Introduction: Depuis 1879, la première Mercedes Benz de Benz à Benz est une voiture qui a une histoire de près de 140 ans, et depuis 140 ans, la forme d'une voiture a subi d'énormes changements: à l'avenir, l'industrie automobile sera-t-elle plus violente? Qu'est-ce que la voiture va changer en 20 ans? Aujourd'hui, l'Institut de recherche NE apporte Nikkei Nouvelles pour la grande prédiction de l'industrie automobile dans les 20 prochaines années.
Ratio d'électrification automobile est la clé pour déterminer la tendance du groupe motopropulseur, ce qui affectera grandement les avantages des fabricants de moteurs japonais ont l'orientation future du développement.En 2017, les véhicules électriques ont commencé à un accès universel au rythme de la Chine et l'Europe EV conversion progressivement clair.La Chine à partir de 2019 dans les nouveaux points d'énergie, les constructeurs de véhicules obligatoires pour fabriquer et vendre des véhicules EV.Politique forte du gouvernement chinois pour promouvoir l'existence d'un sens global EV.Electricization du marché européen, y compris le public dans le Au sein du géant européen dans la part de marché chinois n'est pas sans rapport, ils n'ont pas le choix pour la Chine.
Cependant, d'ici 2030, la part des véhicules électriques ne devrait pas augmenter d'un seul coup (Figure 1) .Le point de vue selon lequel les ventes de voitures neuves représentent environ 10% des véhicules électriques est le courant dominant. Toujours penser à long terme de charge, l'infrastructure de charge est difficile à résoudre le problème (figure 2).
Figure 1 Principales modifications de la configuration du groupe motopropulseur du marché
Sur la table du cabinet de conseil en marché japonais Deloitte changement pour le Japon et l'Europe et les États-Unis et l'Inde 5 prédictions dans la tendance générale des véhicules électriques haussiers en fait, vous pouvez voir la valeur prédite à l'horizon 2030 est relativement modeste. Nikkei en ligne en utilisant cette valeur prédictive, tandis que la courbe de référence de popularité japonaise de VHE pour calculer la valeur de la réelle possible pour obtenir que le marché du véhicule électrique mondial en 2025 atteindra 400 millions d'unités, l'échelle de 2030 atteindra environ 10 millions.
Une batterie lithium-ion 2 en prévision du prix de la figure (baisse des piles baisse des prix pour 2022 100USD / kwh)
Les estimations des taux de VE par divers instituts de recherche varient considérablement de 1,6% à 26% d'ici 2030. Bien entendu, les compagnies pétrolières en feront de petites, alors que celles qui en ont plus de 20% seront financières. Les valeurs extrêmes, les analystes de l'industrie japonaise estiment généralement que la valeur est d'environ 10%.
Par conséquent, les constructeurs automobiles japonais ont suffisamment de temps pour se préparer aux véhicules électriques, et au contraire, il serait très dangereux de transformer complètement les véhicules électriques et de faire tourner les moteurs à la fois, car le ratio EV d'environ 10% ne suffit pas Les bénéfices de l'activité moteur existante.
Vous cherchez à l'électrification de voiture 2040
Si les fabricants japonais électrification désireux, nous ne pouvons ignorer le danger de l'utilisation de la situation en Chine. Par les avantages de la technologie des moteurs de libération anticipée, à la technologie liée à l'EV-universelle pour atteindre un faible coût comme une arme, qui vont au-delà de la montée de la Chine.
Les règlements de la Chine NEV sur les fabricants japonais ont un fort sentiment de rivalité, même si l'initiative d'électrification de la Chine visant à améliorer la pollution de l'air, mais encore peut-être la vraie solution de voiture HEV pour l'exclure de l'objet. Chine Toyota et Honda utilisent alerte les fabricants japonais ont une forte résistance technique du champ. par conséquent, vous pouvez vous attendre vers 2030, les fabricants japonais ont pas (Nakanishi Institut de l'industrie automobile et l'arbre filial de l'Ouest) et la stratégie de flux électrique avec la Chine, l'Europe.
D'autre part, l'électrification de la situation entre la Chine et l'Europe ne devra pas faire les fabricants japonais sans défense. Décembre 2017 Toyota a annoncé un partenariat avec la batterie japonaise, il semble destiné à établir une alliance japonaise dans le coeur des batteries de véhicules électriques, qui ne dépendent pas d'un bâtiment Le mécanisme de la Chine.
Dans les années 1920, les fabricants de batteries chinois étaient les plus susceptibles d'offrir les batteries lithium-ion les moins chères au monde car l'échelle de production affecterait directement la compétitivité des batteries lithium-ion. Il y a un plan de production à grande échelle des principes d'approvisionnement en pièces automobiles, du point de vue, cherche à acheter des batteries de Chine, mais si les composants clés de l'approvisionnement au sens fort de la résistance au Japon, il y aura un gros risque La coopération entre Toyota et Matsushita peut être considérée comme un effort pour consolider le point d'achat stable de la batterie au Japon après la montée en puissance des fabricants chinois.
Si l'on se tourne vers l'horizon 2040, la majorité des prédictions générales considéreront que le ratio EV dépassera 30%. Les institutions de recherche sont très probablement des projections d'ingénierie inverse par «pushback» parce que les émissions mondiales de CO2 devront être réduites de 90% , Exigeant ainsi un ratio EV d'environ 30%, ce qui est bien sûr un niveau que le monde devrait viser compte tenu de la réponse au réchauffement climatique.
Le moteur est axé sur le rendement élevé dans le domaine de la haute vitesse
Electrification ne se produira pas du jour au lendemain, mais la proportion de VHE augmentera fortement. Poussée européenne principale de 48V faible puissance facile HEV montrera une croissance explosive, en 2020 la première décennie et demie atteindra 10 millions échelle des unités, d'ici la mi-2030 atteint 30 millions échelle des unités. puis, progressivement remplacé par EV, etc., tend à diminuer. d'ici 2030, Toyota et Honda HEV robuste de grande puissance augmentera progressivement à 10 millions d'échelle des unités, compatible avec 48V HEV haute puissance apparaît après 2020, afin de promouvoir le marché développement.
A propos de la pénétration de l'électrification est le plus difficile de voir les PHEV. Voir les instituts de recherche sont également divisés en deux factions, dont JP Morgan Securities s'attend, PHEV sera en plein marasme, pour atteindre 6 millions d'ici 2028 la taille de la valeur maximale, devrait stagner après quoi il sera. ce point de vue repose principalement sur la réglementation environnementale des États-Unis et chinois mettent l'accent sur la popularité de EV au lieu de PHEV. d'autre part, cabinet de conseil Deloitte Touche Tohmatsu (Deloitte Tohmatsu) attend 2030 PHEV sur le marché principal de 1300 millions d'unités de taille en 2040 atteindra 60 millions Taiwan, principalement en raison des exigences élevées de puissance et une conversion de type HEV de type simplifié vers PHEV.
En termes de batterie, avec la montée en puissance des fabricants chinois, le prix de la batterie lithium-ion sera progressivement réduit tandis que la batterie lithium-ion à l'état solide sera utilisée (Figure 3). Est le plan le plus radical, mais le temps de charge peut être raccourci, la densité d'énergie peut être considérablement augmentée.
Figure 3 La polymérisation de l'électrolyte change les opportunités de matériaux positifs et négatifs
Dans la première moitié des années 2020, des batteries utilisant des électrolytes solides sulfurés apparaîtront, après quoi les matériaux positifs et négatifs seront remplacés par de nouveaux matériaux, ce qui entraînera une augmentation significative de la densité énergétique.
L'électrolyte de la batterie est remplacée à partir d'un liquide en un solide, est en mesure d'augmenter la capacité en raison de la densité de l'électrolyte solide pour améliorer la stabilité de l'électrolyte est plus facile, de sorte que la densité de la capacité actuelle plus grande de matériaux d'électrode positive et négative peut être approprié, bien sûr initialement commercialisé Bien que l'utilisation de tout à l'état solide est le sulfure batterie électrolyte solide, mais encore un matériau ternaire conventionnelle positive et négative de la batterie et de la densité de graphite d'énergie ne peut pas être beaucoup améliorée, principalement pour réduire le temps de charge.
Pour 2030, le matériau de la cathode utilise du soufre (S), la batterie au lithium-soufre avec anode en lithium métallique peut atteindre la densité d'énergie de 700Wh / kg soit près de 3 fois le niveau actuel, et après 2030, Le lithium comme une batterie au lithium-air négative à l'état solide a une grande possibilité d'atteindre sa densité d'énergie ciblée est plus de 5 fois le niveau actuel de 1500Wh / kg.
Jusqu'en 2030, le développement moteur se concentrera sur l'amélioration de l'efficacité du fonctionnement à grande vitesse: les véhicules électriques existants roulant à plus de 100 km / h auront une plage de croisière nettement plus basse car l'efficacité du moteur, outre la batterie, (Figure 4), et une solution solide à ce problème est l'application pratique d'un moteur à flux variable qui peut faire varier la densité de flux en fonction de la plage de vitesse de fonctionnement.
Figure 4 moteur dans la zone de rotation à grande vitesse est la plus grande faiblesse de l'inefficacité
Actuellement, l'efficacité des véhicules électriques à grande vitesse au-dessus de 100 km / h sera considérablement réduite en raison du besoin d'un contrôle d'affaiblissement du champ dans la région de rotation à grande vitesse.
Lorsque la vitesse du moteur augmente, la force contre-électromotrice augmente, mais la vitesse ne peut pas augmenter Bien que la commande d'affaiblissement du flux produise un flux inverse, mais que le courant augmente, le rendement diminue. Le moteur à flux variable peut modifier la densité du flux magnétique, donc ne dépend pas de l'affaiblissement du contrôle du champ magnétique.
Les moteurs actuels à aimant néodyme sont susceptibles de fleurir après 2030. Actuellement, la recherche sur la prochaine génération d'aimants est en cours et la force magnétique atteindra deux fois la force magnétique des aimants conventionnels à 180 ° C, ce qui peut entraîner une miniaturisation du moteur.
Il y a deux matériaux prometteurs, l'un est un aimant de terres rares de la série 1-12 avec un rapport de 1: 12 d'éléments de terres rares au fer (Fe) .Université de technologie de Shizuoka, en collaboration avec Toyota, a découvert l'utilisation du samarium (Sm) Les aimants 1-12 et l'autre est un aimant de la structure cristalline de type L10 constitué de Fe et de nickel (Ni), avec l'utilisation de Fe et Ni en grande quantité dans la nature pour produire des forces magnétiques équivalentes à celles des aimants néodyme. La température de Curie magnétique est de 550 ℃, plus élevée que l'aimant de néodyme au-dessus de 200 ℃.
Il est également possible d'utiliser des NTC (nanotubes de carbone) comme enroulements vers 2040. Le fil de cuivre peut être considérablement plus léger pour remplacer les NTC. Les NTC sont des matériaux cylindriques avec un anneau de six atomes de carbone d'un diamètre de l'ordre du nanomètre. En plus d'une excellente conductivité électrique et thermique, la qualité est seulement la moitié de celle de l'aluminium.
MOSFET de diamant peut y parvenir
PCU transistor de noyau de commutation évoluant utilisé pour réaliser un appareil compact et efficace de montage de circuit convertisseur de puissance. Bien que le courant principal de courant ou de silicium (Si) IGBT (grille isolée de transistor bipolaire), mais le carbure de silicium (SiC) MOSFET de matériau est prévu (semi-conducteur d'oxyde de métal champ transistor Effect) popularité des années 2020 (Fig. 5). par rapport à Si, la perte peut être réduite à 1/10, la fréquence d'excitation peut être augmenté de 10 fois. Cependant, la manière de réduire le prix actuel est le plus grand problème, mais avec le développement de la tranche de grand diamètre, le prix continuera à diminuer. en outre, le MOSFET de 2020 l'application pratique de nitrure de gallium (GaN) est également susceptible de commencer.
Figure 5 Procédé de fabrication de plaquette de SiC
Denso développe une technique, la poudre de matière première de SiC est chauffé à une température élevée de 2300 °.] C, de sorte que la croissance des cristaux sur le cristal germe de SiC de haute qualité. Il est dit que la croissance de diamètre 150 mm, épaisseur de 20 mm du cristal prend plus de 100 heures. Photo de l'appareil photo de DENSO, photo de la plaquette avec l'aimable autorisation de Nikkei.
2030, l'oxyde de gallium (Ga203) du MOSFET en vue. Il est plus cher que le SiC ou de GaN, et peut atteindre les mêmes ou de meilleures performances de commutation. Depuis 2040, connu sous le nom « apos à semi-conducteurs ultimes Les MOSFET de type diamant peuvent être mis en pratique, surpassant toutes les propriétés physiques des matériaux existants tels que le flux, la conductivité thermique et plus encore.
Nous prévoyons que dans le développement des moteurs à combustion interne, le rendement thermique des moteurs à essence atteindra 45% d'ici 2020, plus de 50% d'ici 2030 et plus de 60% d'ici 2040. La clé pour atteindre 45% est la combustion ultra-pauvre Le ratio air-carburant a atteint plus de deux fois le gaz mélangé à atteindre et Mazda pourrait être la première production de masse au monde en 2019 (figure 6).
Figure 6 développement rapide du moteur essence
(a) Nissan produira des moteurs à essence à taux de compression variable en continu d'ici 2018. (b) Mazda commercialisera des moteurs à taux de compression variable sans combustion ultra-pauvre avec un rapport air-carburant de plus de 30 d'ici 2019. Photos de Nissan et Mazda respectivement.
Nissan prévoit de développer un moteur 2025, qui, comme une génération spéciale HEV, l'objectif peut être atteint plus de 50% d'efficacité thermique. 2018 appliquée au taux de compression variable moteur de production de masse, pour obtenir des agences de voyages longues. Pour 2030, la chaleur développée de la clé du moteur pour améliorer l'efficacité thermique. Si nous pouvons trouver disponible pour un nouveau matériau du bouclier thermique à la paroi intérieure du cylindre, il est possible de réduire la perte de refroidissement perte du moteur comptable de la partie principale. 2040, si nous pouvons obtenir la récupération de la chaleur d'échappement et Cycle combiné, l'efficacité thermique peut atteindre 60% ou plus comparable avec les centrales thermiques à haut rendement.
