【日】 荻野法一

0 概述

隨著中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的飛速發(fā)展，由于能源需求劇增等因素，能源安全問(wèn)題（尤指能源穩(wěn)定供應(yīng)等）、溫室效應(yīng)等問(wèn)題得以逐漸凸顯，汽車行業(yè)制定相應(yīng)解決對(duì)策已成為當(dāng)務(wù)之急，目前以電動(dòng)汽車（EV）為核心的新一代汽車技術(shù)得以迅猛發(fā)展。

如對(duì)EV進(jìn)行分類，可將其劃分為以下4種類型：由外部充電、只利用蓄電池儲(chǔ)存的電能行駛的純電動(dòng)汽車（BEV）；配裝于內(nèi)燃機(jī)汽車上，同時(shí)配備有蓄電池與電機(jī)，提高了行駛效率的混合動(dòng)力汽車（HEV）；提升了HEV的蓄電池容量，與BEV同樣可從外部實(shí)現(xiàn)充電的插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）；還有以氫為燃料的燃料電池（FC）發(fā)電實(shí)現(xiàn)行駛的燃料電池汽車（FCV）。

本文就新一代汽車中的BEV、FCV等車型，介紹EV的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，并展望了EV的發(fā)展前景。

1 能源、環(huán)境問(wèn)題與新一代汽車

為了降低對(duì)石油的依賴程度并削減CO2排放量，圖1示出了汽車能源的發(fā)展路線。圖1將能源路線劃分為“一次能源”、“汽車燃料”、“汽車動(dòng)力”等3個(gè)階段。就能源路線而言，目前以汽油、輕柴油作為燃料的內(nèi)燃機(jī)汽車依然占據(jù)主流市場(chǎng)。

通常，作為“一次能源”的生物質(zhì)能、核能、常規(guī)自然能源（如水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能）可抑制CO2排放，又可降低對(duì)石油的依賴程度，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有一定的發(fā)展?jié)摿?，而用作汽車燃料時(shí)，如生物燃料、氫能、電能等則相對(duì)更具發(fā)展前景。

在采用生物燃料的前提下，車輛行駛中雖會(huì)排放CO2，而成為燃料的生物質(zhì)亦會(huì)吸收大氣中的CO2，因此，可使CO2的總排放量較少。關(guān)于采用生物燃料汽車的相關(guān)技術(shù)課題目前并不多，而且解決生物燃料的供給依然是一項(xiàng)重要的課題。

在大力發(fā)展氫能與電能的前提下，不僅可通過(guò)自然能源來(lái)制備氫能或用于發(fā)電，而且同樣可利用礦物燃料來(lái)實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，發(fā)電時(shí)通過(guò)復(fù)合燃燒系統(tǒng)（CCS）而有望削減CO2排放量，將氫能與電能作為燃料（或動(dòng)力）的汽車對(duì)削減CO2排放量而言是卓有成效的。

針對(duì)汽車行業(yè)的能源及環(huán)境問(wèn)題，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省于2010年4月發(fā)布了“新一代汽車戰(zhàn)略2010”的有關(guān)文件，揭示了關(guān)于汽車及相關(guān)企業(yè)與全社會(huì)在中、長(zhǎng)期內(nèi)滿足法規(guī)要求的新戰(zhàn)略方針。

2014年，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省在“新一代汽車戰(zhàn)略2010”文件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步歸納整理了“汽車工業(yè)戰(zhàn)略2014”文件，該文件制定的目標(biāo)是到2030年新一代汽車，即 HEV、BEV、PHEV、FCV、清潔型柴油車（CDV）在日本國(guó)內(nèi)乘用車市場(chǎng)的新車銷量中要求所占比例至少應(yīng)達(dá)到50%～70%（表1）。

圖1 汽車能源發(fā)展路線［1］

表1 日本國(guó)內(nèi)新一代汽車的普及目標(biāo)［2］（在日本國(guó)內(nèi)乘用車市場(chǎng)上新車銷量中各類車型所占比例的目標(biāo)）

2017年日本國(guó)內(nèi)制定的“未來(lái)投資戰(zhàn)略2017”文件也設(shè)定了如下目標(biāo)：到2030年，新一代汽車在日本國(guó)內(nèi)乘用車市場(chǎng)的新車銷量中所占比例可達(dá)50%～70%。

2 EV的開(kāi)發(fā)與普及

2．1 EV發(fā)展史

20世紀(jì)70年代以后，BEV曾有過(guò)2次興盛期。第一次興盛期是指為滿足20世紀(jì)70年代美國(guó)的排放法規(guī)，從而盛行的與BEV密切相關(guān)的一段研究時(shí)期。但隨著后續(xù)針對(duì)汽油車的廢氣排放處理技術(shù)得以確立，對(duì)BEV的關(guān)注程度也有所降低。

20世紀(jì)90年代，美國(guó)加利福尼亞州頒布了零排放汽車（ZEV）法規(guī)。ZEV法規(guī)規(guī)定了在加利福尼亞州汽車市場(chǎng)的新車銷量中，ZEV所占的比例要求達(dá)到至少10%。當(dāng)時(shí)的ZEV即指BEV，于是由日本、美國(guó)的知名汽車制造商所引領(lǐng)的BEV研究浪潮又得以風(fēng)靡一時(shí)，這就是BEV的第二次研發(fā)興盛期。

在BEV的第二次研發(fā)興盛期，還曾出現(xiàn)日本、美國(guó)的知名汽車生產(chǎn)商致力于BEV研發(fā)工作的實(shí)例，相比以往的BEV，20世紀(jì)90年代的BEV的動(dòng)力性能得到了跨躍性提高。此外，就一次充電的行駛里程而言，早期的BEV即使拆除車內(nèi)座椅，通常也只能行駛幾十公里的路程，而后續(xù)研發(fā)的新型BEV，在確保了與汽油車相同的車內(nèi)空間后，可實(shí)現(xiàn)續(xù)航里程超200km的優(yōu)異性能。該項(xiàng)性能的提高得益于永磁同步電機(jī)以及鎳氫電池、鋰離子電池等高性能電池的應(yīng)用，見(jiàn)表2。

這些20世紀(jì)90年代的BEV，雖然其性能相比以往的BEV有所提高，但其續(xù)航里程、充電時(shí)間、車輛成本等方面依然有進(jìn)一步提升的空間。

尤其是當(dāng)時(shí)的公共充電基礎(chǔ)設(shè)施并未得以完善，一次充電時(shí)長(zhǎng)曾需數(shù)小時(shí)以上。同時(shí)，一次充電后的行駛路程較短，對(duì)于BEV而言是致命的弱點(diǎn)，其在當(dāng)時(shí)并未成為具有較強(qiáng)實(shí)用性的車型。

表2 日本國(guó)內(nèi)20世紀(jì)90年代的BEV

20世紀(jì)90年代后半期，隨著HEV的隆重推出，針對(duì)FCV的開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)也日漸活躍起來(lái)，知名汽車制造商的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到HEV和FCV等領(lǐng)域，而BEV在其第二次興盛期也并未得以普及。

關(guān)于FCV，從2002年起，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省開(kāi)始實(shí)施日本氫能及燃料電池（JHFC）驗(yàn)證計(jì)劃。該計(jì)劃被設(shè)定為2個(gè)階段，自2002年到2010年，在為期9年的時(shí)間內(nèi)逐步實(shí)施了JHFC計(jì)劃。

在JHFC計(jì)劃的實(shí)施過(guò)程中，日本國(guó)內(nèi)外的汽車制造商也各有參與，如針對(duì)FCV開(kāi)展的公路行駛試驗(yàn)，針對(duì)加氫站的實(shí)用性及安全性試驗(yàn)等。

自2011年以后，逐步開(kāi)展了JHFC3計(jì)劃，以基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營(yíng)商為主體所設(shè)立的氫氣供應(yīng)、技術(shù)研究組合（HYSUT）為主體并開(kāi)展了相關(guān)工作。HYSUT是以氫氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)及商務(wù)環(huán)境的營(yíng)造、整備為目的，于2009年7月設(shè)立的法人團(tuán)體。該團(tuán)體由要求通過(guò)氫氣供應(yīng)以實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)的相關(guān)能源企業(yè)、汽車制造商等組成，并開(kāi)展了相關(guān)活動(dòng)。

2．2 電動(dòng)車輛的近期市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

2009年，三菱公司開(kāi)始銷售i－MiEV車型，拉開(kāi)了將BEV正式投放日本國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的序幕。2010年日產(chǎn)汽車公司也開(kāi)始銷售其頗具代表性的BEV，即電動(dòng)乘用車LEAF車型。

日產(chǎn)汽車公司在2010年開(kāi)始上市銷售的LEAF車型，其當(dāng)時(shí)一次充電后的續(xù)駛里程為200km，而隨著車載蓄電池的大容量化，截至2017年，其續(xù)駛里程已提升至400km，是初期的2倍。而另一方面，車輛售價(jià)也在逐步降低（表3）。

表3 日本國(guó)內(nèi)BEV性能的逐步提升（以日產(chǎn)公司LEAF車為例）

在2011年，其作為解決BEV一次充電的續(xù)駛里程問(wèn)題的全新車型，有效地結(jié)合了BEV與HEV兩類車型的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，PHEV也隨之開(kāi)始正式上市銷售。

在短途運(yùn)輸工況下，PHEV可以與BEV同樣通過(guò)外部充電并利用電能行駛，而在長(zhǎng)途運(yùn)輸工況下，則以汽油機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源，按HEV模式行駛。

表4示出了日本具有代表性的PHEV的主要技術(shù)規(guī)格。

表4 日本國(guó)內(nèi)已上市銷售且具有一定代表性的PHEV

關(guān)于PHEV，其車截蓄電池已逐漸向大容量化發(fā)展，目前，BEV的行駛路程為60km左右。在日常行駛過(guò)程中，可通過(guò)BEV模式運(yùn)作。

就FCV而言，2014年，豐田公司的“MIRAI”車型開(kāi)始面向用戶銷售。本田公司推出的一款FCV車型“Clarity Fuel Cell”，于2016年以 Leas為代號(hào)開(kāi)始正式上市銷售。

為隨車攜帶氫燃料，配置了承壓能力為70MPa的壓縮儲(chǔ)氫罐，一次充填氫氣后的續(xù)航里程為600km以上，氫氣填充所需時(shí)間約為3min，其便捷性相比傳統(tǒng)汽油車也毫不遜色（表5）。

表5 日本國(guó)內(nèi)已上市銷售的FCV

圖2示出了BEV、PHEV、FCV及HEV保有量隨著時(shí)間的變化趨勢(shì)。如圖2所示，自1997年豐田公司的HEV從Plius車型上市銷售以后，各大汽車生產(chǎn)商都在不斷拓展其車型型譜。2016年末時(shí)，日本國(guó)內(nèi)的HEV保有量為700萬(wàn)輛，已逐漸步入正式普及階段。對(duì)這類HEV的發(fā)展歷程進(jìn)行仔細(xì)觀察可知，從1997年開(kāi)始正式上市銷售，歷時(shí)10余年至2009年，其已得到了快速普及。

圖2 EV保有量的變化趨勢(shì)

就BEV、PHEV而言，2009年三菱汽車公司推出i－MiEV車型，2010年日產(chǎn)汽車公司推出LEAF車型，2011年豐田公司的Plius PHV陸續(xù)開(kāi)始投放市場(chǎng)。自2009年起，時(shí)隔7年后，日本國(guó)內(nèi)BEV、PHEV的總保有量為16萬(wàn)輛左右，已得到穩(wěn)步增長(zhǎng)。不過(guò)，也存在車型依然較少的情況。最近，也有各大汽車生產(chǎn)商發(fā)布擴(kuò)大EV型譜的相關(guān)信息。

3 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)

3．1 充電用基礎(chǔ)設(shè)施

為了普及BEV，同時(shí)減少里程焦慮，建設(shè)分布于日本國(guó)內(nèi)各地、便于進(jìn)行即時(shí)充電的基礎(chǔ)設(shè)施是必不可少的。當(dāng)前，日本國(guó)內(nèi)上市銷售的普通BEV，可通過(guò)普通充電方式（交流）和快速充電方式（直流）進(jìn)行充電。

普通充電方式通常在居民住宅區(qū)設(shè)置相應(yīng)充電樁，使用單相交流200V電源，功率為3kW左右?？焖俪潆姺绞絼t是將3相200V、50kW的交流電整流為直流電，按最大功率50kW進(jìn)行快速充電。

在通常情況下，在住宅區(qū)、辦公區(qū)、旅館等地長(zhǎng)時(shí)間泊車的情況下，采用普通充電方式效果更佳，而在中、長(zhǎng)路程行駛途中，需要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行燃料（電能）補(bǔ)給時(shí)，采用快速充電方式則更為適宜。

關(guān)于充電樁的建設(shè)也得到了國(guó)家、地方政府等方面的支持，目前日本國(guó)內(nèi)正在大力建設(shè)并完善該類基礎(chǔ)設(shè)施。就快速充電樁的建設(shè)進(jìn)程而言，截至2018年5月，日本國(guó)內(nèi)已有7 300處左右（圖3）。

圖3 快速充電樁保有量隨時(shí)間的變化［3］

關(guān)于普通充電樁，目前尚無(wú)準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，不過(guò)，可以看到包括插電式的普通充電樁在內(nèi)，其保有量已達(dá)到快速充電樁的2倍以上，并且正在作為一般用途的充電設(shè)施而進(jìn)行完善。

面向日本全國(guó)的高速公路服務(wù)區(qū)及停車場(chǎng)也在逐步設(shè)置快速充電樁，從而為駕駛BEV進(jìn)行長(zhǎng)途行駛的用戶提供便捷的充電服務(wù)及良好的駕乘體驗(yàn)。

構(gòu)建遍布日本全國(guó)的充電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果表明，在20世紀(jì)90年代BEV的第二次興盛期中未能解決的關(guān)鍵性問(wèn)題如行駛里程、充電時(shí)間等已得到了大幅改善。

3．2 氫氣供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施

根據(jù)從已投入實(shí)施的JHFC計(jì)劃中所得到的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前，以日本4大都市圈為中心的地區(qū)，正在緊鑼密鼓地進(jìn)行商用加氫站的建設(shè)。對(duì)于商用加氫站的建設(shè)，自2014年起就已按照經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省頒布的加氫站設(shè)備經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助項(xiàng)目的規(guī)定，推行了針對(duì)商用加氫站建設(shè)等方面的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)助。到2018年4月，日本全國(guó)已有100所商用加氫站投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

加氫站有“固定式”與“移動(dòng)式”2種類型，在面向FCV普及的初期階段，運(yùn)用“移動(dòng)式”加氫站以供多地使用的方式立竿見(jiàn)影?！肮潭ㄊ健笨煞譃椤艾F(xiàn)場(chǎng)型”和“場(chǎng)外型”，前者是在加氫站內(nèi)制備氫氣，后者則是像汽油加油站那樣，采用從其他地點(diǎn)運(yùn)送氫氣至加氫站的方式。

為了正式普及FCV，針對(duì)加氫站的建設(shè)是當(dāng)務(wù)之急，日本政府在2017年發(fā)表的“氫氣基本戰(zhàn)略”中，公布了設(shè)置加氫站的目標(biāo)：到2020年，日本將建成約160處加氫站；到2030年，將建成約900處左右的加氫站。同時(shí)，對(duì)FCV保有量的預(yù)設(shè)目標(biāo)是：到2020年為4萬(wàn)輛左右；到2025年，保有量為20萬(wàn)輛左右；到2030年，保有量將達(dá)80萬(wàn)輛左右（圖4）。

圖4 針對(duì)FCV等車型引進(jìn)情況的說(shuō)明［4］

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，2018年2月，汽車制造商、加氫站建設(shè)商、金融投資者等共同參與成立了日本加氫站網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合公司（JHYM）。

日本政府及民間團(tuán)體的共同努力為FCV用加氫站的建設(shè)起到了重要推動(dòng)作用。

4 EV的未來(lái)發(fā)展前景

4．1 關(guān)于BEV、PHEV今后的普及

在現(xiàn)階段，難以預(yù)料BEV、PHEV今后會(huì)按怎樣的發(fā)展模式進(jìn)行普及。不過(guò)，在日本由于已有關(guān)于HEV的良好的普及示例，因此，下文將根據(jù)HEV過(guò)去的普及情況進(jìn)行分析。

首先，以HEV開(kāi)始上市銷售的1997年為起點(diǎn)，根據(jù)HEV的銷售實(shí)績(jī)，圖5中示出了各年度的累積銷量，也同時(shí)示出了HEV保有量的發(fā)展趨勢(shì)。

圖5 BEV與HPEV的累積銷售量的趨勢(shì)預(yù)測(cè)

到2016年末，HEV的累積銷量約為753萬(wàn)輛，保有量約為700萬(wàn)輛。

其次是BEV與PHEV，作為政府設(shè)定的目標(biāo)，日本提出到2030年，日本國(guó)內(nèi)新車銷量中BEV與PHEV所占比例應(yīng)為20%～30%，未來(lái)將依然延續(xù)該銷售比例，并根據(jù)2016年的實(shí)際銷售比例，再按等比例增加銷售比例，為此預(yù)測(cè)了各年度的銷售比例。由該銷售比例預(yù)測(cè)出其銷量，求出2017年以后的累積銷量的預(yù)測(cè)值。

其計(jì)算結(jié)果顯示，2030年度的累積銷售預(yù)測(cè)值為2030年的新車銷售中BEV和PHEV所占銷售比例的30%時(shí)可達(dá)530萬(wàn)輛，所占銷售比例為20%時(shí)，可達(dá)400萬(wàn)輛。

如圖5中累積銷售量預(yù)測(cè)值的發(fā)展趨勢(shì)所示，作為政府設(shè)定的目標(biāo)是到2030年新車銷售中的BEV和PHEV所占銷售比例為20%～30%。從HEV以往的銷售情況可以推測(cè)，這并非無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

但是，根據(jù)HEV發(fā)展的情況，充電供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施目前已建設(shè)成全國(guó)性充電網(wǎng)絡(luò)，還有BEV和PHEV并未充分降低其售價(jià)（與原有車輛售價(jià)相差無(wú)幾，且充電基礎(chǔ)設(shè)施待進(jìn)一步完善），所以，不能簡(jiǎn)單地?cái)喽ㄆ淠芘cHEV同樣得到普及。

為了實(shí)現(xiàn)BEV和PHEV普及的目標(biāo)，仍需完成以下工作：加強(qiáng)充電基礎(chǔ)設(shè)施（如充電樁）的建設(shè)，構(gòu)建全國(guó)性充電網(wǎng)絡(luò)，讓用戶感覺(jué)到充電的便捷性，降低車輛售價(jià)，擴(kuò)充車型型譜，以便為用戶提供更多選擇。

4．2 期待電動(dòng)車輛發(fā)揮新的作用

目前，正在重點(diǎn)研究的一個(gè)課題是BEV和PHEV將作為電力系統(tǒng)的一部分而開(kāi)拓全新的應(yīng)用領(lǐng)域，也就是將BEV和PHEV作為電力系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)的汽車不同，BEV和PHEV上將配置大容量蓄電池，構(gòu)成能與電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣連接的系統(tǒng)，其并入電網(wǎng)（電力系統(tǒng)）的時(shí)間比例也較長(zhǎng)。這也是靈活地利用該方式并將BEV和PHEV并入到電力系統(tǒng)中的模式。

表6列出了電動(dòng)汽車未來(lái)在電力系統(tǒng)中所能發(fā)揮的作用。在此，將電力公司的配電網(wǎng)（通常指6kV配電設(shè)備）稱為“Grid”。關(guān)于車輛到家庭的供電方式（V2H），在東日本大地震后，已實(shí)現(xiàn)了商品化，在購(gòu)入BEV的同時(shí)引進(jìn)這種家用供電設(shè)備的情況也較為頻繁。根據(jù)目前研究，將來(lái)有望引起廣泛關(guān)注的是從電網(wǎng)到電動(dòng)車的供電方式（G2V）以及從電動(dòng)車到電網(wǎng)的供電方式（V2G）。可將大量BEV和PHEV接入至電力系統(tǒng)中，構(gòu)建電力系統(tǒng)側(cè)可控負(fù)荷或?qū)⑵渥鳛樘摂M發(fā)電設(shè)備（VPP）而使用。

表6 未來(lái)電動(dòng)車在電力系統(tǒng)中所起到的作用

而且，F(xiàn)CV也與V2G、V2H密切相關(guān)，其具備作為電源的功能。從BEV的車載蓄電池儲(chǔ)存的電能看，目前，上市銷售的蓄電池儲(chǔ)能約為幾十kW·h，而FCV可利用儲(chǔ)備的氫能進(jìn)行發(fā)電，所以，可輸出的電能比BEV車更大。就發(fā)電量而言，F(xiàn)CV用于V2G、V2H的前景比BEV更為廣闊。

5 結(jié)論

就當(dāng)前的汽車動(dòng)力來(lái)源而言，內(nèi)燃機(jī)汽車在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)依然將作為主流車型。但為了應(yīng)對(duì)能源安全及溫室效應(yīng)等問(wèn)題，以氫氣或電能為動(dòng)力來(lái)源的發(fā)展路線將是必經(jīng)之路。

近年來(lái)，不僅在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，而且，也包括中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家在內(nèi)，汽車的電動(dòng)化也是大勢(shì)所趨，EV將在世界范圍內(nèi)逐漸得以普及。

在該背景下，隨之而來(lái)的話題是“新一代汽車競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勝者是BEV還是FCV？”不過(guò)，BEV和FCV各有其優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)，目前認(rèn)為將來(lái)BEV更適用于短途及小型車輛，而FCV則更適用于長(zhǎng)途及大型車輛，需發(fā)揮其各自的優(yōu)勢(shì)。2類車型將長(zhǎng)期處于品牌競(jìng)爭(zhēng)及技術(shù)互通的狀態(tài)，并將得以協(xié)同發(fā)展。