Введение: с 1879 года первый Mercedes-Benz Benz в Benz был автомобилем с историей почти 140 лет. С 140 лет форма автомобиля претерпела огромные изменения. В будущем автомобильная промышленность будет более жестокой Что изменит автомобиль через 20 лет? Сегодня исследовательский институт NE приносит Nikkei News большое предсказание автомобильной промышленности в ближайшие 20 лет.
Автомобильный коэффициент электрификации является ключом к определению тенденции трансмиссии, что в значительной степени повлияет на преимущества японских производителей двигателей в будущем направлении развития. В 2017 году электромобили начали универсальный доступ к темпам Китая и Европы EV конверсия постепенно очищается. Китай с 2019 года в новые энергетические точки, обязательные производители автомобилей для производства и продажи автомобилей EV. Сильная политика правительства Китая по содействию глобальному присутствию EV.Электризация европейского рынка, включая общественность в Внутри европейского гиганта на китайском рынке доля не является несвязанной, у них нет выбора для Китая.
Однако к 2030 году доля EV не должна повышаться сразу (Рисунок 1). Представление о том, что продажи новых автомобилей составляют около 10% EV, является основным, и даже если цены на батареи достаточно дешевы, большинство людей По-прежнему считайте, что долгосрочная зарядка, зарядка инфраструктуры трудно решить проблему (рисунок 2).
Рисунок 1 Изменения конфигурации основного рынка
В приведенной выше таблице приведены результаты прогноза японской Deloitte Consulting Co., Ltd. для рыночных изменений в Европе, США, Японии, Индии и пяти других странах. В общей тенденции повышения эффективности электромобилей мы можем видеть, что к 2030 году прогнозируемое значение относительно скромно. Nikkei Online Используя этот прогноз, мы вычисляем фактическое возможное значение применительно к кривой проникновения Японии в HEV. Мы полагаем, что к 2030 году мировой рынок электромобилей достигнет около 4 миллионов к 2025 году и около 10 миллионов.
Рисунок 2 Прогноз цен на литий-ионную батарею (цены на ячейки продолжали снижаться, до 100USD / кВт-ч к 2022 году)
Оценки ставок EV различными научно-исследовательскими институтами сильно варьируются от 1,6% до 26% к 2030 году. Конечно, нефтяные компании будут подталкивать свою стоимость к малым, тогда как более 20% будет частью финансовой покупки. Крайние значения, японские отраслевые аналитики, как правило, считают, что стоимость составляет около 10%.
Поэтому у автопроизводителей Японии достаточно времени для подготовки к EV, и, наоборот, было бы очень опасно полностью превращать EVs и бизнес двигателя в изгибы сразу, так как коэффициент EV около 10% недостаточен Прибыль от существующего бизнеса двигателя.
Глядя на электрификацию автомобиля 2040
Если японские производители стремятся мобилизоваться, они не могут игнорировать опасность использования ситуации в Китае и превзойти рост Китая, объединяя технологии, связанные с EV, и реализуя недорогое оружие посредством раннего выпуска технологии двигателей.
Нормы NEV в Китае имеют сильное чувство конфронтации с японскими производителями, и, хотя инициативы по электрификации Китая направлены на улучшение загрязнения воздуха, он исключает транспортные средства HEV, которые могут быть реальным решением. China Alert Использует Toyota, Honda и т. Д. В результате японские производители не могут рассчитывать на то, что смогут конкурировать с стратегиями электрификации Китая и Европы примерно к 2030 году (г-н Такао Накаширо, Центральный и западный автомобильный промышленный институт).
С другой стороны, электрификация в Китае и Европе не будет огромной для японских производителей. В декабре 2017 года Toyota и Япония объявили, что они будут сотрудничать в разработке батарей, которые, похоже, создают японский альянс в основной батарее электрических транспортных средств для создания независимого Китайский механизм.
В 1920-е годы китайские производители батарей, скорее всего, предложили самые дешевые литий-ионные батареи в мире, потому что масштабы производства напрямую повлияют на конкурентоспособность литий-ионных батарей. Китайские производители сделали огромные инвестиции в контексте NEV-точек , Существует крупный план производства от принципов закупок автозапчастей с точки зрения, хочет купить батареи из Китая, но если ключевые компоненты поставки для сильного чувства сопротивления в Японии, Китай, будет большой риск Сотрудничество между Toyota и Matsushita можно сказать, что это попытка консолидировать стабильную точку покупки батареи в Японии после роста китайских производителей.
В ожидании 2040 года большинство основных прогнозов предполагают, что коэффициент EV будет превышать 30%. Исследовательские институты, скорее всего, обращают инженерные прогнозы на «back-push», поскольку глобальные выбросы CO2 необходимо будет сократить на 90% Таким образом, для этого необходимо, чтобы отношение EV составляло около 30%, что, безусловно, является уровнем, который мир должен стремиться к тому, чтобы дать ответ на глобальный потепление.
Двигатель сконцентрирован на высокой эффективности в высокоскоростном поле
Электрификация не произойдет в одночасье, но доля HEV резко возрастет. Европейский основной толчок 48V маломощного простого HEV продемонстрирует взрывной рост, к первой половине десятилетия к середине 2030 года он достигнет 10 миллионов единиц до 30 миллионов единиц. И постепенно будут заменены EV и т. П., Показывая тенденцию к снижению. К 2030 году мощные высокомощные HEV Toyota и Honda постепенно увеличатся до 10 миллионов единиц, а мощные 48V HEV будут доступны после 2020 года, вождения на рынке развитие.
Самая сложная цифра по проникновению моторизации - это PHEV, и взгляд агентства делится на две группы: JP Morgan Securities ожидает, что PHEV будет вялым, чтобы достичь максимума в 6 миллионов к 2028 году, после чего ожидается, что он остановится. Это мнение в значительной степени основано на природоохранных нормах США и Китая, которые подчеркивают популярность EV, а не PHEV. С другой стороны, Deloitte Tohmatsu Consulting ожидает, что PHEV составит 13 миллионов на основных рынках к 2030 году и 60 миллионов к 2040 году Тайвань, в основном для рассмотрения преобразования PHEV мощных и упрощенных потребностей в HEV.
С точки зрения батареи, с ростом китайских производителей, цена литий-ионной батареи будет постепенно снижаться, а твердотельная литий-ионная батарея будет реализована в практическом использовании (рисунок 3). Toyota планирует массовое производство в полноконтактной аккумуляторной батарее середины 2020-х годов Является самым радикальным планом, но время зарядки может быть сокращено, плотность энергии может быть значительно увеличена.
Рисунок 3. Электролитическое отверждение переключает положительные и отрицательные материалы.
В первой половине 2020-х годов появятся батареи с использованием сульфидных твердых электролитов, после чего положительные и отрицательные материалы будут заменены новыми материалами, что приведет к значительному увеличению плотности энергии.
Вышеупомянутая батарея должна заменить электролит от жидкости к твердому, способность увеличивать мощность, потому что твердый электролит легче, чем электролит, для улучшения стабильности, который может быть применен к плотности тока более положительного и отрицательного материала электрода. Конечно, первоначально коммерчески доступный Все твердотельные батареи представляют собой твердые электролиты, которые используют сульфиды, но положительные и отрицательные электроды по-прежнему являются тройными и графитовыми батареями обычных материалов. Плотность энергии не может быть увеличена слишком сильно, в основном из-за сокращения времени зарядки.
В течение 2030 г. в катодном материале используется серу (S), литий-серная батарея с литий-металлическим анодным материалом может достигать плотности энергии 700 Вт / кг, что почти в 3 раза превышает текущий уровень, а после 2030 года «воздушный электрод», Литий как отрицательная полностью-твердотельная литиево-воздушная батарея имеет отличную возможность достичь своей целевой плотности энергии, более чем в 5 раз превышает текущий уровень 1500 Вт / кг.
До 2030 года основное внимание в развитии двигателей будет сосредоточено на повышении эффективности высокоскоростной эксплуатации. Существующие двигатели EV со скоростью более 100 км / ч будут иметь значительно более низкий крейсерский диапазон, поскольку эффективность двигателя, помимо батареи, (Рис. 4), и сильным решением этой проблемы является практическое применение двигателя с переменным магнитным потоком, который может варьировать плотность потока в зависимости от диапазона рабочей скорости.
Рисунок 4 Двигатель в высокоскоростной вращающейся области является самой большой слабостью неэффективности
В настоящее время эффективность электромобилей с высокой скоростью более 100 км / ч будет значительно снижена из-за необходимости управления ослаблением поля в области высокоскоростного вращения. Для повышения эффективности высокоскоростного диапазона в развитии двигателя с переменным магнитным потоком достигнут значительный прогресс.
Когда скорость двигателя увеличивается, задняя ЭДС увеличивается, но скорость не может увеличиваться. Хотя управление ослаблением потока создает обратный поток, но ток увеличивается, эффективность уменьшается. Переменный двигатель потока может изменять плотность магнитного потока, поэтому не зависит от ослабления контроля магнитного поля.
Текущие магниты с неодимовым магнитом, вероятно, будут цвести после 2030 года. В настоящее время ведутся исследования магнитов следующего поколения, и магнитная сила в два раза превышает магнитную силу обычного магнита при 180 ° C, что может привести к значительной миниатюризации двигателя.
Есть два перспективных материалов, один из редкоземельных элементов и железо (Fe) элементного отношением состава 1: 1-12 на основе редкоземельного магнита 12 в сотрудничестве с Сидзуока University Science Toyota найдены с помощью самарий (Sm) из. 1-12 на основе магнитов, а другие состоят из Fe и никеля (Ni), называется магнит, состоящий из кристаллической структуры L10-типа с использованием природного содержания Fe и Ni, может также произвести довольно неодимовый магнит с магнитной силой. потеря Магнитная температура Кюри составляет 550 ℃, выше, чем неодимовый магнит выше 200 ℃.
2040 также может быть реализована с использованием CNT (углеродные нанотрубки) в качестве намоточного станка. Замена меди может быть значительно облегчены. Углеродные нанотрубки НКТ представляет собой цилиндрический материал, имеющий диаметр шестичленных колец из атомов углерода нанометров. В дополнение к отличной электрической и теплопроводности качество составляет лишь половину алюминия.
Diamond MOSFET может достичь этого
PCU сердечника транзистора переключения силового преобразователя схемы крепления эволюционирует используется для достижения компактной и эффективной. Хотя в настоящее время основной или кремний (Si), IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором), но из карбида кремния (SiC) материала МОП-транзистора (Металлический оксидный полупроводниковый полевой транзистор) ожидается в 2020 году. По сравнению с Si потери могут быть уменьшены до 1/10, частота возбуждения может быть увеличена в 10 раз, но как снизить цену является самой большой проблемой в настоящее время, но С развитием пластин большого диаметра цена будет продолжать снижаться. Кроме того, вероятно, начнется практическое применение MOSFET нитрида галлия (GaN) в 2020-х годах.
Рисунок 5 Процесс изготовления пластин SiC
Denso разрабатывает технологию, которая нагревает порошкообразное сырье SiC при высоких температурах выше 2300 ° C для кристаллизации и выращивания кристаллов SiC высокого качества на затравочных кристаллах. Говорят, что для выращивания кристаллов диаметром 150 мм и толщиной 20 мм требуется около 100 часов. Фото устройства любезно предоставлено DENSO, фотографирование фото от Nikkei.
К 2030 году использование MOSFET оксида галлия (Ga2O3) в поле зрения. Это дешевле, чем SiC или GaN, и может достигать тех же или более высоких характеристик переключения. Поскольку 2040, известный как «конечный полупроводниковый материал», Моноблоки диамантного типа могут быть введены в практическое использование, превосходя все физические свойства существующих материалов, таких как поток, теплопроводность и многое другое.
Мы прогнозируем, что при разработке двигателей внутреннего сгорания тепловой КПД двигателей бензиновых двигателей достигнет к 2020 году около 45%, более 50% к 2030 году и более 60% к 2040 году. Ключом к достижению 45% является сверхточное сжигание, Соотношение воздух-топливо достигло более чем в 2 раза превышения смешанного газа, и Mazda может стать первым в мире массовым производством на предприятиях 2019 года (рис. 6).
Рисунок 6: быстрое развитие бензинового двигателя
(a) Ниссан будет производить бензиновые двигатели с бесступенчатой степенью сжатия к 2018 году. (b) Mazda будет коммерциализировать сверхбыстрые безжизненные двигатели с переменной степенью сжатия с соотношением воздух-топливо более 30 к 2019 году. Фотографии Nissan и Mazda соответственно.
Nissan планирует разработать двигатель для использования в производстве HEV в течение 2025 года с целью достижения тепловой эффективности более 50%. Двигатель будет построен с использованием двигателя с переменной степенью сжатия, который будет серийно выпускаться в 2018 году и обеспечит длительное путешествие. Развитие изолированных двигателей стало ключом к повышению теплового КПД в 2030 году. Открытие новых материалов, которые защищают стенки цилиндров, уменьшает потери на охлаждение, на которые приходится основная часть потерь двигателя, и к 2040 году, если рекуперация тепла и Комбинированный цикл, тепловая эффективность может достигать 60% или более сопоставима с высокоэффективными тепловыми электростанциями.
