.2 BEV的试验进展

2018年1月，丰田公司与日本中部电力公司宣布了项目合作计划。在该计划中，研究人员利用BEV的废旧蓄电池以构建大容量蓄电池系统，并开展了相关试验。

2018年5月，日产公司、三菱汽车公司、日本九州电力公司、日本电力中央研究所及三菱电机公司对汽车到电网(V2G)技术开展了相关试验。在该试验中，除了验证BEV的充电过程之外，研究人员还通过BEV车载蓄电池向电力系统放电，以验证BEV用于电力系统供需调节的技术可能性。

2018年6月，三菱汽车公司与东京电力公司在内的6家企业共同宣称，会将BEV用作虚拟发电站，以此验证V2G技术。该项工作旨在兼顾可再生能源与电力系统的稳定性，并推动V2G技术模型的建立。

2018年10月，日产公司、日本东北电力公司、日本三井物产公司，以及三菱地所公司联合发布了构建V2G模式的研究项目，验证了BEV用作电力系统供需平衡调节因素的可能性，从而促进了BEV的推广。

2.5 充电基础设施

2.5.1 设置状况

图4 截至2017年世界各国的普通充电桩与快速充电桩的保有量比例分布

截至2017年，在世界范围内布设的普通充电桩、快速充电桩的总保有量达到了43万台，相比2016年约增加了11万台。图4表示世界各国的普通充电桩与快速充电桩的保有量在世界总保有量中所占的比例。在世界各国中，普通充电桩保有量占比最高的国家是中国，其后分别为美国、日本与德国。而快速充电桩保有量占比最高的国家同样是中国，其后分别为日本、美国、英国和德国。表3归纳了2016年与2017年世界各国所布设的普通充电桩与快速充电桩的保有量之比。由表3可知，中国、德国、法国的比值在逐渐增大。上述国家在2017年加快了针对普通充电桩的布设进程。而美国、英国、挪威等国的比值有所减小，显示出这些国家正在加快针对快速充电桩的布设进程。

表3 世界各国的普通充电桩与快速充电桩的保有量之比

图5示出了日本国内普通充电桩与快速充电桩的保有量。由图5可知，日本国内普通充电桩的保有量在2012年后得以显著增加。2017年日本国内普通充电桩的保有量超过了27 000台，相比2016年增加了10%。2017年日本国内快速充电桩的保有量超过了7 300台，相比2016年增加了2%。

图5 截至2017年日本国内普通充电桩与快速充电桩的保有量

2.5.2 提高快速充电桩的输出功率

为提高快速充电桩的输出功率，研究人员正在积极开展相关研发工作，在日本电动汽车快速充电器协会(CHAdeMO)于2018年6月发行的说明书中，快速充电桩的最大输出功率设定为400 kW。至2018年11月，CHAdeMO与中国方面已达成技术领域的共识，并合作制定了最大输出功率为900 kW的快速充电标准。此外，在该说明书中，研究人员也针对液冷电缆的标准开展了相关研究，用以提高充电桩的输出功率和最大电流等参数。研究人员认为液冷电缆的冷却功能与温度控制将成为该领域的核心技术。

2.5.3 无线充电系统

美国汽车工程师学会(SAE)、国际标准化组织(ISO)、国际电工技术委员会(IEC)针对无线充电系统标准化开展了会议讨论。该会议中的部分技术及法规问题仍有待进一步完善。因此，研究人员须对不同系统的充电互换性及标准开展深入研究工作，并开展相关试验。2018年10月，研究人员在日本大阪城公园及周边地区开展了针对无线充电系统的试验工作，从而加速推进了无线充电技术的实用化。

2.5.4 车载光伏发电系统

车载光伏发电系统是1种全新的充电方法。2017年，丰田公司销售了1款新型PHEV，该PHEV可利用安装在车顶上的光伏发电系统以实现充电。

日本国内有关部门已开展了针对车载光伏发电系统的调查及研究工作。在日本国内，由日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)研究了车载光伏发电系统的运作模式，并评价了其对降低尾气排放的效果。根据相关议案，NEDO也制定了开展国际性调查及研究的纲要。在国际能源署(IEA)下属的光伏发电系统项目研究小组(PVPS)的指导下，研究人员针对太阳能汽车降低CO2排放的效果、用户的使用便捷性、光伏发电系统的技术规范等方面进行了深入调查研究。

3 燃料电池汽车

3.1 发展概要

由日本经济产业省于2019年3月12日修订的“氢·燃料电池战略路线图”中，提出了未来的发展目标：至2020年，日本国内的FCV保有量将达到4万辆；至2025年，日本国内的燃料电池汽车(FCV)保有量将达到20万辆；至2030年，日本国内的FCV保有量将达到80万辆。日本经济产业省针对基础设施的建设目标如下：至2020年，将在日本国内建成约160处加氢站；至2025年，将在日本国内建成约320处加氢站；至2030年，将在日本国内建成约900处加氢站。

3.2 研发动向

下文介绍了近年来由部分世界知名车企推出的新型FCV及相关参数。目前，几乎所有的FCV制造厂商都先从小型FCV开始研发，并将相关技术逐步应用至大型FCV。

3.2.1 丰田公司

丰田公司的战略目标是在2020年以后，每年在世界市场上销售约3万辆以上的FCV。为此，丰田公司逐步扩大了公司生产设备的规模，并建设了全新的厂房和专用生产线。为了进一步开展研究，丰田公司与JR东日本铁路公司开展了业务合作。JR东日本铁路公司将FCV领域的先进技术应用于铁道车辆，并开展相关研究及试验，从而进一步完善氢能源供应链。

在欧洲市场方面，丰田公司向葡萄牙CaetanoBus公司提供了燃料电池领域的先进技术。2019年秋季，CaetanoBus公司的研究人员针对该公司旗下的燃料电池客车开展了道路试验。

3.2.2 Mercedes-Benz公司

Mercedes-Benz公司于2018年末开始销售GLC FCELL EQ Power FCV车型。同时，Mercedes-Benz公司于2019年初，将公司旗下全资子公司NuCellSys更名为“Mercedes-Benz Fuel Cell GmbH”。此次更名的目的是为了表明燃料电池技术是Mercedes-Benz公司发展战略中的重要一环。

3.2.3 现代公司

在2018年1月举办的国际消费类电子产品展览会(CES)上，现代公司发布了新款FCV车型NEXO。据悉，2018年6月现代公司与Audi公司签订了专利权共享合同，并协同开展针对FCV的研发工作。另外，现代公司从2019年开始，将向瑞士销售约1 000辆燃料电池货车。

3.2.4 GM公司

美国GM公司在FC EXPO 2019专门技术研讨会上提出了技术申请，通过与本田公司合作并设立合资企业，共享开发成果，同时加快FCV技术的开发进度。