مقدمة: منذ عام 1879، السيارة كارل بنز أول من مرسيدس-بنز، فإن تاريخ السيارة وثيق إلى 140 سنة، 140 سنة، وشكل السيارة شهدت تغيرات هائلة، وذلك في المستقبل، فإن صناعة السيارات أن يحدث إذا كان أكثر قسوة تغيير ذلك؟ بعد 20 عاما، فإن السيارة تبدو وكأنها؟ اليوم، التي رفعتها معهد بحوث نيكي، التوقعات NE على مدى السنوات ال 20 المقبلة بعد صناعة السيارات للجميع.
نسبة كهربة السيارات هو المفتاح لتحديد اتجاه توليد القوة، والتي سوف تؤثر بشكل كبير على مزايا مصنعي المحركات اليابانية لديها الاتجاه المستقبلي للتنمية.في عام 2017، بدأت السيارات الكهربائية للوصول الشامل إلى وتيرة الصين وأوروبا تحويل إيف تدريجيا. الصين من 2019 إلى نقاط الطاقة الجديدة، إلزامية مصنعي السيارات لتصنيع وبيع المركبات إيف. سياسة الحكومة الصينية القوية لتعزيز وجود شعور إيف العالمي.الكهرباء من السوق الأوروبية، بما في ذلك الجمهور في ضمن العملاق الأوروبي في حصة السوق الصينية ليست ذات صلة، لديهم أي خيار للصين.
ومع ذلك، وبحلول عام 2030، ينبغي ألا ترتفع حصة المركبات الكهربائية في آن واحد (الشكل 1)، ويرى أن مبيعات السيارات الجديدة تشكل حوالي 10٪ من المركبات الكهربائية هي التيار الرئيسي، وحتى إذا كانت أسعار البطارية رخيصة بما فيه الكفاية، فإن معظم الناس لا تزال أعتقد الشحن على المدى الطويل، شحن البنية التحتية من الصعب حل المشكلة (الشكل 2).
الشكل 1 التغيرات في تكوين ناقل الحركة في السوق الرئيسية
ويبين الجدول أعلاه النتائج المتوقعة من اليابان ديلويت للاستشارات المحدودة للتغيرات في السوق في أوروبا والولايات المتحدة واليابان والهند وخمسة بلدان أخرى في الاتجاه العام للسيارات الكهربائية الصاعد، يمكننا أن نرى فعلا أن قيمة التوقعات متواضعة نسبيا بحلول عام 2030. نيكي أون لاين وباستخدام هذه التوقعات، نحسب القيمة الفعلية الممكنة مع الإشارة إلى منحنى اختراق هيف في اليابان، ونعتقد أن السوق العالمية للسيارات الكهربائية ستصل إلى حوالي 4 ملايين بحلول عام 2025 وحوالي 10 ملايين بحلول عام 2030.
الشكل 2 توقعات سعر بطارية ليثيوم أيون (واصلت أسعار الخلايا في الانخفاض، وصولا الى 100 دولار / كيلووات ساعة بحلول عام 2022)
وتتباين تقديرات معدلات إيف من قبل مختلف معاهد البحوث اختلافا كبيرا من 1.6٪ إلى 26٪ بحلول عام 2030. وبطبيعة الحال، فإن شركات النفط سوف تكون صغيرة، في حين أن تلك التي لديها أكثر من 20٪ ستكون مالية. القيم المتطرفة، والمحللين الصناعة اليابانية يعتقدون عموما أن قيمة حوالي 10٪.
ولذلك، فإن شركات صناعة السيارات في اليابان لديها ما يكفي من الوقت للتحضير لمركبات الطاقة الكهربائية، بل على العكس من ذلك، سيكون من الخطورة جدا أن تتحول تماما إيف والسيارة محرك الأعمال إلى الانحناءات في آن واحد، لأن نسبة إيف حوالي 10٪ ليست كافية الأرباح من محرك الأعمال القائمة.
أبحث إلى 2040 كهربة السيارة
إذا المصنعين اليابانيين كهربة حريصة، لا يمكننا أن نتجاهل خطورة استخدام الوضع في الصين. وبحلول المزايا في وقت مبكر من تكنولوجيا المحركات الإفراج عنهم، إلى التكنولوجيا ذات الصلة EV العالمية لتحقيق منخفضة التكلفة كسلاح، والتي تتجاوز صعود الصين.
اللوائح NEV الصين على عدد من الشركات اليابانية لديها شعور قوي من التنافس، على الرغم من مبادرة كهربة الصين الرامية إلى تحسين تلوث الهواء، ولكن حتى الآن قد يكون الحل الحقيقي للسيارة اتش اى فى لاستبعاده من الكائن الصين تويوتا وهوندا استخدام التنبيه الشركات اليابانية لديها قوة تقنية قوية من الميدان. ونتيجة لذلك، هل يمكن أن نتوقع بحلول العام 2030، الشركات اليابانية لم (ناكانيشي معهد صناعة السيارات وشجرة الابناء الغربية) واستراتيجية تدفق الكهربائية مع الصين وأوروبا.
من ناحية أخرى، فإن كهربة الوضع بين الصين وأوروبا يكن لديك لجعل الشركات اليابانية حول لهم ولا قوة. ديسمبر 2017 أعلنت شركة تويوتا شراكة مع بطارية اليابانية، على ما يبدو تهدف إلى إقامة تحالف الياباني في قلب بطاريات السيارات الكهربائية، التي لا تعتمد على مبنى آلية الصين.
في العشرينات من القرن العشرين، كان من المرجح أن يقدم صانعو البطاريات الصينيون أرخص بطاريات ليثيوم أيون في العالم لأن حجم الإنتاج سيؤثر بشكل مباشر على القدرة التنافسية لبطاريات الليثيوم أيون.وقد قام المصنعون الصينيون باستثمارات ضخمة في سياق نقاط نيف ، وهناك خطة الإنتاج على نطاق واسع من مبادئ شراء قطع غيار السيارات من وجهة نظر، وتتطلع لشراء بطاريات من الصين، ولكن إذا كانت المكونات الرئيسية للإمدادات إلى شعور قوي من المقاومة في اليابان والصين، سيكون هناك خطر كبير ويمكن القول أن التعاون بين تويوتا وماتسوشيتا أن يكون محاولة لتعزيز نقطة شراء بطارية مستقرة في اليابان بعد صعود المصنعين الصينيين.
نتطلع إلى 2040، فإن غالبية التوقعات السائدة تنظر في أن نسبة إيف سوف تتجاوز 30٪ .Research المؤسسات هي على الأرجح التوقعات الهندسية العكسية من قبل "الدفع" لأن انبعاثات CO2 العالمية سوف تحتاج إلى تخفيض بنسبة 90٪ ، وبالتالي تتطلب نسبة إيف حوالي 30٪، والتي بطبيعة الحال هو مستوى يجب أن تهدف العالم نظرا لاستجابة الاحترار العالمي.
ويركز المحرك على كفاءة عالية في مجال عالية السرعة
وكهربة لن يحدث بين عشية وضحاها، ولكن نسبة اتش اى ارتفاعا حادا. دفع الرئيسي الأوروبي من 48V الطاقة المنخفضة من السهل HEV سوف تظهر النمو الهائل، في عام 2020 العقد السابق وسوف نصف تصل الى 10 مليون وحدة الحجم، وبحلول منتصف عام 2030 وصلت 30 مليون وحدة الحجم. ثم، تدريجيا وحلت محلها EV، وما إلى ذلك، تميل إلى الانخفاض. بحلول عام 2030، سوف تويوتا وهوندا قوية اتش اى فى الطاقة العالية تزيد تدريجيا إلى مقياس من 10 مليون وحدة، متوافقة مع 48V اتش اى فى الطاقة العالية سوف تظهر بعد عام 2020، وذلك لتعزيز السوق التنمية.
حول اختراق كهربة هو الأكثر صعوبة لرؤية وتنقسم المؤسسات مشاهدة البحث PHEV. أيضا إلى فصيلين، التي تتوقع JP مورغان للأوراق المالية، PHEV سوف يكون في حالة ركود، وإلى 2028 لتصل إلى 600 مليون لحجم القيمة القصوى، ومن المتوقع أن الركود بعد ذلك سوف. ويستند هذا الرأي أساسا على الأنظمة البيئية الولايات المتحدة والصين التأكيد على شعبية EV بدلا من PHEV. من ناحية أخرى، ديلويت توش توهماتسو (ديلويت توهماتسو) شركة استشارية تتوقع سوف 2030 PHEV في السوق الرئيسي لأكثر من 1300 مليون وحدة في حجم في 2040 تصل إلى 60 مليون تايوان، وذلك أساسا بسبب متطلبات الطاقة العالية ومبسط نوع اتش اى نوع التحويل نحو PHEV.
من حيث البطارية، مع صعود المصنعين الصينيين، سيتم تخفيض سعر بطارية ليثيوم أيون تدريجيا في حين أن الحالة الصلبة بطارية ليثيوم أيون سيتم وضعها في الاستخدام العملي (الشكل 3) تخطط تويوتا لإنتاج كميات كبيرة في منتصف 2020s جميع الصلبة حالة البطارية هي الخطة الأكثر راديكالية، ولكن يمكن تقصير الوقت الشحن، كثافة الطاقة يمكن أن تزيد إلى حد كبير.
الشكل 3 بالكهرباء علاج تحويل المواد الإيجابية والسلبية فرصة
في النصف الأول من 2020s، والبطاريات التي تستخدم الشوارد الصلبة كبريتيد سوف تظهر، وبعد ذلك، سيتم استبدال المواد الإيجابية والسلبية مع مواد جديدة، مما أدى إلى زيادة كبيرة في كثافة الطاقة.
البطارية أعلاه هو استبدال بالكهرباء من السائل إلى الصلبة، والقدرة على زيادة القدرة لأن بالكهرباء الصلبة أكثر سهولة من المنحل بالكهرباء لتحسين الاستقرار، والتي يمكن تطبيقها على الكثافة الحالية للمواد القطب أكثر إيجابية والسلبية، وبطبيعة الحال، في البداية المتاحة تجاريا جميع البطاريات الحالة الصلبة هي الشوارد الصلبة التي تستخدم الكبريتيدات، ولكن الأقطاب الموجبة والسالبة لا تزال البطاريات الثلاثي القائم على الجرافيت من المواد التقليدية، وكثافة الطاقة لا يمكن أن تتحسن كثيرا، ويرجع ذلك أساسا إلى وقت الشحن تقصير.
حتى عام 2030، والمواد القطب الموجب تستخدم الكبريت (S)، وذلك باستخدام الكثافة المعدنية الليثيوم السلبية المواد القطب الطاقة بطارية ليثيوم الكبريت يمكن أن تصل إلى ما يقرب من ثلاثة أضعاف المستوى الحالي لل700Wh / كجم. وبعد عام 2030، واستخدام "القطب الهواء" باعتباره القطب الموجب، وهو معدن الليثيوم كما سلبية كل الحالة الصلبة بطارية ليثيوم الهواء لديه إمكانية كبيرة لتحقيق كثافة الطاقة المستهدفة هو أكثر من 5 أضعاف المستوى الحالي من 1500Wh / كغ.
حتى عام 2030، والتركيز على تطوير المحركات سوف تركز على تحسين الكفاءة في عملية عالية السرعة.السيارات إيف الحالية التي تقود على مدى 100km / ساعة سيكون أقل بكثير المبحرة المدى لأن كفاءة المحرك، إلى جانب البطارية، (الشكل 4)، والحل القوي لهذه المشكلة هو التطبيق العملي لمحرك تدفق متغير التي يمكن أن تختلف كثافة تدفق اعتمادا على نطاق سرعة التشغيل.
الشكل 4 المحرك في منطقة عالية السرعة الدورية هو أكبر ضعف لعدم الكفاءة
في الوقت الحاضر، وكفاءة السيارات الكهربائية بسرعة عالية على مدى 100km / ساعة سوف تقلص إلى حد كبير، وذلك بسبب الحاجة إلى إضعاف السيطرة الميدانية في منطقة دوران عالية السرعة، ومن أجل تحسين كفاءة مجموعة عالية السرعة، أحرز تقدم كبير في تطوير متغير تدفق السيارات.
عندما تزداد سرعة المحرك، يزيد إمف الخلفي، ولكن سرعة لا يمكن أن تزيد على الرغم من أن التحكم في ضعف تدفق تنتج تدفق عكسي، ولكن الزيادات الحالية، وانخفاض الكفاءة. متغير تدفق المحرك يمكن تغيير كثافة تدفق المغناطيسي، لذلك لا تعتمد على إضعاف السيطرة المجال المغناطيسي.
بعد المزهرة 2030 قد يكون محرك المغناطيس النيوديميوم باستخدام الحاضر، والدراسات جارية للجيل القادم من المغناطيس، والقوة المغناطيسية العادية القوة المغناطيسية مرتين في 180 ° C، وهذا قد يؤدي إلى تصغير كبير من السيارات.
هناك نوعان من المواد واعدة، واحد هو 1-12 سلسلة المغناطيس النادر الأرض مع نسبة 1: 12 من العناصر الأرضية النادرة للحديد (في) جامعة شيزوكا للتكنولوجيا، بالتعاون مع تويوتا، اكتشفت استخدام السماريوم (سم) 1-12 المغناطيس والآخر هو مغناطيس من الكريستال L10 نوع هيكل يتكون من الحديد والنيكل (ني)، مع استخدام الحديد وني في كميات كبيرة في الطبيعة لإنتاج القوى المغناطيسية يعادل تلك المغناطيس النيوديميوم. درجة الحرارة كوري المغناطيسي هو 550 ℃، أعلى من المغناطيس النيوديميوم فوق 200 ℃.
ومن الممكن أيضا استخدام نتس (أنابيب الكربون النانوية) كما اللفات حوالي 2040. الأسلاك النحاسية يمكن أن تكون أخف وزنا بكثير لاستبدال نت نتس هي مواد أسطوانية مع حلقة الكربون ستة أعضاء مع قطر على ترتيب نانومتر. بالإضافة إلى الموصلية الكهربائية ممتازة والتوصيل الحراري، ونوعية الألومنيوم هو نصف فقط.
الماس MOSFET لتحقيق ذلك
وحدة تنسيق المشروع الأساسية الترانزستور التحول تحويل الطاقة الدوائر تصاعد المتطورة المستخدمة لتحقيق الاتفاق وكفاءة. على الرغم من أن التيار الحالي أو السيليكون (سي) IGBT (بوابة معزول الترانزستور ثنائي القطب)، ولكن كربيد السيليكون (كذا) MOSFET المواد (معدن أكسيد أشباه الموصلات تأثير الحقل الترانزستور) ومن المتوقع 2020s شعبية (FIG 5). مقارنة مع سي، وفقدان يمكن خفضها الى 10/01، وتواتر حملة ويمكن أن تزيد 10 أضعاف. ومع ذلك، وكيفية الحد من السعر الحالي هو أكبر مشكلة، ولكن مع تطور رقاقة ذات القطر الكبير، فإن السعر سيستمر في الانخفاض. بالإضافة إلى ذلك، في عام 2020 التطبيق العملي للنيتريد الغاليوم (الجاليوم) MOSFET من المرجح أن يبدأ أيضا.
5 عملية التصنيع دينسو كربيد رقاقة من FIG.
دينسو على تطوير تقنية، يتم تسخين مسحوق المواد الخام كربيد في ارتفاع درجة حرارة 2300 درجة.] C، بحيث نمو البلورات على الكريستال البذور كربيد ذات جودة عالية. ويقال أن النمو في قطر 150MM، سمك 20MM من الكريستال يحتاج إلى أكثر من 100 ساعة. معدات التصوير التي DENSO، والصور، ويفر من قبل مجلة نيكي اتخاذها.
2030، وأكسيد الغاليوم (Ga203) من MOSFET في طريقة العرض. وهو أكثر تكلفة من كربيد أو الجاليوم، ويمكن تحقيق نفس أو أعلى أداء التبديل. ومنذ عام 2040، المعروفة باسم '[أبوس أشباه الموصلات في نهاية المطاف يمكن وضع الماس من نوع MOSFET الاستخدام العملي. فمن وراء كل الخصائص الفيزيائية للمواد الموجودة، مثل سيولتها، والتوصيل الحراري وما شابه ذلك.
نتوقع أن في تطوير محرك الاحتراق الداخلي، والكفاءة الحرارية لمحركات البنزين محرك 2020 سيصل إلى حوالي 45٪، بحلول عام 2030 أكثر من 50٪، بينما في 2040 سوف تصل إلى أكثر من 60٪، والمفتاح لتحقيق 45٪ من حرق فائقة العجاف التي كتبها نظرية الاحتراق وصل الغاز مزيج الهواء والوقود أكثر من 2 مرات تحقيقه. مازدا قد يكون أول إنتاج كتلة في العالم من الشركة في 2019 (الشكل 6).
FIG محرك 6 البنزين التطور السريع
(A) إنتاج نيسان محرك البنزين وجود آلية نسبة ضغط متغاير بصورة لا متناهية في عام 2018. (B) وأكثر من 30 مازدا تحقيق فائقة العجاف الهواء والوقود نسبة الاحتراق ستبليس متغير محرك نسبة ضغط تجاريا في 2019. الصور هي من نيسان ومازدا.
تخطط نيسان لتطوير محرك لاستخدامها في توليد هيف حوالي عام 2025 بهدف تحقيق كفاءة حرارية تزيد عن 50٪، وسيتم بناء المحرك باستخدام محرك معدل ضغط متغير يتم إنتاجه بكميات كبيرة في 2018 وسيحقق السفر الطويل. وأصبح تطوير المحركات المعزولة مفتاح زيادة الكفاءة الحرارية في عام 2030. واكتشاف المواد الجديدة التي تحمي حراريا جدران الاسطوانة يقلل من فقدان التبريد الذي يمثل الجزء الأكبر من خسائر المحرك، وبحلول عام 2040 إذا استعادة الحرارة و دورة مشتركة، والكفاءة الحرارية قد تصل إلى 60٪ أو أكثر مقارنة مع محطات الطاقة الحرارية ذات الكفاءة العالية.
