世界新能源汽车产业发展动态

2015-05-05 10:09:48 江苏省企业技术改造协会 15

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一、新能源汽车产业总体态势... 1

(一)全球电动车市场规模逐步增长... 1

(二)各国政策推动新能源汽车发展... 2

(三)产业重心逐渐从生产向服务倾斜... 5

二、重点领域发展动态... 7

(一)混合动力汽车发展动态... 7

(二)插电式混合动力汽车发展动态... 11

(三)纯电动汽车发展动态... 13

(四)燃料电池汽车发展动态... 16

三、关键零部件及核心技术发展动态... 20

(一)车载动力电池发展动态... 20

(二)车载驱动电机发展动态... 23

(三)电动汽车充电技术及基础设施建设... 24

(四)车载电子控制技术发展动态... 28


增加值为247860亿元,同比


世界新能源汽车产业发展动态

(2014)

 

 

一、新能源汽车产业总体态势

(一)全球电动车市场规模逐步增长

2013年,全球电动车市场持续推进,规模逐步增长。混合动力车领域,截至2013年12月底,丰田混合动力车的全球累计销量已经突破600万辆,达到607.2万辆;通用汽车混合动力车型全球累计销量突破320万辆;本田、福特、富士重工、捷豹路虎、铃木、现代、起亚等汽车企业也纷纷加大研发力度,加速推出其混合动力产品。插电式混合动力车领域,三菱、本田、沃尔沃等已经开始进行插电式混合动力车市场销售的汽车企业在订单推动下不断扩大生产规模,2013年美国插电式汽车( plug-in vehicles,包括电动车和插电式混合动力车)销量增长超过80%。纯电动车领域,虽然A123、BetterPlace和Coda申请破产,菲斯科陷入窘境,本田2014年停产飞度电动版,纯电动车发生数起起火事件,但纯电动车市场规模持续增长;截至2013年7月,雷诺一日产联盟全球电动汽车市场累计销量突破10万辆;三菱纯电动车到2013年11月全球累计销售3.6万辆;特斯拉在高科技产品跨越策略下营销电动汽车,2013年全球销量2.25万辆,股票价格一路飙升,实现营业收入同比增长387.2%,亏损额同比削减81.3%。燃料电池汽车领域,临近丰田和本田2015年上市期限,众多汽车企业竞相为压缩



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成本价格而进行技术开发,石油批发公司和燃气公司也在制氢储氢技术的推动下加紧加氢站建设(图1)。

虽然目前即便在作为最大市场的美国,纯电动车和插电式混合动力车的销量份额也仅占到0.51%,但世界各国都在强化二氧化碳排放规定,美国加利福尼亚州的零排放车辆法案(Zero Emissions Vehicle Credit,简称ZEV)和欧洲的二氧化碳法案等,不断催促大型汽车厂商采取各种战略,推进新能源汽车开发。

根据美国市场咨询机构Navigant研究公司的《电动汽车:2014年10项预测》研究报告数据,2014年全球包括混合动力车、插电式混合动力车和纯电动车在内的轻型电动汽车年出货量将首次突破200万辆大关。其中,混合动力车的销量将超过190万辆,远远超过纯电动汽车216335辆和插电式混合动力车130226辆的销售规模。随着奥迪、沃尔沃、萨博、梅赛德斯一奔驰、凯迪拉克、宝马等车企陆续开拓电动汽车高端市场,大众、斯柯达、起亚、马辛德拉( Mahindra)等推出大众化电动汽车车型,车型选择越来越多,市场竞争将愈发激烈。同时,电动汽车供应设备( EVSE)市场将维持淘汰竞争态势,各类动力转向电气化.刹车辅助、无线和双向充电以及供暖、通风和空调(HVAC)等辅助设备将迎来更多技术浪潮。

此外,日本野村综合研究所以日本、美国、欧洲和中国四大市场为对象,根据各国政府预定在2020年之前实行的规定、消费者价值观变化、汽车厂商战略和计划,推算2020年包括混合动力车(HV)、插电式混合动力车(PHV)、纯电动汽车(EV)在内的全球环保车市场规模将达到1070万辆,增至2012年(实际销量147万辆)的约7倍,在乘用车总销量中占16.4%;燃料电池汽车(FCV)市场销量将达到15万辆以上,对因续航距离有限而销量增速放缓的纯电动车形成较大竞争(图2)。




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(二)各国政策推动新能源汽车发展

为推动新能源汽车发展,美国、欧盟、日本等持续发布相关支持政策。

美国能源部(DOE)在2013年出资100万美元深入分析和评估氢燃料生产和运输模式,随后启动H2USA氢能基础设施建设计划。该项目涉及多个公共和私营部门及氢能和燃料电池企业,包括美国天然气协会、全球汽车制造商协会、美国加州燃料电池机构,美国电力、国际氢能协会、ITM电力、美国马萨诸塞州氢联盟、梅赛德斯一奔驰美国、日产北美研究与发展协会以及丰田、本田、通用、现代等多家机构和企业。同时,美国能源部计划重新启动先进技术汽车制造贷款项目(ATVM),接受汽车厂商及相关企业对于剩余60%资金的申请。

美国加利福尼亚州的ZEV法案经过多年修改,愈发严格。截至2013年6月,已公布的改动要求从2018年车型开始,ZEV的比例为4.5%,之后逐渐增加到2025年达到22%;原本只针对大型企业( LVM,large volume manufactures)的范围将扩大到中型企业(IVM,intermediate volume manufactures),由此从过去的克莱斯勒、福特、通用、丰田、日产、本田6家扩大到富士重工、马自达、宝马、戴姆勒、现代起亚、路虎、大众、沃尔沃等;积分对象仅限纯电动车、燃料电池汽车和插电式混合动力车,不包括普通的混合动力车、天然气汽车和低燃耗汽油车;纯电动车、燃料电池汽车和插电式混合动力车均按照纯电动车模式续航距离计算积分;平均每辆车的积分减少。2013年11月,加利福尼亚州、康涅狄格州、马里兰州、马萨诸塞州、纽约州、俄勒冈州、罗得岛州、佛蒙特州共8含州签署《州零排放车辆项目谅解备忘录》,共同采纳加利福尼亚州的ZEV法案,开展一系列联合行动,包括按年度公布零排放车辆的注册数量,充电桩、加氢站数量及相关信息;调整建筑规范,使其更易建立充电桩;评估和部署氢燃料电池车商业化所需的基础设施建设;采购更多的零排放车辆作为公务车;在适当情况下,采取现金等激励举措促进零排放车辆的发展;考虑建立合适的家庭充电收费系统,并设定公共充电网络的通用标准等,以促使各州为电动汽车及氢燃料电池车建立一个强大的市场,到2025年使8州的零排放车辆达到330万辆。

此外,2013年10月,美国加州州长杰里·布朗签署6项新法令,以促进电动汽车、燃料电池车及其他替代燃料车的发展(表1)。


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欧盟在2013年4月批准的到2020年欧盟境内新车平均二氧化碳排放量从2015年的130克/千米降低至95克/千米的碳排放标准受到多成员国争议,在2013年年末调整为到2020年95%的新车、到2021年100%的新车满足95克/公里的要求。2013年7月,欧盟委员会公布一项总额高达220亿欧元[1]的“联合技术计划”[2],其中14亿欧元将被用于第二阶段2014- 2024年的“燃料电池与氢能联合技术计划”( FCH JTI),计划将燃料电池系统成本降低90%、将燃料电池发电效率提高10%、力证可以利用来自可再生能源的电力大规模制氢,以促进氢燃料电池汽车进程。

在英国,英国技术战略委员会(TSB)和低排放汽车办公室(OLEV)在2013年11月为微珠贮氢装置公司Cella Energy及其生意伙伴MIRA、考文垂大学、Productiv公司提供98万美元基金,支持其研发增加纯电动汽车里程的制氢系统。伦敦交通局(TFL)在2013年6月获得来自英国交通部(DFL)的500万英镑“绿色公交基金”[3],其中464万英镑将购买90辆混合动力公交,36万英镑用于购买4辆单层纯电动公交,以进一步巩圊伦敦作为欧洲最大绿色车队的地位。此外,伦敦在2014年初宣布计划,要求自2018年1月1日起,伦敦市内所有新增出租车必须具备零排放能力。

在法国,法国政府计划2013年为汽车补贴项目支出大约5亿欧元,同时对大排量汽车征收更高的惩罚性税收。法国政府规定,购买一辆电动汽车最高可享受7000欧元补贴,购买一辆混合动力车最高可享受4000欧元补贴,并取消了只有私人购车才能享受政府补贴的规定;从2013年起,法国政府采购车辆中电动汽车、混合动力车的比例至少达到25%。

西班牙在2013年出台了电动汽车新的补贴政策,将电动乘用车、小货车和公交车纳入补贴范围,电动乘用车根据纯电续驶里程的不同,补贴金额在2500欧元至5500欧元之间;纯电续驶里程超过60千米的小货车,享受8000欧元补贴;纯电60千米以上的公交车则补贴20000欧元。

日本政府在2013年初通过预算修正案,为充电桩建设划拨1005亿日元预算、最高补贴2/3的设置费。2013年12月,日本自民党与公明党确定2014年度税制改革大纲,进一步扩大环保车减税范围,对于符合环保车补贴制度的车辆,原本削减75%购置税的改为削减80%,原本削减50%贿置税的改为削减60%;车龄超过13年的增加重量税,符合环保车要求的免去第二次车检时的重量税。

印度在2013年3月发布《国家电动汽车2020规划》(NEMMP 2020),提出截至2020年将实现电动混动汽车销量600万—700万辆,包括纯电动车、插电式混合动力车、混合动力车、电动摩托车、电动三轮车等,预计销量目标值的80%为摩托车。该规划由印度重工业部(DHI)负责执行,计划从4月1日起使当地的电动汽车制造商享受到补贴政策,未来7年所花费的补贴资金预计为1200亿卢比,每年大约平均支出200亿卢比。

泰国在2014年4月正式开始启动第二期环保车项目,由泰国投资促进委员会( BIO)主导,对于满足一定条件的环保车生产厂商实行减免企业所得税、关税等税收优惠政策。与第一期相比,第二期的申请门槛有所提高。泰国投资促进委员会规定,车企投资额不得低于65亿泰铢(曾参与第一期的车企不低于50亿泰铢),2019年底前开始投产,投产后4年内产量必须突破10万辆,同时环保车需

要严格遵照欧洲尾气排放标准“欧5”,100千米油耗控制在4.3升以内,碳排放低于100克/千米。满足条件的车企可以享受一系列税收优惠政策,例如免除6年的企业所得税和生产设备进口关税,减免90%的零部件进口关税;若车企在研发领域面向泰国零部件供应商的投资或支出在5年间超过5亿泰铢,则企业所得税免除期限延长一年,如果超过8亿泰铢则企业所得税免除期限延长两年;环保车消费税按照17%缴纳,低于乘用皮卡的20%和2.0升以下乘用车的30%。第二期环保车项目将有10家企业参与,总投资额为1388.89亿泰铢,年产能约为158.1万辆。

(三)产业重心逐渐从生产向服务倾斜

随着汽车市场系统供应商的竞争日益加剧,硬件的附加值逐步向一级部件厂商集中,汽车厂商要获得更多附加值或是利润增长点,不在于制造而在于服务。新能源汽车是一个发展多年的新兴行业领域,已经有众多汽车企业推出其多类型新能源汽车产品,并进行量产和改进推新,但仍然较少能在这一领域实现盈利。随着电动汽车的销售比例逐渐增长,汽车公司开始寻求多样化的营收来源。同时,由于电动汽车应用了众多电动化和电子信息产品,包括各类传感器、远程信息处理和通信系绕、辅助驾驶、智能联动、车联网等,具备给消费者提供更多安全、信息和娱乐服务的条件。由此,博洛雷、宝马、戴姆勒等汽车制造商推出其电动汽车共享项目,进行租赁、充电和数据等服务。整个新能源汽车产业的重点逐渐从生产向服务倾斜。

从21世纪10年代初开始,汽车共享逐渐在全球许多主要城市兴起,“零排放”电动汽车在其中发挥主导作用。以租赁模式而实现低成本和出行方便,车型较小而容易停放,具备GPS导航等多种系统服务,电动汽车共享满足了众多提倡环保和对电动汽车有好奇心的消费者的需求。法国博洛雷集团(Bollore)与巴黎市政府在2011年12月联合推出“共享电动汽车”租赁计划(AutoLib)。从巴黎市区到周边47个郊区市镇建成了一个拥有1750辆电动汽车、4250个充电装置的覆盖系统,无论是当地居民还是外地游客,只需持有驾照和身份证明及银行卡,便可通过租赁站点的租赁服务自助终端办理租车卡,然后在租赁站点取车,并可通过智能手机里的应用软件预订电动汽车,以及通过软件提供的智能方案顺利找到停车位,最后把车归还到任意一个集合点。这一项目使得电动汽车成为许多巴黎市民日常出行的代步工具,平均每周的租赁次数为62000欢,预计2014年底车辆规模将扩大到3000辆。目前这一项目由法国IER公司运营,向里昂(Lyon)、波尔多(Bordeaux)甚至美国印第安纳波利斯(Indianapolis)等地延伸。此外,宝马和戴姆勒也开始在德国和美国的旧金山和圣迭戈等城市启动汽车共享计划,丰田、东芝、日产等加紧开展电动汽车共享实证试验。虽然电动汽车共享目前仍处于初期阶段,但这一趋势发展迅速,预计2014年加入汽车共享服务的车辆总数在北美地区将增加20%,达到逾22000辆;电动汽车租赁模式将实现突破发展。

充电是电动汽车服务的另一个重要市场领域。随着电动汽车销量的不断增长,众多专门经营电动车充电服务的厂商开始市场竞争。2013年初,充电桩生产商施耐德电气、电动车充电服务公司TheMobility House(TMH)与宝马合作,为宝马i3及宝马i8的车主提供家用充电设施检查、充电桩提供与安装及其后期维护等一站式电动服务。2013年3月,美国大型充电网络设施运营商ECOtality与ChargePoint合作成立Collaboratev有限责任公司,将ChargePoint网络与Blink网络连接起来,使双方会负可以互用对方的充电设施,两家公司共享彼此的充电、收费信息。2013年6月,由宝马、戴姆勒(梅赛德斯及Smart)、EnBW、RWE、博世、西门子组成的合资公司德国Hubject推出OICP(OpenInterCharge Protocol)协议,方便加入协议的电动汽车用户在Hubject旗下的所有充电桩充电并收到账单,以保证电动汽车、车主和充电桩、公共机构之间信息交互。2013年7月,日本永旺公司计划在其集团现有及新建店铺设置充电桩,力争2014年度内实现在日本全国490处设置1150个充电桩的目标,构筑使用永旺电子货币“WAON”的支付系统,实施收费充电服务。2014年初,宝马推出360Electric解决方案,涉及产品包括家用快速充电方案、博世汽车支持i充电站安装服务、ChargeNow卡和ChargePoint充电网络公共充电服务、ParkNow停车场特定车位充电站长期租赁服务、ConnectedDrive定制解决方案等。2014年1月,美国加州独立系统运营商( CAISO)[4]发布《加州车辆一电网集成路线图:启用基于车辆的电网服务》,追踪评估车辆一电网集成提供的电网服务所能带来的市场潜力与价值,包括对电力系统的影响、利润、成本等,以协助相关政策法规制定和研发技术支掎,不仅可提高电网稳定性,并可帮助车主在阶梯式电价中赚取差价。

还有数据服务。在与电子信息技术的融合下,电动汽车应用了众多电动化、电子感应和通信产品。汽车制造商可以跟踪车辆的行驶、能耗、调度数据,实现及时需求响应与配套服务,并可与能源服务公司和公用事业部门合作,实现客户的家庭能源管理。例如宝马的360 Electric解决方案,应用其iRemote程序,驾驶员可通过个人智能手机远程连接和控制车辆,看到车辆的续航里程、电池状态、充电状态、服务信息以及位置信息等,并实现控制充电、远程行程规划、车厢内温度控制以及激活高压电池等;宝马的车载导航系统和最优路线规划系统,可在一切数据信息基础上综合考虑影响车辆续航里程的相关因素,如电池电量、驾驶模式、路况条件甚至实时交通状况等,进行续航里程辅助、最优定位和路线规划。利用数据进行能源管理方面,已经有越来越多的普通家庭参与到“需求响应”(DR)实证实验中,例如日本横滨、北九州、爱知、京阪奈等地区开展的智能社区、生态城市、低碳社会实证项目,通过智能电网(V2H)实现电动汽车与家庭的双向电力授受,将电动车充电纳入区域能源管理范畴进行共同联动,利用信息通信技术精蜜控制电力需求,通过蓄电池实现工厂电力需求削峰。

二、重点领域发展动态

(一)混合动力汽车发展动态

2013年,各大汽车厂商继续进行混合动力产品开发,混合动力车市场规模不断增长。

1.混合动力车市场规模不断扩大

根据丰田统计数据,截至2013年12月底,丰田混合动力车的全球累计销量已经突破600万辆,达到607.2万辆(图3)。通用汽车混合动力车型全球累计销量突破320万辆。与同级别汽油车相比,丰田销售的混合动力车节省了约150亿升的汽油消耗量,同时减少了约4100万吨二氧化碳排放量。

在2013年日本国内新车销量排行榜中,丰田Aqua(普锐斯C)、普锐斯分别位居冠、亚军。


 

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在2013年的美国市场,丰田、本田、福特等占据了主要的混合动力车市场份额。丰田普锐斯系列虽然仍然是美国市场最畅销的混合动力车,但与2012年73.4%的同比增长率相比,2013年的0.9%增长幅度已经大幅放缓。而福特的中型轿车Fusion混动车销量高达34 502辆,是2012年的3倍(表2)。


 

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2.企业合作与竞争

在全球混合动力车领域,丰田一直凭借销量规模和成本获得了难以逆转的既定优势,但这并不妨碍其他汽车企业的追赶竞争。

(1)本田与丰田混合动力燃效竞争

丰田与本田在混合动力市场的竞争由来已久。从丰田1997年第一代Prius抢占市场先机,到本田2009年第二代Insight混合动力车以低燃耗和低价优势登上日本国内月销量排行榜榜首,再到丰田第三代Prius以38千米/升燃油经济性多月蝉联日本国内新车销售冠军,以及2011年12月上市的丰田Aqua混合动力车燃效性能达到全球最高水平,夺得2012年度同类车型新车销量冠军,两家公司竞争不断激化。

2013年,本田将涵盖环保、安全和舒适的三类技术打包设计成“FUNTEC”(充满乐趣的驾驶技术)进行大力推广;并调整产品战略,在青睐清洁柴油车的欧洲市场停售Insight和CR-Z两款油电混合动力版汽车,转而重点推行采用单电机智能双离合驱动系统( intelligent dual clutch drive,i-DCD)的飞度小型车、采用双电机智能多模式驱动系统(intelligent multi mode drive,i-MMD)的雅阁中型车、采用三电机超缀四轮驱动力自由控制系统( super handling all wheel drive,i-SHAWD)的Acura讴歌大型车。

2013年6月,本田上市新款雅阁混合动力车,通过组合利用2个供行驶、发电的马达和锂离子电池,在行驶时自动切换纯电动、混合动力及发动机各种驱动模式,从而实现了每升汽油行驶30.0公里的高燃效性能(JC08模式);仅1个月订单就达7000辆。10月,2014款雅阁混合动力车进入美国市场,成为本田继思域之后在美国生产的第二款混合动力车。该车搭载一台2.0升四缸汽油发动机和一台124千瓦电动机,燃油经济性市区50英里/加仑、高速45英里/加仑,高于福特Fusion混合动力车(47/47英里/加仑)和丰田凯美瑞混动版(43/39英里/加仑)。

2013年9月,本田推出了第三代飞度混合动力车,可根据行驶状况在纯电力驱动、混合动力驱动及发动机驱动3种行驶模式中自动选择效率最高的模式行驶,采用新开发的低燃耗和高功能阿特金森循环发动机和直喷技术以及轻量化,实现了36.4千米/升燃效(JC08模式),比原来的IMA混合动力系统提高了35%,比此前燃效最高的丰田Aqua提高了1.0公里/升。售价上,混动飞度含税价182万日元,低于Prius在日本高于200万日元的售价。因此,新款飞度上市仅10天累计订单量达到4万辆,其中混合动力车约占7成。

然而,2013年12月,丰田开始发售经过部分改进的小型混合动力车Aqua(普锐斯C)。新型Aqua通过减少发动机内部摩擦、对马达及逆变器的控制进行改良、调整悬挂等方式,将燃效从之前的35.4千米/升提升到37千米/升,超过了本田今年9月上市的飞度混合动力车(36.4千米/升),重夺全球混合动力车领域燃效冠军宝座。价格为170万日元起,比现有车型提高了1万日元。

除了新型Aqua之外,2013年丰田还推出了新款皇冠玛捷斯塔(MAJESTA)混合动力车、汉兰达混动版、Aqua Air混合动力车、JPN TAXI Concept等。目前,丰田在全球约80个国家和地区共投放24款混合动力乘用车、1款插电式混合动力车。按照计划,今后两年内丰田将在全球投放15款新型混合动力车。

(2)其他汽车企业加速混合动力领域追赶

面对丰田、本田在全球混合动力车市场上占有较大优势的压力,通用、福特、富士重工、捷豹路虎、铃木、现代、起亚等汽车企业纷纷加大研发力度,加速推出其混合动力产品。

福特在考虑了主要零部件设计、生产场地等问题分歧后,取消了与丰田的混合动力车联合开发合作计划,转而进行独立开发。其C-MAX、Fusion、MKZ等中小型混合动力车在美国市场备受欢迎,2013年2季度美国市场销量同比去年暴增517%,2013年1-6个月占据美国电气化车辆(包括混合动力车、纯电动车、插电式混合动力车)16%的市场份额。按照计划,福特将在2020年左右推出搭载混合动力系统的皮卡、SUV。

富士重工持续推进其“Motion-V”中期经营计划(201 1年度-2015年度),在2013年6月上市了首款配备混合动力系统的多功能运动车混合动力车型“斯巴鲁XV混合动力车(SUBARU XV Hybrid)”,排量2000毫升,全轮驱动(AWD),配备新开发的混合动力车专用水平对向4缸DOHC发动机,JC08模式下每升汽油可行驶20.0千米,通过马达助力实现加速感出色的行驶性能。2周内订单即达到5580辆,相当于月销售目标的10倍。

英国捷豹路虎汽车公司在2013法兰克福国际车展上展示其柴油混动车,并在2013年10月与政席合作,由英国战略技术委员会资助,开启“揽胜极光e”(Evoque_e)新型研发项目,总投资额1630万英镑,为期两年,与Zytek汽车、吉凯恩传动系统公司、威廉姆斯工程、塔塔钢铁、布里斯托大学、克兰菲尔德大学、纽卡索大学等合作研发领先的电动/电池系统、混合动力技术。

铃木在2014年4月展示其新型弱混合动力系统构成部件,采用皮带驱动的起动/发电一体机( integrated starter generator,ISG),与锂离子电池组合使用,追加了钟摆式皮带调整器。按照计划,这项技术将首先在小型车上进行实用。

起亚汽车在2013年12月展示其最新混合动力车型K5 Hybrid 500h和K7 Hybrid 700h,作为其争夺混合动力车市场的主力产品。K5混合动力采用高科技油电混合动力系统,搭载Nu 2.0 MPI汽油发动机和35千瓦永磁同步电动机,最大输出功率110千瓦(150马力),最大扭矩179.3牛·米,并采用新一代制动装置,升级前轮悬架。K7混合动力搭载混合动力专用的Theta II 2.4 MPI汽油发动机和35千瓦永磁同步电动机,最高输出117千瓦(159马力),最大扭矩205.8牛·米,油耗16.0干米/升,并采用电子驻车系统(EPB)和后侧方来车警报系统等功能。

现代也在2013年12月发布了旗下中高级轿车雅尊的混合动力版本车型,采用硬型并联式混合动力,包括一台2.4升MPI汽油发动机和一台电动机,汽油发动机最大输出功率117千瓦,电动机最大输出功率35千瓦,采用大面积辐条的低风阻轮毂,匹配6速自动变速箱,100千米油耗6.25升。

(二)插电式混合动力汽车发展动态

在纯电动汽车开发迟迟不见进展的情况下,插电式混合动力车开始受到关注。三菱、本田、沃尔沃等已经开始进行插电式混合动力车市场销售的汽车企业在订单推动下不断扩大生产规模。大众将插电式混合动力作为新能源汽车技术路线的未来发展重点,旗下大众、奥迪、保时捷等品牌纷纷发布插电式混合动力车产品。奔驰、宾利等豪华汽车制造商也加入插电式混合动力车阵营中。

1.市场规模逐渐扩大

在政府对新能源汽车进行补贴、充电设施规划逐步完善、电池技术进步、充电时间大幅缩减、车价逐渐走低等因素推动下,插电式混合动力车自2013年初启动销售以来,市场规模逐渐扩大。截至2013年底,三菱欧蓝德插电式混合动力车的全球销量达到11.3万辆。美国插电式汽车(plug-invehicles,包括电动车和插电式混合动力车)2013年销量达到了96050辆,增长超过80%。目前在美国上市销售的插电式混合动力车车型有通用雪佛兰沃蓝达(Volt)、福特Fusion Energi和C-Max Energi、丰田普锐斯插电混动版、本田雅阁插电混动版等。

根据市场研究机构Transparency Market Research( TMR)公布的报告数据,2014年到2018年全球插电式汽车市场将呈现爆发式增长态势;其中插电式混合动力汽车将显著成长,复合年增长率超过80%。

2.企业发布产品或生产计划

三菱在经历了因电池故障而进行的停产和召回事件之后,2013年8月恢复生产欧蓝德插电式混合动力车,并将2000辆的月产量倍增到4000辆,从10月开始进入荷兰、瑞典、挪威、瑞士4个欧洲国家发售。截至2013年底,欧蓝德插电式混合动力车的全球销量达到11.3万辆,其中在日本售出8100辆,在欧洲售出3200辆;在欧洲的销售订单到2014年1月已突破1.2万辆。此外,在2013年11月的2013奈京车展上,三菱展示了两款SUV插电式混合动力车“XR-PHEV”和“GC-PHEV”。前者搭载1.1升涡轮增压直喷发动机及电动机;后者搭载3.0升V6机械增压发动机及电动机,并配备自适应巡航控制系统、车道偏离警告系统、前方碰撞预防辅助制动系统等主动安全技术和互联汽车技术。

本田从2013年6月开始推出雅阁插电式混合动力车,采用双电机混合动力系统,由一个105千瓦(141马力)的电动机与2,0升4缸阿特金森循环系统组成,复合燃料消耗率为70.4千米/升(JC08模式),纯电动续驶里程37.6千米。从12月22日开始,本田以东京首都圈为中心,在其全国170家店,限定400辆,开始面向个人租赁雅阁插电式混合动力车。

沃尔沃V60插电式柴油混合动力车在荷兰、比利时和意大利等国市场需求超过预期,因而决定扩产,产销目标扩大到l万辆。同时,沃尔沃计划2014年推出XC90插电式混合动力SUV,采用4缸涡轮增压和电动机,引擎动力输出220千瓦(300马力)以上。

大众将插电式混合动力作为新能源汽车技术路线的未来发展重点。在2013年1 1月的东京车展上,大众展出了插电式混合动力概念车“twin up!”,配0.8开TDI清洁柴油发动机、电动机和8.6千瓦时锂电池组,车辆最大输出功率54千瓦(74马力),峰值扭矩214牛·米,配备7速DSG变速器;综合续驶里程344千米,100千米油耗仅为1.1升,二氧化碳排放量27克/千米。

大众旗下的奥迪推在2013年5月制定了2014年推出插电式混合动力车“A3 etron”的计划。这是其以纯电动汽车和插电式混合动力车等马达驱动车型为对象的专用品牌e-tron系列的第一款产品,也是采用德国大众公司新型底盘“MQB”的首款市售插电式混合动力车。组合利用75千瓦输出马达和1.4升排量发动机,欧盟模式下1升汽油可行驶66.7千米,行驶1千米的二氧化碳排放量为35克,作为混合动力车最多可行驶890千米。

大众旗下的保时捷在2013年6月推出插电式混合动力车“S E Hybrid”,组合使用3升V型6缸发动机和爱信精机公司制造的8速自动变速箱;采用博世制造的马达和锂离子电池,马达输出功率提升至70千瓦,锂离子电池容量提升至9.4千瓦时;欧盟模式下燃效为32.3千米。此外,保时捷限量生产的插电式混合动力高级跑车“918 Spyder”,前轮用95千瓦马达驱动,后轮由组合了4.6升V型8缸发动机和115千瓦马达的混合动力系统驱动。保时捷还计划提供Macan插电式混合动力版,开发卡宴插电式混合动力车型。

宝马在2013年9月法兰克福车展上展示的插电式混合动力豪华跑车i8,搭载一台1.5升3缸TwinPower双涡轮增压发动机驱动后轮、一台电动马达驱动前轮,动力总成总功率高达266千瓦(362马力),扭矩570牛·米,燃效为94英里/美制加仑或113英里/英制加仑,续航里程超过500千米。2004年2月,宝马又发布全新X5插电式混合动力原型车,其插电式混合动力系统由4缸涡轮增压发动机和电动机组成,最大输出功率70千瓦,纯电动模式下可行使30千米,混合动力模式下100千米加速7秒,100千米综合油耗3.8升,二氧化碳排放为每千米90克。

奔驰计划在2014年欧洲市场销售的S500插电式混合动力车,搭载241千瓦(328马力)功率涡轮增压3.0升6缸发动机,电动机容量80千瓦,纯电动模式下可行驶至少30千米。同时,奔驰还将于2015年推出C300插电式混合动力版车型,配备最大动力输出249匹马力的M274涡轮增压版2.0升4缸直喷式汽油发动机和最大功率67匹马力的电动机。奔驰还计划加强与特斯拉的合作关系,利用其电池技术在未来的两年内推出奔驰E级插电式混动版。

此外,富士重工计划与丰田进行技术合怍,5年内上市插电式混合动力车。宾利也计划2017年推出SUV插电式混合动力版车型。

(三)纯电动汽车发展动态

近两年,全球电动汽车市场呈现两极分化状态。一方面,A123、Better Place和Coda申请破产,菲斯科陷入窘境,本田停产飞度电动版。另一方面,特斯拉股价飞涨、增发股票与可转换债券以及还清美国能源部贷款,一些传统大型汽车制造商陆续推出其纯电动量产车型。如同互联网发展历程一样,在新兴产业领域大浪淘沙之后坚持下来的纯电动车企业,正加快响应加州ZEV(zero emissions vehicle credit)零排放计划等法规要求,商业化发展进程不断加速。

1.电动车市场规模持续增长

从企业来看,目前在全球纯电动车市场占据最大份额的汽车企业是雷诺一日产联盟,其次是三菱汽车。虽然雷诺在2014年初由于所配套的Better Place电动汽车公司可更换电池停产影响而停止生产旗下FluenceZE电动汽车,并关闭在土耳其的生产线,但截至2013年7月雷诺一日产联盟全球电动汽车市场累计销量已突破10万辆。其中,日产聆风纯电动车全球累计销量超过7.1万辆,占全球纯电动车总销量的一半,其最大市场是美国(3万辆)、日本(2.8万辆)、欧洲(1.2万辆);雷诺旗下的Kangoo Z.E.、风朗Z.E.、Twizy. ZOE等4款纯电动车全球累计销量约3万辆,以61%的市场份额领先欧洲电动汽车市场。三菱纯电动车到2013年11月全球累计销售3.6万台,包括三菱i-MiEV、C-ZERO、iOn以及只在日本市场销售的MiEV厢型车和卡车。

除了雷诺一日产和三菱之外,特斯拉在2013年纯电动车领域获得较大成功。虽然自2013年10月以来特斯拉Model S共发生5次起火事故,其电池安全性受到一定争议,而且特斯拉的直销模式遭到俄亥俄州、密苏里州等美国汽车经销商协会(NADA)和各州级汽车经销商协会的反对,但特斯拉的销量实现了持续增长。2013年特斯拉全球销量2.25万辆,其股票价格一路飙升,2014年2月公司市值突破300亿美元。按照美国通用会计准则GAAP,特斯拉2013年实现营业收入20.13亿美元,同比2012年增长387.2%;按照非通用会计准则(Non-GAAP),特斯拉2013年实现利润10356.3万美元,亏损额为7401.4万美元,同比削减81.3%。2014年2月,《消费者报告》(Consume『Reports)杂志将特斯拉Model S汽车评为2013年整体表现最佳的汽车。作为一个创新型科技公司而非传统型汽车公司,特斯拉正在用高科技产品的跨越策略营销电动汽车,成为纯电动车领域的一大亮点。不过展望2014年,特斯拉将进一步面临产能扩张后的质量控制,充电设施和无线网络建设,以及宝马i3、奥迪e-tron、凯迪拉克ELR、奔驰B级Electric Drive等更多豪华电动车型市场竞争。

从地区来看,根据美国数家汽车媒体的统计数据,2013年美国纯电动汽车共售出4.6万辆,较上年增长241%;销量排名前三位的品牌是特斯拉Model S、日产聆风和纯电动版福特福克斯。在加拿大,根据加拿大官方公布的电动汽车上牌量数据,2013年加拿大包括插电式混合动力和纯电动的电动汽车销量达到3106辆,同比增长58%;电动汽车在新车销量中所占比例由2012年的0.12%提升至0.18%。在欧洲,法国的电动汽车销量排行第一。2013年法国电动汽车销售增长50%,注册量增长55%,在法国整个汽车市场份额占比为0.49%;销量排名较靠前的是雷诺ZOE、日产聆风、Bollore Bluecar、Smart Fortwo。

以产品看,除了日产、特斯拉、宝马、大众等企业进行纯电动产能扩张或推出量产新车型之外,超小型或微型纯电动车产品开发和电动客车实证试验持续推进,电动摩托技术瓶颈有所突破。2013年,日产汽车配备锂离子电池的双座“New Mobility Concept”获得了日本国土交通省关东运输局“超小型交通工具”(超小型纯电动汽车)车辆认证;本田也开发出了“Mc-p”微型双座纯电动车,并在日本琦玉县、熊本县、冲绳县宫古岛市等地区实施超小型纯电动车实际道路测试;三菱重工及三菱商事开始在巴西实施电动巴士行驶试验,并于2014年3月开始在日本北九州市运行纯电动巴士;比亚迪完成在波兰和加拿大的纯电动大巴试运营,又开始在慕尼黑、巴西、伦敦、纽约、洛杉矶等地进行试运行。同时,2013年美国摩托大厂Zero Motorcycles和北美电动车技术公司Brammo均生产出更高功率[> 44千瓦(60匹马力)]电动摩托车,续航里程超过100英里,突破了电动摩托以往的续航里程瓶颈。Lightning Motorcycles、Mission Motorcycles、Agility Motors展示其高功率电动摩托,雅马哈和宝马将在2015隼推出其电动摩托车产品。预计2014年高功率电动摩托车市场规模将快速增长。

2.电动车企业多样化战略推进

2013年,电动汽车领域价格战日趋激烈。通用、日产、本田、福特等几家汽车企业纷纷对旗下纯电动车进行不同程度的降价促销,以推动销量上涨。日产将2013款低价版聆风售价调低了6000多美元。本田自6月1日起将租期为3年的飞度电动版月租从389美元降低30%至259美元。福特在2013年7月将2014款福克斯电动版售价调低4000美元,2014年1月又将2014款纯电动版福克斯的建议零售价再下调6000美元,并提供长达60天的零利率贷款。丰田于2013年8月在美国推出RAV4纯电动SUV优惠促销活动,月租减半至299美元,或可以60个月无息贷款的方式进行购买。通用“尽力推进低价车战略”,不仅把2012款、2013款沃蓝达价格分别下调了4000美元、5000美元,2013年8月将2014款沃蓝达的价格下调了12.5%,还在研发一款续驶里程200英里(约合322千米)、售价约3万美元的电动汽车。三菱汽车在2013年底推出的i-MiEV电动车2014款车型,在造型调整、增加电池加热系统和直沆快速充电端之外,售价下调了20%。特斯拉也于2014年3月开始在德国等许多欧洲国家大幅下调Model S建议零售价,并计划制造成本3.5万美元的廉价电动汽车。同时,日产、特斯拉、宝马、大众等企业扩张产能或推出新车型。

2013年日产开始在英国桑德兰工厂投产2013款聆风,并耗资18亿美元将聆风产能转移至美国田纳西州士麦那工厂,还在当地建立锂电池工厂。按照计划,日产将再推出3—5款新车型。其中2014款聆风价格将较2013款上调180美元;第二款纯电动车“e-NV200”在经历了与日本永旺零售株式会社及Coca Cola Central Japan株式会社、与英国天然气公司、在新加坡与联邦快递公司等验证性运行之后,于2014年5月在西班牙的巴塞罗那工厂开始生产,该车已被纽约市选为下一代出租车。

特斯拉除了在美国加州北部加紧扩建、建设新电池“千兆工厂”(Gigafactory)之外,2013年8月位于欧洲地区的首家整车组装厂——荷兰蒂尔堡( Tilburg)组装工厂开始生产,产能不断扩张,陆续在德国、英国、日本、中国等市场开始销售。2013年12月,特斯拉(Tesla)发出Model X预订邀请(需缴纳25万美元保证金)。按照计划,2014年特斯拉的汽车总销量将达到3.5万辆,同比增长55%。

宝马在2013年7月推出首款电动汽车-4座紧凑纯电动城市车i3,采用碳纤维车身、铝制底盘、锂离子电池组和两缸增程器,9月底开始量产,11月订单量即突破1万辆大关。目前宝马在德国莱比锡的工厂已将13的日产量由之前昀70辆提高至100辆,增幅43%,计划2014年进人中国、美国和日本等其他市场。

大众2013年9月展示包括高尔夫电动车、E-up电动车、奥迪A3 e-tron和保时捷Panamera SE-Hybrid在内的跨品牌电动车阵容。其中E-up电动车采用最大功率82马力的电动机,配备18.7千瓦时锂电池组,一次充电续驶里程93英里(约合150公里),可选用家用插座充电或快速充电。2014年2月上市的大众新高尔夫电动版( e-Golf)搭载输出功率85千瓦、输出扭矩147牛米的直流电动机,锂电池组容量24.2千瓦时,最低续航里程130公里。凭借“MQB平台”大众计划每年在研发领域支出100多亿美元,2014年前上市14款节能与新能源汽车,5年内成为世界领先的电动汽车与混合动力汽车制造商。

扩产与推出新车型之外,电池更换、充电网络、租赁服务等也成为众多汽车企业的重要竞争领域。

日产对超过五年或里程数超过6万英里(或超过8年、里程数超过10万英里)之后的聆风进行电池免费更换与修理,并针对部分聆风电动车出现的电池电量损耗问题,从2014年起在美国推出聆风电动车电池更换计划,每月支付100美元即可夏换全新电池。日产还计划到2014年3月,在美国西雅图、波特兰、亚特兰大等地安装600个快速充电桩,能够在30分钟内为聆风充满80%的电量。

宝马在2014年初推出360 Electric解决方案,涉及产品包括家用快速充电方案、博世汽车支持i充电站安装服务、SolarCity家用太阳能方案折扣及其金融方案、ChargeNow卡和ChargePoint充电网络公共充电服务、ParkNow停车场特定车位充电站长期租赁服务、需要长途旅行的备用流动性计划、DriveNow汽车共享服务、ConnectedDrive定制解决方案、iRemote智能应用、车载导航、8年10万英里高电压电池质保服务、道路救援服务等。宝马还启动了BMWActiveE项目,BMW ActiveE的用户将通过租赁方式获得车辆使用权,在为期12个月内使用车辆。

大众在2014年1月宣布每年可向e-up用户提供超过30天租借传统汽油型汽车的服务,并为高尔夫电动版锂电池提供8年或16万千米的质保期。[5]

特斯拉更是在全球范围内推广“超级充电站”( supercharger),为开拓电动车市场提供相应的配套设施。2013年,特斯拉在挪威、荷兰.瑞士、奥地利、德国等欧洲国家建造超级充电站,以期构建贯穿欧洲大陆的充电网络体系。2014年1月,特斯拉完成第一条横跨美国东西岸的充电网络( coast tocoast supercharger network),并组建车队测试其充电网络实力。根据特斯拉官网公布的数据,截至2014年2月11日,特斯拉在北美拥有74座超级充电站,在欧洲拥有14座超级充电站,并计划2014年使充电站网络覆盖美国80%的人口,到2015年在美覆盖率达到98%。

(四)燃料电池汽车发展动态

2013- 2014年,使用氢气作为燃料的燃料电池车越来越受到关注。众多汽车企业竞相为压缩成本价格而进行技术开发,石油批发公司和燃气公司也在制氢储氢技术的推动下加紧加氢站建设。有机构预测到2030年,从全球采购氢气,为燃料电池车、办公楼和家庭的燃料电池热电联产设备以及火力发电提供燃料将成为新能源领域的一个巨大产业链。

1.氢燃料电池技术和产业化加速推进

近两年燃料电池技术有所突破,实现了技术上的稳定性。在电池寿命方面,大部分主流公司都已可以免维护运行5000小时,UTC、丰田方案可达1万小时,相当于汽车终生免维护。低温性能方面,丰田燃料电池车已经实现在北极的测试。成本方面,目前燃料电浊的两种主流——固体高分子型燃料电池(PEFC)和固体氧化物型燃料电池(SOFC)都在进行低成本化技术开发。前者已经有日本同志社大学、东京工业大学、旭化成化学、东芝燃料电池系统等机构和企业通过使用“核壳催化剂”“碳合金催化剂”的方法来削减催化剂中铂(Pt)的使用量,取得了一定进展。后者有大阪燃气等通过涂层材料的重新选择来抑制铬的移动,从而提高电池组耐久性;并有日本九州大学在2013年发现了有望把工作温度降到400—500℃左右的新型氧离子导电体“Na0.5Bi0.5Ti03”新材料,代替原有的耐高温材料,由此降低了成本。此外,极板从第一代碳板已经发展到第二代超薄超轻不锈钢板,储氢装置安全、加氢高压枪、氢气纯度等问题得到解决。

技术推动的同时,国际燃料电池厂商盈利也大幅提升。加拿大氢燃料电池生产商巴拉德动力系统( BLDP) 2013年第四季度财报业绩远超市场预期,全年营业收入同比上涨40%,第一次接近收支平衡。另一家氢燃料电池供应商普拉格能源(PLUG),2013年1-5月间共接到100万美元合作订单,5-10月期间订单增长到1100万美元,其后1个多月时间内又收到1800万美元订单,2014午初获得沃尔玛( WMT)北美地区6个配送中心超过1500套GenDrive质子交换膜燃料电池动力单元、多年GenFuel氢燃料合约、GenFuel燃料供给系统和GenCare服务订单。两家氢燃料电池生产商的股价大涨,都极有可能成为2008年以来该行业首个盈利公司,其氢燃料电池将得到普及并应用于更多的行业。整个燃料电池行业正在加速商业化,有望在2015- 2017年后实现爆发。

2.燃料电池车推进商业化进程

氢燃料电池技术和产业化的加速发展,极大地推动了燃料电池车的商业化进程。众多企业企业加速燃料电池车试制。

丰田的燃料电池原型车已经在北美进行了超过1年的路试,其0—60千米加速在10秒左右,一次注满氢燃料后可连续行驶482千米。在2013年11月的东京车展上,丰田展示的氢燃料电池概念车配备两个70兆帕的高压燃料堆,可提供100千瓦(136匹马力)输出功率,只需3分钟就可以完成燃料的补给,续航里程500千米。成本方面,目前丰田的燃料电池系统成本已有较大幅度下降,预计2015年其氢燃料电池车量产版燃料电池系统造价将降到3.59万欧元,相当于整车成本(7.2万欧元)的一半左右,是2007年的1/20;到2020年时可再降低80%,进一步削减至1/100,整车造价只有4.5万欧元。按照计划,丰田将从2014年底启动燃料电池车量产,核心部件“燃料电池组”的生产与车辆组装设在大本营丰田市,包括政府补贴在内,每辆燃料电池车的售价约为500万日元。目前已经有众多燃料电池组部件及材料企业围绕丰田进行产能布局,例如铂催化剂领域的田中贵金属工业公司、生产氢气泄漏传感器的新宇宙电机公司等。

本田汽车公司在2013年燃料电池领域的研究取得了新的突破,通过每一组燃料电池的厚度降低20%,从而减少了30%的氢燃料电池数量,使其本田FCXClarity新电池体积比上一版本缩小了20%.最大输出功率从100千瓦增加至106千瓦。本田在2013年1 1月的洛杉矶车展上发布了新型燃料电池车试制车,采用的新燃料电池功率密度比为3千瓦/升,相比以前车型提升了60%,同时电池体积减小33 %,续航里程480千米之上,在70兆帕高压下用时3分钟即可充满燃料。

通用参与“ 车行道计划”的119辆氡燃料电池车已完成近483万千米的行驶里程,累计节省汽油597694升。2013年,通用汽车在位于密歇根州庞蒂亚克市的通用汽车全球动力总成工程总部新开设燃料电池研发实验室,并在9月与美国陆军坦克机动车辆研究发展与工程中心联合宣布深化在汽车氢燃料电池技术方面的合作。

2013年7月,继丰田与宝马、戴姆勒与福特及日产在2013年初启动燃料电池车领域战略合作之后,本田与通用联合开发小型轻量化、高性能、低成本的燃料电池系统及氢存储系统,共同促进加氢站基础设施建设及统一标准与规格,以期在2020年前实现商业化应用。

此外,现代汽车在2013年3月被欧洲联合执行委员会选定为氢气汽车试运行企业,计划从2014年春季开始在美国洛杉矶开展燃料电池车租售业务,以月租金499美元的价格把以SUV(多功能车)“途胜”(Tucson)为原型的燃料电池车租赁给行政机关。大发工业在2013年11月的东京车展上展示的配备燃料电池的试制车“大发FC商Case”,采用碱性材料、低价催化剂镍与铁取代原有的强酸性电解质膜和贵金属白金,以“水合肼”取代氢作为燃料,极大地降低了成本,并实现流通的便利性。

虽然目前全球燃料电池车的市场规棋非常有限。根据研究机构Navigant的报告数据,2011年和2012年全球燃料电池车的发货量不足500辆。但这一行业正在加速商业化,预计2014年全球燃料电池车销量将达到1000辆,随后呈几何级增长。根据日本德勤等松咨询公司( Deloitte Tohmatsu Consulting Co.,Ltd.)的2013年调查报告数据,预计到2025年,以氢为燃料的燃料电池车全球销量将达到180万辆,全球市场规模约5.3兆日元。

3.氢能源基础设施加快建设

全球新能源建设已经兴起多年,氢能源利用与推广范围不断扩大。在风力发电、生物质发电、光伏发电等可再生能源比例快速提高的欧洲,利用可再生能源的剩余电力生成氢的做法受到关注,众多城市启动了以氢形式存储电力的“储氢”项目,对利用剩余电力电解水生成氢然后以多种形式利用氢进行实证试验。丹麦在2007年5月启动了洛兰岛氢项目实证试验,在约1万户住宅内设置内置水电解装置的燃料电池系统,该项目从2013年底进入第四阶段。德国的“P2G( Power To Gas)”项目中,德国E.ON、Enertrag、Greenpeace Energy、Solar Fuel、奥迪等公司把利厢风力和光伏发电剩余电力生成的氢转化成甲烷,提供给压缩天然气车( CNG)以及燃料电池车和氢发动机车的加氢站,或是提供给公共燃气管道网和形成热电联产单元发电并人电网。美国在能源部( Department of Energy)的主导下启动了利用源自可再生能源的氢制造化学燃料的项目“Eelectrofuels Program”,并在2013年5月成立了推进氢基础设施设置的联盟“H2USA”,讨论在美国低成本设置氢基础设施的方法,以普及燃料电池车。加盟者有政府、汽车厂商和燃气公司等,包括日本的日产和丰田。

随着燃料电池车和固定式燃料电池的不断普及,全球氢消费量增速明显加快。预计在2015-2050年期间,包括固定式燃料电池、燃料电池车和氢发电按体积计算的氢消费量将增加约60倍,由此推动氢基础设施建设加快进程。

在对全球70个项目进行调查和市场规模估算之后,日经BP清洁技术研究所2013年10月24日发布《世界氢基础设施项目总览》报告,预测全球氢基础设施市场将在201 5年之后缓慢增长,年均增长率7%; 2020年之后加速增长,到2025年实现倍增,达到约20万亿日元;2030年之后固定式燃料电池和燃料电池车的逐渐普及将推动氢基础设施市场规模每5年扩大2倍,到2050年全球氢基础设施的市场规模将达到约160万亿日元(图4)。


 

图片关键词

 

三、关键零部件及核心技术发展动态

(一)车载动力电池发展动态

有业内专家认为,电动汽车普及的条件首先并不在于基础设施建设,而应该是实现超越现有锂离子电池的高性能电池。举目当前各国研究机构和汽车企业,都在推进车载动力电池相关技术研发和实用化。根据富士经济于2014年4月公布的关于大容量蓄电池(二次电池)配备产品及其全球市场的调查数据,2013年全球大容量蓄电池的市场规模达到1.6645万亿日元,其中汽车用途和蓄电用途的市场份额不到4成;预计2025年全球大容量蓄电池市场规模将达到9.857万亿日元,届时汽车领域的市场份额将逐步扩大到7成以上。

1.锂离子电池还需进一步技术开发和实用化

当前从事车载锂离子电池业务的企业有松下、松下与丰田的合资公司Primearth EV Ene,gy(PEVE)、日产与NEC的合资公司Automotive Energy Supply Corporation(AESC)、杰士汤浅与本田的合资公司Blue Energy、杰士汤浅与三菱商事和三菱汽车的合资公司Lithium Energy Japan(LEJ),还有日立车辆能源、东芝、三星SDI和LG化学等。主力汽车厂商的量产电动车采用的是专用大型锂离子电池。而特斯拉采用的是小型锂离子电池,沿用消费类电池在成本方面占优势,但是小型锂离子电池降低成本的余地比较小,而且安全控制系统较复杂。

无论是美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)等科研机构还是丰田等汽车企业,都认为近几年锂离子电池技术并未实现较大程度改善,尚难达到电动车的实用程度。车载锂离子电池还需要飞跃性的技术进步,众多汽车企业和电池厂商加紧这一领域技术研发。2013年,日本三菱商事公司、杰士汤浅公司与博世公司就共同开发新一代高性能锂离子电池达成协议,共同设立合资公司Lithium Energy and Power GmbH&Co. KG.开发作为纯电动汽车及插电式混合动力车核心部件的锂离子电池,力争使通过大容量化减轻重量并缩小所需空间的新型电池实现产品化;NEC、田中化学研究所、积水化学工业与日本产业技术综合研究所共同开发出了使用新型铁锰类正极的锂离子充电电池,能量密度高达271瓦·时/千克,是已在固定式蓄电系统及车载用途实现实用化的、采用锰尖晶石类正极的锂离子充电电池能量密度的1.7倍;日本积水化学工业公司开发出大容量薄膜型锂离子电池,实现了自由的设置形状,并可节省空间,将应用于汽车、住宅及电子设备等多个领域。2014年,经历了多次收购开始致力电池材料业务的巴斯夫公司(BASF)对已有尼崎研发中心进行扩建,开设了专门研发充电电池材料的“尼崎研发中心电池材料研究所”,重点开发高性能锂离子充电电池使用的电解液和电极材料。

虽然目前锂电池技术革新未能取得进展,续航距离没有增加,电动车销售业绩增长缓慢,不过在对于电动车市场预期信心的支持下,一些汽车企业扩大车载锂离子电池产能。2013年11月,日立汽车系统公司下属的日立车辆能源公司向日产在北美销售的2014年款新型多功能运动车混合动力车型“Pathfinder Hybrid“供应小型轻量锂离子电池组;松下与特斯拉签订了扩大纯电动汽车锂离子电池供应量的合同,将在2014年到2017年的4年时间内供应约20亿个锂离子电池,主要配备于高级纯电动轿车“MODEL S”和预定2014年年底之前量产的多功能车“MODEL X”。2014年2月,特斯拉发行债券筹资18亿美元,投资约50亿美元建设电池工厂,预定2017年投入使用,计划到2020年每年为50万辆电动车配备电池,并通过量产效应将电池成本降低3成。

2.多类型车用电池技术开发加快推进

锂电池技术革新出现停滞,众多企业寻找理论比能量更高的替代储能系统,液流电池、锂硫电池、锂空气电池、铝空气电池、钠电池、超级电容等多类型车用电池技术开发加快推进。

(1)液流电池

液流电池是一种可重复充电电池,两种有着相反电荷(电解质)的液体交换离子,然后将化学能转换为电能。液流电池可尺寸调节,可以闲置很长一段时间不失去电荷、响应时间快、通过更换电解液可以很快地充电和放电。2013年9月,MIT实验室研发出既便宜又高效的可循环使用液流电池,可以储存太阳能、风能等间歇性能源,发电量是大部分锂电池的10倍。2014年1月,美国伯克利国家宾验室和通用电气公司开发水基液流电池,采用无机活性材料水溶液,能够同时转移多个电子,具备高能量密度和更高的安全性能,其价格仅为目前市场上汽车电池的1/4,但行车里程却是3倍。

(2)锂硫电池

锂硫电池的比容量及能量分布为1675毫安·时/克、2600瓦·时/千克,远远高于普通锂电池,而且成本低、储量丰富、无毒,但一直存在硫化物的流出缩短电池寿命的问题。2014年1月,美国能源部下属西北太平洋国家实验室(PNNL)设计出一种由石墨和锂构成的混合阳极结构来控制锂硫电池的不良表面反应,将锂硫电池的循环寿命提升至400次,更利于发挥锂硫电池比普通锂电池能量密度高2—3倍的优势。

(3)锂空气电池

锂空气电池的原理是在行驶过程中将空气中的氧分子与电池中的锂离子及电子进行反应,从而产生电能。锂空气电池不使用重金属氧化物,可大幅减轻电池重量,还把能量密度提高至10倍左右。和现有锂电池相比,锂空气电池容量更大,其储电能力是目前锂电池的4~5倍。目前IBM是这一领域技术研发的领导者,自2009年以来一直致力于“电池500”项目研究,2012年日本旭化成( AsahiKasei)和中央硝子(Central Glass)加入IBM“电池500”项目团队,共同合作开发锂空气电池。

(4)铝空气电池

铝空气电池具有非常高的能量密度,理论能量比为8.1千瓦·时/千克,仅次于锂空气电池的13.0千冗·时/千克,但存在着放电过程中阳极腐蚀产生氢造成阳极材料过度消耗和电池内部电学损耗增加等问题,严重阻碍其商业化进程。2014年2月,美国铝业公司与以色列Phinergy公司就Phinergy铝空气电池就进一步研发问题签订联合开发协议,在新材料、新工艺以及零部件等多领域推动铝一空气电池的商业化进程,以有效提高电动汽车的续航里程。

(5)钠电池

钠电池是锂电池需求的一种较好补充。专门研制钠电池的阿奎恩能量公司( Aquion Energy)在2013年4月获得比尔·盖茨领衔投资的3500万美元融资,2014年初又获得包括比尔·盖茨在内的2000万美元增加融资。阿奎恩能量公司目前已在生产1.5千瓦时与1.8千瓦时钠电池组件,计划在2014年上半年开始正式向新能源车厂商提供钠电池产品,其价格为每千瓦小时250美元,是新能源车厂商使用的锂电池的一半。同时,专注于研发新能源车专用钠电池的英国电池公司Faradion控股也获得丹麦托普索财团投资,两家共同研发与销售纳电池。此外,2014年3月九州大学先导物质化学研究所负责开发正极材料,住友化学的筑波开发研究所负责开发负极材料,山口大学和日本大学负责开发电解滚,四家研究机构共同试制出钠离子充电电池,并确认了试制电池的充放电动作。

(6)超级电容

超级电容(ultracapacitor)作为锂离子电池的一种良好补充设备也开始快速发展起来。2014年1月,韩国电子公司Neescap出资900万美元拓展旗下交通、电力系统及消费电子产品用超级电容产品的产能;EEStor公司与电动车公司Zenn签署了超级电容供货协议。目前的超级电容产品放电速度是传统电池的10倍,而能量储存能力在体积相同的条件下只有后者的5%。麻省理工学院工程师表示,超级电容在某些经常进行充放电操作的场合如制动能回收式刹车系统中用途甚大,目前麻省理工学院研制出来的纳米材料储能能力已达到活性炭材料的两倍水平,在未来几年内超级电容的能量储存能力将出现质的飞跃。

此外,美国勒克斯研究( Lus Research)公司报告认为,2030年固态电池技术有可能取代锂离子电池技术,成为电动车电池领域的主流。

(二)车载驱动电机发展动态

近几年大多数原始设备制造商(OEM)在大功率驱动电机制造方面投入很大精力和资金,轮毂电机、省镝磁铁等各种车载电机技术开发持续推进。

轮毂电机动力系统通常由电机、减速机构、制动器及散热系统等组成。采用轮毂电机可以简化电动车的机械部分,使其可以采用较低的车架结构,很适合在需要频繁乘降的公交客车上大量应用。这项技术的诞生可追溯到电动车诞生的初期,最早有20世纪初保时捷研制的前轮配装轮毂电机的前轮驱

动双座电动汽车,还有20世纪50年代美国人罗伯特发明电动车轮毂并申请专利,之后被通用电器公司应用在大型矿用自卸车上,20世纪90年代起日本推出了一系列轮毂电机系统驱动的电动车,2002年开始通用汽车推出配装轮毂电机技术驱动的概念车。近几年,轮毂电机越来越多地应用到各家整车企业发布的电动概念车上。2013年,恩梯恩(NTN)自主开发的配备轮毂电机系统的双座纯电动车作为“超小型交通工具”在日本获得了车牌,这是轮毂电机方式的超小型交通工具首次在日本获得的认定;大众与电池车技术供应商美国普洛提恩公司( ProteanElectric)合作,在宝来上采用其轮毂电机技术,目前进入检测阶段,2014年,三菱丽阳与从事铝轮毂生产销售业务的远轻铝业共同开发出汽车用复合结构轮毂,组合使用利用预浸料模压成型法( PCM)制造的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为锻造铝轮毂的支撑部件,既轻又结实,符合日本乘用车轻合金轮毂安全标准JWL( JAPAN LIGHT ALLOY WHEEL)。此外,日本听芙旎雅公司( SINFONIA TECHNOLOGY)开发出的小型电动车用轮毂电机应用在小型电动车风险企业FOMM的4座小型电动车“FOMM Concept One”上,其两个前轮各装配了1台最大输出功率为5千瓦、最大扭矩为280牛·米的轮毂电机。昕芙旎雅公司计划将实现小型电动车用轮毂电机的量产,到2017年实现20亿日元的年销售额。

省镝磁铁技术持续开发。2013年9月,富士通与日本物质及材料研究机构共同开发出了利用超级计算机“京”对磁性材料的大规模反向磁化[6]实施模拟的技术。这是全球首次开发出对永久磁铁的反向磁化过程进行大规模模拟的技术。利用该技术可对以往靠模拟无法处理的磁性体的微细磁区构造进行分析,有望研发出不含镝等重稀土材料的钕磁铁等新型磁性材料。2014年3月,日本产业技术综合研究所可持续树料研究部门基于在低热负荷下通电烧结微细钕铁硼(NdFeB)粉末的方法,开发出了不添加镝也可保证顽磁力不降低的致密烧结磁铁的生产方法,并确认了有效性。这一研发成果是日本经济产业省实施的未来开拓研究项目“新一代汽车高效率马达用磁性材料技术开发”内容之一。2014年4月,英飞凌科技、西门子、采埃孚及德累斯顿工业大学等参与的高效电机研究项目“MotorBrain”[7]嘲,开发出了不使用稀土的逆变器一体型纯电动车用电机。此次开发的电机将电机、齿轮及逆变器集于一身,实现了小型化,尺寸只有2011年该项目最初研发品的3/4,整体重量比原来的90千克减轻了13千克以上;对于配备输出功率为60千瓦电机的中型车充电一次可行驶的距离比目前电动车的平均值150千米延长30—40千米;使用比稀土便宜但磁特性稍逊的铁氧体磁铁,同时通过提高转子的转速提高电机输出功率。

增程式电动车被认为是目前最接近纯电动车的一种车型。2013年12月,马自达试制出了使用转子发动机的增程发动机,由0.33升排量22千瓦功率单转子发动机和连续额定输出功率为20千瓦的发电机组合而成,将其配备在纯电动车“德米欧EV”实验车辆上,JC08模式下续航距离延长约180千米。2014年,丰田将气缸与在其中进行往复运动的活塞作为导体和磁场,研发出了利用活塞运动就可以发电的发电机,采用缸内直喷+两冲程+活塞式发电机结构,去掉了曲轴、连杆、附件等等一系列为了动力输出而设计的部件,从而实现更轻、更小以及更高的增程式电动车系统效率。

此外,三菱电机在2014年2月开发出了内置逆变器的新型电动车用马达,构成逆变器的晶体管和二极管全部使用SiC,输出功率60千瓦,而体积只有14.1升,实现了业界最小尺寸。这项技术目前的实用化问题是降低碳化硅元件的成本,预计碳化硅元件的成本到2018年有望接近硅元件的水平,因此三菱电机计划在2018年前后实现实用化。英国Drive System Design公司也在2014年2月开发出一款全新的电动动力总成“MSYS”,集成了无磁轭分段电枢电机[8](yokeless and segmented armature]设计,并采用多级变速器,通过将原有的同步器功能进行分离从而实现无中断机械换挡;持续输出功率55千瓦,峰值功率100千瓦(最长持续60秒),峰值扭矩超过2000牛米,能够提升电动车里程l0%—15%。

(三)电动汽车充电技术及基础设施建设

1.车用充电设备技术开发

根据美国咨询公司Navigant Research发布的报告数据,全球电动车充电设备(EVSE)市场规模估计将从2013年的7.13亿美元增至2020年的38亿美元,复合年增长率(CAGR)达到27.1%。众多汽车与电子厂商在进行车用充电设备技术研发并上市相关产品。例如日本尼吉康从2013年10月开始销售纯电动车用充电器“EV Power Station Concent Model”,输出电压为交流100伏,频率为50赫兹或60赫兹,输出功率低于6千瓦,具备“倍速充电”功能,向纯电动车电池充电时能以通常两倍的速度充到80%;这是针对日本企业及地方政府的业务连续性计划(BCP)措施推出的,是全球首款带供电插座的纯电动车用充电器,在紧急时可由纯电车直接向电气设备供应电力。博世在收购了斯必克投资宥限公司并成立“博世汽车服务解决方案公司”之后,在2013年推出一款最低售价449美元的电动汽车家用充电器,仅为一台iPad大小,分为16安时和30安时两种,价格在449—749美元不等。日本汽车零部件企业电装在2013年10月公开的可自动泊车和自动充电的“智能充电”系统,由控制中心与充电控制系统及泊车管理系统联动,根据用户所需充电量及出发时间制定移动计划,向车辆发出指示使之自动向无线充电器行驶,并在充电后返回停车场或自动行驶至指定的场所等待用户。松下在2014年初上市的纯电动车插电式混合动力车充电设备“ELSEEV”系列壁挂式充电箱“ELSEEV cabi”,配备充电线,支持“Mode 3方式”,备有根据用电量自动控制充电时电流值的款式,并计划向日本经济产业省申请将其列入“新一代汽车充电基础设施整备促进事业”补贴对象机型。此外,欧姆龙汽车电子正在研制的车载充电器采用其数字控制技术及软开关技术,最大效率为92.4%,体积为9.1升,输出功率最大为6.6千瓦,可用于日美欧以家用100—240伏电源充电的插电式混合动力车和纯电动车上。

快速充电设备应用领域不断扩大。根据日本电动车充电协会( CHAdeMO Association)岔布的数据,截至2014年1月10日,全球已经建成CHAdeMO快速充电桩3169座。其中,日本1861座,欧洲990座,美国306座,其他国家和地区12座。2013年,日产对2011年11月开始发售的电动汽车快速充电桩进行改良,使其降低噪声,充电接口使用更便利,能适用于新的付费体系,并大幅度削减维护费用。ABB公司推出了最新快速充电器第四代Terra 23,支持联合充电标准(CCS)、日本电动车充电协会( CHAdeMO)标准和快速交流充电,功率20千瓦,可在30—60分钟内为车辆充80%的电量,更适用于用户在规模较小的零售店、办公场所和汽车经销商处充电。

车用无线充电商业化在2013年取得较大进展,首批产品将在2014年小批量问世。博世从2013年6月开始以3000美元销售Plugless Power无线充电装置,作为改装部件安装在日产聆风和雪佛兰沃蓝达汽车上,目前仅限于北美地区。丰田采用核磁共振技术( magnetic-resonance technology),在2013年12月核准了由丰田与麻省理工学院联合开发的WiTricity无线充电系统的知识产权,并在2014年2月对其最新的电动车/擂电式混动车非接触式充电技术进行验证测试;其开发技术使用频率为85千赫,输入电压为交流200伏,充电功率为2千瓦,充电时间约为90分钟。TDK在2013年试制成功了全球最小的受送电线圈组件,证实可满足汽车充电时所需的电力输送,并在2014年4月与WiTricity公司签订了无线供电技术授权协议,开发电动汽车无线供电系统并推进相关业务。2014年初,经过近3年的讨论,美国汽车工程师协会( SAE)工作组就电动汽车无线充电国际标准的准输出功率和频带两项基本指标达成一致,将轻型电动汽车无线充电的标准频带确立在85千赫,频带范围为81.38—90.00千赫,这将有助于促进众多无线充电设施生产商的技术规范。根据RnRMarketResearch.com预测,到2019年车用无线充电市场规模将达到46亿美元。

2.电动车充电基础设施建设

纵然目前纯电动车和插电式混合动力车的数量还不是很多,但为了推广电动车商业化,许多国家加快建设电动车充电基础设施建设。

根据美国能源部公布的统计数据,截至2013年12月25日,美国境内共有6770台公共充电桩,比2012年增长了30%。越来越多的零售店、百货店等场所为丁吸引更多电动车用户购物开始设置充电桩。目前美国最大连锁药店沃尔格林部署的充电桩已经达到了389台;还有柯尔百货设置了62台充电桩,全食超市( Whole Foods)设置了41台充电桩。2013年4月,纽约州宣布在全州范围内设立360个电动车充电桩,其中2014年纽约电力公司( NYPA)将在纽约州的36个交通枢纽、停车场等位置设立100个带有智能充电功能的充电桩,另外260个充电桩由14家组织机构在纽约州能源研发机构( NYSERDA)  360万美元资助下设立。预计未来5年,纽约州将投入5000万美元在全州建立3000个充电桩,使4万辆纯电动车、插电式混合动力车上路。

根据欧盟的统计数据,欧盟目前的纯电动汽车充电站总量为11749个。虽然欧盟委员会在2013年1月《清洁燃料战略》中提出的到2020年在欧盟全境设置电动车充电站和替代燃料基础设施建设目标,最终在成员国反对下被取消,但爱沙尼亚、荷兰、法国等仍在积极推进电动车充电设施的建设。爱沙尼亚在2013年2月建成了世界上首个全国性电动车快速充电网络,在公路沿线和城镇安装了由ABB集团生产的165台快速充电器,采用直流充电,30分钟内即可完成。荷苎目前也在规划全国性的汽车充电站建设,计划由荷兰法斯奈德公司在高速公路旁建造电动车充电站,每个充电站装配4~8个快速充电器,由ABB集团提供电力和自动化技术,预计2015年全面建成200个以上充电站,以构成一个50千米之内必有充电站的全国性充电网络。此外,法国国民议会在2014年5月通过一项社会党法案,作为生产振兴部长提出的“新工业法国”的34个计划之一,在2014年底之前将目前所拥有的充电站数量翻一番,以加快和促进电动汽车的充电设备在法国的推广和发展。

日本政府也在全力以赴建设和完善新一代汽车充电基础设施。目前日本境内的普通充电器数量为1700台,快速充电器为3000多台。2013年初,日本政府通过预算修正案,为充电桩建设划拨1005亿日元预算,最高补贴2/3的充电桩本身费用及工程费用,力争新建约10万台充电器。这项政策使得快充充电桩本身的实际价格最低可以降至45万日元,大大减轻了设置者的负担。各都道府县随之纷纷制定纯电动汽车及插电式混合动力车充电器设置计划,以获取日本经济产业省的补贴。2013年7月,丰田、日产、本田和三菱就共同推进电动汽车充电器的设置工作及构建便捷的充电网络服务达成一致,为提交申请的充电设备设置企业提供部分设置费和维护费等支援,在大型购物中心、建材超市、家庭餐馆等商业设施和高速公路服务区、公路休息站等停留时间较长的经由地充电点设置8000座普通充电器和4000座快速兖电器,并与各家公司投资的现有充电服务公司合作为用户提供便捷的充电基础设施网络服务。

3.电动车充电与区域能源管理联动

能源政策的模式转变推动了可再生能源的大量采用和智能电网的发展,并具有在将来实现大规模区域管理的可能性。由此,电动车充电不再是一项单独的技术,而是整合成为区域能源管理的重要环节。

越来越多的普通家庭参与到“需求响应”( DR)实证实验中,通过智能电网(V2H)实现汽车与家庭的双向电力授受,将电动车充电纳入区域能源管理范畴进行共同联动,利用信息通信技术精密控制电力需求,通过蓄电池实现工厂电力需求削峰。例如欧洲结合大量可再生能源,开发以分布式电源为主体的智能电网关键技术,即“虚拟电厂”,并采用“整体分析”(holistic approach)的方式构筑智慧城市,同时考虑能源、交通工具及废弃物问题并予以解决,以实现以公共交通工具为轴心的紧凑型城市及彻底实现回收利用的零排放型社会。日本将通过智能电网综合控制地区内的分布式电源、蓄电池及需求响应的机制称为“地区能源管理系统”(CEMS)。从2012年开始,日本横滨、北九州、爱知、京阪奈等地区开展智能社区、生态城市、低碳社会实证项目,利用可再坐能源进行住宅能源管理系统( HEMS)管理,并将“能源信息管理系统”(EDMS)通过“交通信息管理系统”(TDMS)与新一代交通工具实现联动,实现城市电力供需和社区交通信息的整体优化利用(表3)。此外,2013年美国电力生产商NRG Energy的子公司eV2G通过与电网运营商PJM合作,交换电动汽车接入电网(V2G)电力而实现了创收;美国国防部开展的示范项目增强了加州ISO(CAISO)基地电动汽车车队的V2G发展,2014年将启动另一个基地V2G项目。


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(四)车载电子控制技术发展动态

安全永远是汽车领域的最重要主题之一。汽车工业发展一百多年,汽车科技工作者已经对汽车灯光、视野、制动、操纵稳定等性能进行深入研究,形成了传统的汽车安全技术体系。其后,以雷达、摄像机为传感器的自适应巡航(ACC)、前向碰撞预警、车道偏离警告(LDWS)、驾驶员驾驶状态监测、自动紧急制动(AEBS)、电动助力转向(EPS)、应急转向辅助(ESA)、主动夜视系统等各类先进驾驶辅助系统为车辆的稳定性控制提供了全新的技术方案,形成了多技术、多系统、多功能融合的新一代汽车主动安全技术。再有,无线通信技术展示了车联网宏图,车内网、车际网、车联网技术共同推动汽车安全领域的愈加智能化。

1.雷达、车载摄像头等传感器技术进步和设备应用持续扩展

主动安全技术是基于各种监测器、感应器和精益控制技术为基础的。因此,车载摄像头、雷达等传感器设备是主动安全技术应用的重要一环。组合使用车载摄像头、毫米波或激光雷达,可大大提升设备的识别准确度,有助于信息高度处理并进行驾驶辅助。2013年,众多整车和零部件企业将其作为主要研发目标之一,结合应用到新能源汽车中。

毫米波雷达领域。松下在“第20届智能交通世界大会”上展示了可分别识别汽车、行人及自行车的79吉赫(GHz)频带毫米波雷达,采用编码脉冲调制方式,以0.1秒以下的数据更新周期高速扫描进行检测,能够以20厘米的距离精度来区分、检测前方40米处的汽车、低速的行人及自行车。这项研发是日本总务省实施的“79GHz频带雷达系统的高级化相关的研究开发”的成果之一,在日本申请了27项专利,在其他国家申请了14项专利。此外,富士通研究所开发出了可高精度、高速实施毫米波雷达干扰模拟的技术,使用通用计算机而不是以往所需的大容量内存和高性能处理器即能实施,有助于促进防干扰算法的开发,防止物体漏识及误识,开发可靠性更高的车载雷达。

激光雷达领域。激光雷达是实现自动控制车速等主动巡航控制系统(ACC)以及自动驾驶时使用的核心技术,但是目前能够采购到的产品十分有限,各公司开展的自动驾驶实验大多使用的是美国Velodyne公司制造的激光雷达。2014年3月,丰田中央研究所试制出了近红外绒激光雷达系统,以6面的多面反射镜来扫描波长为870纳米的激光,由专用芯片接收对象物的反射光,配备在行驶中的汽车上,以三维方式识别周围的行人、汽车、建筑物及地形等,并与地图信息对照以推断当前位置。

车载摄像头领域。近几年欧美在汽车制造和评估相关规则方面进行了变更,推动车载摄像头的普及。美国通过《KT法》(Kids and Transportation Safety Act),要求从2017年开始所有新车必须安装一个以上的后视摄像头。以审查严格而著称的欧洲汽车安全测试“E-NCAP( The European New Car Assessment Programme)”从2013年开始在新车评估中对配备车载摄像头的汽车赋予了更高分数。为符合欧美在这一领域的相关规定,越来越多汽车企业将车载摄像头纳入主力车型标配领域,很多小型车也将进行配备。日本生产车载摄像头的部件企业表示,到2015年一辆汽车配备车载摄像头数量将从目前的3—4个激增到12—15个。

随着技术的演进,车载摄像头和雷达成本正在逐渐下降,在角度控制、运行速度、多目标、3D定位、快速实时更新、高可靠性、高环保性等方面不断取得进步。富士CHIMERA综研数掘显示,2012年使用车载摄像头和毫米波雷达的安全和传感设备全球市场规模为4976亿日元。2013年估计增加27%,从2014年开始这一市场将快速扩大,预计到2022年将膨胀到2012年的3.6倍。

2.驾驶辅助系统快速发展

先进驾驶辅助系统( advanced driving assistant system,ADAS)是近年来在主动汽车安全领域的焦点之一,主要涵盖前方车辆追踪、车道偏离警示、泊车辅助、定速巡航、自动紧急制动等多种功能。富士重工业、丰田、本田、电装等众多汽车企业和电子设备厂商推进这一领域技术开发。

富士重工业早在2008年就推出了先进驾驶辅助系统“EyeSight”,截至2013年9月的累计配备数量已经达到了大约15万辆,在新车中的配备率高达8成左右。2013年10月富士重工业发布了“EyeSight”第三代产品,新增方向盘自动控制功能“车道保持辅助”,将车辆保持在车道中央以及防止车辆偏离车道,并可实现“AT误倒车抑制控制”、防侧滑和辅助躲避功能;立体摄像头的检测距离扩大了40%,与前方车辆之间的相对速度条件从原来的30千米/小时提高至50千米/小时;检测角扩大了40%,铯及早识别横穿马路的行人并启动自动制动功能;图像传感器由单色产品变更为彩色产品,能够识别红灯和前车的刹车灯。

丰田在2013年5月实施“利用信号灯信息的驾驶辅助系统”公路行驶实验。该试验是丰田推进的“基础设施协调安全驾驶辅助系统”开发的一环,通过该系统将信号灯的颜色信息发送至车载系统,以提醒驾驶员提前减速。2013年10月,丰田在2012年雷克萨斯“ LS ”采用的“ 针对行人的预防碰撞安全系统(PCS)”中增加了自动操舵功能,利用激光雷达检测行人并在车辆快要与行人发生碰撞时通过自动操舵避免碰撞,计划在2010年代后半实现实用化。

本田在2013年4月开发出了辅助系统“city-brake active system”,通过安装在前车窗上部的激光雷达识别前方车辆,在车速低于30千米/小时时防止追尾事故,与侧气囊及侧面帘式气囊组合在一起成为“safety package”,配备于新款“飞度”上。2014年4月,本田与日本枥木县警方及UTMS协会合作,对利用交通信号灯信息的驾驶辅助系统展开公路实证试验。这是本田迄今一直在参与的新交通管理系统UTMS的一部分,通过使用路旁设置的光信标获得的信号灯信息以及自车位置及速度使车辆顺利通过十字路口,验证急减速及急加速等车辆变化、二氧化碳减排与燃效改善效果以及对交通流的影晌。

电装在2014年4月将其可根据驾驶员面部图像实时检测驾驶状态的“驾驶员状态监测器”应用于日野汽车的大型卡车改进版“日野Profia”、大型观光巴士“日野S'elega”以及“日野Profia电动冷藏车”。这是电装的驾驶状态检测器首次被用于市售车辆。这款驾驶员状态监测器将近红外线摄像头与电子控制单元(ECU)设计为一体,根据摄像头拍摄的驾驶员图像分析其面部朝向及眼睛张开情况等,由此来检测驾驶员的驾驶状态。除了这些驾驶辅助设备外,日野汽车还应用了许多自动制动技术,包括配备在大型卡车与客车上的碰撞伤害减轻制动器“PCS”以及小型卡车上的防侧滑装置“VSC”。日野还在计划开发即使不踩制动踏板也可使车辆停止在障碍物前的技术。

爱信精机及爱德克斯(ADVICS)等所属的爱信集团开发出了当驾驶员注意力不集中时实施自动刹车的技术以及自动泊车技术,在2013年10月第20届ITS世界会议上进行演示。前者是设想在最高时速限制为30千米/小时的生活道路“Zone 30”上使用的技术,利用配置在方向盘中央附近的摄像头来识别驾驶员的面部朝向及目视方向等,在判定驾驶员注意力不集中的情况后迅速发出警告并自动刹车,并便用手机网络将“ 注意力不集中 ”的信息发送至数据中心。后者是爱信集团和丰田2003年推出的“智能泊车辅助(IPA)”技术的进化版,全自动控制方向盘、油门及制动踏板。

还有,丰田、松下、冲电气、电装等企业开发出了利用700兆赫频带车车间通信的安全驾驶辅助系统,将原来用于传输模拟电视的700兆赫频带应用于可为安全驾驶提供支持的车车间通信系统,在十字路口等不易分辨交通情况的场所,通过让汽车之间预先相互通信,来通知驾驶员其他车辆正在靠近,提醒其注意躲避碰撞。

除了企业之外,多国政府为了推动驾驶辅助系统普及而强化相关法规或标准。欧洲的新型车安全性评价标准“EuroNCAP”,预定从2014年开始在评价项目中追加自动刹车和车道偏离警报,2016年开始追加包括行人检测在内的自动刹车项目。日本规定从2014年11月开始必须在大型巴士和卡车上配备自动刹车功能。美国国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)和美国高速公路安全保险协会( IIHS)在2013年启动自动避撞技术检测标准研究。NHTSA将在2013-2016年期间投入2500万美元,跟踪记录实际发生的相关行驶事故,在积累数据的基础上对相关产品的效果进行比校、判断,最终制定相关标准,并考虑对汽车的避撞性能给予评定。美国高速公路安全保险协会通过机器人自动跟踪记录车辆、汽车自动驾驶程序、专用跑道高度精确定位等方式,拟定了自动制动系统检测标准,计划结合实际车辆的保险统计数据来对检测结果进行验证。这些法规和标准推动各类驾驶辅助系统不断从高档车向轻型车和小型车普及(表4)。


 

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