新一代汽车的最新发展趋势和未来展望

【日】 荻野法一

0 概述

随着中国、印度等发展中国家经济水平的飞速发展，由于能源需求剧增等因素，能源安全问题（尤指能源稳定供应等）、温室效应等问题得以逐渐凸显，汽车行业制定相应解决对策已成为当务之急，目前以电动汽车（EV）为核心的新一代汽车技术得以迅猛发展。

如对EV进行分类，可将其划分为以下4种类型：由外部充电、只利用蓄电池储存的电能行驶的纯电动汽车（BEV）；配装于内燃机汽车上，同时配备有蓄电池与电机，提高了行驶效率的混合动力汽车（HEV）；提升了HEV的蓄电池容量，与BEV同样可从外部实现充电的插电式混合动力汽车（PHEV）；还有以氢为燃料的燃料电池（FC）发电实现行驶的燃料电池汽车（FCV）。

本文就新一代汽车中的BEV、FCV等车型，介绍EV的市场发展趋势，并展望了EV的发展前景。

1 能源、环境问题与新一代汽车

为了降低对石油的依赖程度并削减CO2排放量，图1示出了汽车能源的发展路线。图1将能源路线划分为“一次能源”、“汽车燃料”、“汽车动力”等3个阶段。就能源路线而言，目前以汽油、轻柴油作为燃料的内燃机汽车依然占据主流市场。

通常，作为“一次能源”的生物质能、核能、常规自然能源（如水能、太阳能、风能）可抑制CO2排放，又可降低对石油的依赖程度，在国民经济建设中具有一定的发展潜力，而用作汽车燃料时，如生物燃料、氢能、电能等则相对更具发展前景。

在采用生物燃料的前提下，车辆行驶中虽会排放CO2，而成为燃料的生物质亦会吸收大气中的CO2，因此，可使CO2的总排放量较少。关于采用生物燃料汽车的相关技术课题目前并不多，而且解决生物燃料的供给依然是一项重要的课题。

在大力发展氢能与电能的前提下，不仅可通过自然能源来制备氢能或用于发电，而且同样可利用矿物燃料来实现该目标，发电时通过复合燃烧系统（CCS）而有望削减CO2排放量，将氢能与电能作为燃料（或动力）的汽车对削减CO2排放量而言是卓有成效的。

针对汽车行业的能源及环境问题，日本经济产业省于2010年4月发布了“新一代汽车战略2010”的有关文件，揭示了关于汽车及相关企业与全社会在中、长期内满足法规要求的新战略方针。

2014年，日本经济产业省在“新一代汽车战略2010”文件的基础上，进一步归纳整理了“汽车工业战略2014”文件，该文件制定的目标是到2030年新一代汽车，即 HEV、BEV、PHEV、FCV、清洁型柴油车（CDV）在日本国内乘用车市场的新车销量中要求所占比例至少应达到50%～70%（表1）。

图1 汽车能源发展路线［1］

表1 日本国内新一代汽车的普及目标［2］（在日本国内乘用车市场上新车销量中各类车型所占比例的目标）

2017年日本国内制定的“未来投资战略2017”文件也设定了如下目标：到2030年，新一代汽车在日本国内乘用车市场的新车销量中所占比例可达50%～70%。

2 EV的开发与普及

2．1 EV发展史

20世纪70年代以后，BEV曾有过2次兴盛期。第一次兴盛期是指为满足20世纪70年代美国的排放法规，从而盛行的与BEV密切相关的一段研究时期。但随着后续针对汽油车的废气排放处理技术得以确立，对BEV的关注程度也有所降低。

20世纪90年代，美国加利福尼亚州颁布了零排放汽车（ZEV）法规。ZEV法规规定了在加利福尼亚州汽车市场的新车销量中，ZEV所占的比例要求达到至少10%。当时的ZEV即指BEV，于是由日本、美国的知名汽车制造商所引领的BEV研究浪潮又得以风靡一时，这就是BEV的第二次研发兴盛期。

在BEV的第二次研发兴盛期，还曾出现日本、美国的知名汽车生产商致力于BEV研发工作的实例，相比以往的BEV，20世纪90年代的BEV的动力性能得到了跨跃性提高。此外，就一次充电的行驶里程而言，早期的BEV即使拆除车内座椅，通常也只能行驶几十公里的路程，而后续研发的新型BEV，在确保了与汽油车相同的车内空间后，可实现续航里程超200km的优异性能。该项性能的提高得益于永磁同步电机以及镍氢电池、锂离子电池等高性能电池的应用，见表2。

这些20世纪90年代的BEV，虽然其性能相比以往的BEV有所提高，但其续航里程、充电时间、车辆成本等方面依然有进一步提升的空间。

尤其是当时的公共充电基础设施并未得以完善，一次充电时长曾需数小时以上。同时，一次充电后的行驶路程较短，对于BEV而言是致命的弱点，其在当时并未成为具有较强实用性的车型。

表2 日本国内20世纪90年代的BEV

20世纪90年代后半期，随着HEV的隆重推出，针对FCV的开发竞争也日渐活跃起来，知名汽车制造商的开发重点逐渐转移到HEV和FCV等领域，而BEV在其第二次兴盛期也并未得以普及。

关于FCV，从2002年起，日本经济产业省开始实施日本氢能及燃料电池（JHFC）验证计划。该计划被设定为2个阶段，自2002年到2010年，在为期9年的时间内逐步实施了JHFC计划。

在JHFC计划的实施过程中，日本国内外的汽车制造商也各有参与，如针对FCV开展的公路行驶试验，针对加氢站的实用性及安全性试验等。

自2011年以后，逐步开展了JHFC3计划，以基础设施建设、运营商为主体所设立的氢气供应、技术研究组合（HYSUT）为主体并开展了相关工作。HYSUT是以氢气供应基础设施的建设及商务环境的营造、整备为目的，于2009年7月设立的法人团体。该团体由要求通过氢气供应以实现低碳社会的相关能源企业、汽车制造商等组成，并开展了相关活动。

2．2 电动车辆的近期市场发展趋势

2009年，三菱公司开始销售i－MiEV车型，拉开了将BEV正式投放日本国内市场的序幕。2010年日产汽车公司也开始销售其颇具代表性的BEV，即电动乘用车LEAF车型。

日产汽车公司在2010年开始上市销售的LEAF车型，其当时一次充电后的续驶里程为200km，而随着车载蓄电池的大容量化，截至2017年，其续驶里程已提升至400km，是初期的2倍。而另一方面，车辆售价也在逐步降低（表3）。

表3 日本国内BEV性能的逐步提升（以日产公司LEAF车为例）

在2011年，其作为解决BEV一次充电的续驶里程问题的全新车型，有效地结合了BEV与HEV两类车型的技术优势，PHEV也随之开始正式上市销售。

在短途运输工况下，PHEV可以与BEV同样通过外部充电并利用电能行驶，而在长途运输工况下，则以汽油机作为动力来源，按HEV模式行驶。

表4示出了日本具有代表性的PHEV的主要技术规格。

表4 日本国内已上市销售且具有一定代表性的PHEV

关于PHEV，其车截蓄电池已逐渐向大容量化发展，目前，BEV的行驶路程为60km左右。在日常行驶过程中，可通过BEV模式运作。

就FCV而言，2014年，丰田公司的“MIRAI”车型开始面向用户销售。本田公司推出的一款FCV车型“Clarity Fuel Cell”，于2016年以 Leas为代号开始正式上市销售。

为随车携带氢燃料，配置了承压能力为70MPa的压缩储氢罐，一次充填氢气后的续航里程为600km以上，氢气填充所需时间约为3min，其便捷性相比传统汽油车也毫不逊色（表5）。

表5 日本国内已上市销售的FCV

图2示出了BEV、PHEV、FCV及HEV保有量随着时间的变化趋势。如图2所示，自1997年丰田公司的HEV从Plius车型上市销售以后，各大汽车生产商都在不断拓展其车型型谱。2016年末时，日本国内的HEV保有量为700万辆，已逐渐步入正式普及阶段。对这类HEV的发展历程进行仔细观察可知，从1997年开始正式上市销售，历时10余年至2009年，其已得到了快速普及。

图2 EV保有量的变化趋势

就BEV、PHEV而言，2009年三菱汽车公司推出i－MiEV车型，2010年日产汽车公司推出LEAF车型，2011年丰田公司的Plius PHV陆续开始投放市场。自2009年起，时隔7年后，日本国内BEV、PHEV的总保有量为16万辆左右，已得到稳步增长。不过，也存在车型依然较少的情况。最近，也有各大汽车生产商发布扩大EV型谱的相关信息。

3 基础设施建设的发展趋势

3．1 充电用基础设施

为了普及BEV，同时减少里程焦虑，建设分布于日本国内各地、便于进行即时充电的基础设施是必不可少的。当前，日本国内上市销售的普通BEV，可通过普通充电方式（交流）和快速充电方式（直流）进行充电。

普通充电方式通常在居民住宅区设置相应充电桩，使用单相交流200V电源，功率为3kW左右。快速充电方式则是将3相200V、50kW的交流电整流为直流电，按最大功率50kW进行快速充电。

在通常情况下，在住宅区、办公区、旅馆等地长时间泊车的情况下，采用普通充电方式效果更佳，而在中、长路程行驶途中，需要在短时间内进行燃料（电能）补给时，采用快速充电方式则更为适宜。

关于充电桩的建设也得到了国家、地方政府等方面的支持，目前日本国内正在大力建设并完善该类基础设施。就快速充电桩的建设进程而言，截至2018年5月，日本国内已有7 300处左右（图3）。

图3 快速充电桩保有量随时间的变化［3］

关于普通充电桩，目前尚无准确的统计数据，不过，可以看到包括插电式的普通充电桩在内，其保有量已达到快速充电桩的2倍以上，并且正在作为一般用途的充电设施而进行完善。

面向日本全国的高速公路服务区及停车场也在逐步设置快速充电桩，从而为驾驶BEV进行长途行驶的用户提供便捷的充电服务及良好的驾乘体验。

构建遍布日本全国的充电网络的结果表明，在20世纪90年代BEV的第二次兴盛期中未能解决的关键性问题如行驶里程、充电时间等已得到了大幅改善。

3．2 氢气供应基础设施

根据从已投入实施的JHFC计划中所得到的经验，当前，以日本4大都市圈为中心的地区，正在紧锣密鼓地进行商用加氢站的建设。对于商用加氢站的建设，自2014年起就已按照经济产业省颁布的加氢站设备经济补助项目的规定，推行了针对商用加氢站建设等方面的经济补助。到2018年4月，日本全国已有100所商用加氢站投入商业运营。

加氢站有“固定式”与“移动式”2种类型，在面向FCV普及的初期阶段，运用“移动式”加氢站以供多地使用的方式立竿见影。“固定式”可分为“现场型”和“场外型”，前者是在加氢站内制备氢气，后者则是像汽油加油站那样，采用从其他地点运送氢气至加氢站的方式。

为了正式普及FCV，针对加氢站的建设是当务之急，日本政府在2017年发表的“氢气基本战略”中，公布了设置加氢站的目标：到2020年，日本将建成约160处加氢站；到2030年，将建成约900处左右的加氢站。同时，对FCV保有量的预设目标是：到2020年为4万辆左右；到2025年，保有量为20万辆左右；到2030年，保有量将达80万辆左右（图4）。

图4 针对FCV等车型引进情况的说明［4］

为实现这一目标，2018年2月，汽车制造商、加氢站建设商、金融投资者等共同参与成立了日本加氢站网络联合公司（JHYM）。

日本政府及民间团体的共同努力为FCV用加氢站的建设起到了重要推动作用。

4 EV的未来发展前景

4．1 关于BEV、PHEV今后的普及

在现阶段，难以预料BEV、PHEV今后会按怎样的发展模式进行普及。不过，在日本由于已有关于HEV的良好的普及示例，因此，下文将根据HEV过去的普及情况进行分析。

首先，以HEV开始上市销售的1997年为起点，根据HEV的销售实绩，图5中示出了各年度的累积销量，也同时示出了HEV保有量的发展趋势。

图5 BEV与HPEV的累积销售量的趋势预测

到2016年末，HEV的累积销量约为753万辆，保有量约为700万辆。

其次是BEV与PHEV，作为政府设定的目标，日本提出到2030年，日本国内新车销量中BEV与PHEV所占比例应为20%～30%，未来将依然延续该销售比例，并根据2016年的实际销售比例，再按等比例增加销售比例，为此预测了各年度的销售比例。由该销售比例预测出其销量，求出2017年以后的累积销量的预测值。

其计算结果显示，2030年度的累积销售预测值为2030年的新车销售中BEV和PHEV所占销售比例的30%时可达530万辆，所占销售比例为20%时，可达400万辆。

如图5中累积销售量预测值的发展趋势所示，作为政府设定的目标是到2030年新车销售中的BEV和PHEV所占销售比例为20%～30%。从HEV以往的销售情况可以推测，这并非无法实现的目标。

但是，根据HEV发展的情况，充电供应基础设施目前已建设成全国性充电网络，还有BEV和PHEV并未充分降低其售价（与原有车辆售价相差无几，且充电基础设施待进一步完善），所以，不能简单地断定其能与HEV同样得到普及。

为了实现BEV和PHEV普及的目标，仍需完成以下工作：加强充电基础设施（如充电桩）的建设，构建全国性充电网络，让用户感觉到充电的便捷性，降低车辆售价，扩充车型型谱，以便为用户提供更多选择。

4．2 期待电动车辆发挥新的作用

目前，正在重点研究的一个课题是BEV和PHEV将作为电力系统的一部分而开拓全新的应用领域，也就是将BEV和PHEV作为电力系统的一个子系统。

与传统的汽车不同，BEV和PHEV上将配置大容量蓄电池，构成能与电力系统实现电气连接的系统，其并入电网（电力系统）的时间比例也较长。这也是灵活地利用该方式并将BEV和PHEV并入到电力系统中的模式。

表6列出了电动汽车未来在电力系统中所能发挥的作用。在此，将电力公司的配电网（通常指6kV配电设备）称为“Grid”。关于车辆到家庭的供电方式（V2H），在东日本大地震后，已实现了商品化，在购入BEV的同时引进这种家用供电设备的情况也较为频繁。根据目前研究，将来有望引起广泛关注的是从电网到电动车的供电方式（G2V）以及从电动车到电网的供电方式（V2G）。可将大量BEV和PHEV接入至电力系统中，构建电力系统侧可控负荷或将其作为虚拟发电设备（VPP）而使用。

表6 未来电动车在电力系统中所起到的作用

而且，FCV也与V2G、V2H密切相关，其具备作为电源的功能。从BEV的车载蓄电池储存的电能看，目前，上市销售的蓄电池储能约为几十kW·h，而FCV可利用储备的氢能进行发电，所以，可输出的电能比BEV车更大。就发电量而言，FCV用于V2G、V2H的前景比BEV更为广阔。

5 结论

就当前的汽车动力来源而言，内燃机汽车在未来的一段时间内依然将作为主流车型。但为了应对能源安全及温室效应等问题，以氢气或电能为动力来源的发展路线将是必经之路。

近年来，不仅在欧美等发达国家，而且，也包括中国等发展中国家在内，汽车的电动化也是大势所趋，EV将在世界范围内逐渐得以普及。

在该背景下，随之而来的话题是“新一代汽车竞争的优胜者是BEV还是FCV？”不过，BEV和FCV各有其优势及劣势，目前认为将来BEV更适用于短途及小型车辆，而FCV则更适用于长途及大型车辆，需发挥其各自的优势。2类车型将长期处于品牌竞争及技术互通的状态，并将得以协同发展。