2050年的汽车技术趋势

ICEV (内燃机汽车)、电动化、PHV、FCV、轻量化、ADAS

2016/10/12

概要

自動車技術会春季大会フォーラム(2016年5月)
汽车技术会春季大会论坛 (2016年5月)

 本报告将介绍早稻田大学大学院教授大圣泰弘在汽车技术会论坛上关于2050年汽车重要技术的演讲内容。论坛的副题为“根据对2050年社会形势的预测,提出对交通系统和汽车动力系统的建言”。参与此次论坛的包括大圣泰弘教授、日本国土交通省国土政策局中村贵志课长、早大环境综合研究中心研究员石太郎、Sustainable Engine Research Center的中田雅彦、本田技术研究所前田义男。汽车技术会的未来汽车动力系统委员会 (委员长:大圣教授) 以及社会与交通系统委员会 (委员长:研究员石太郎) 合作开展了2050年交通系统和汽车动力系统的共同研究。

 2050年,由于资源限制以及为了防止气候变暖,需要改用新的燃料、能源和动力系统。汽车从新车到报废的寿命从15年~25年,所以2030年正式投放的技术将沿用至2050年左右。此次论坛围绕维持和强化日本汽车技术优势的长期性重要研究课题开展了研讨。







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石油资源是有限的:低成本原油到2050年将耗尽? (社会与交通系统委员会)

世界の原油生産量

(出处:社会与交通系统委员会资料 (引用自WEO2012))

 全球石油消费在不断地增加。IEA (国际能源机构) 总结的各石油分类产量预测 (WEO2012:全球能源预测2012) 中提到,低成本的常规原油、已开发原油产量从2005年开始减少。假如像这样直线减少下去的话,常规原油和已开发原油的产量到2050年将减少至“0”。不足的部分将由成本较高的常规原油和开发新油田来弥补。生产成本较高的原油将使市场油价上升,经济将进入停滞期。只要持续使用高成本原油,全球经济将停滞不前,因此从现在就开始开发脱石油、低碳技术显得尤为重要。

 

 
 

 

 

 

 



必要的CO2削减量:运输部门需要削减27.6%,家庭需要削减39.3% (大圣教授演讲)

 2015年10月向COP21提出的巴黎协定草案《日本约定草案》中提出,到2030年削减26%的温室效应气体 (CO2等) (与2013年相比)。其中仅CO2就需要削减24.9%。除了运输部门需要削减27.6%的CO2以外,家庭也需要削减39.3%的CO2。

日本CO2削减量 (《日本约定草案》)

[单位:百万t-CO2]

部门 2013年度
(2005年度)
2030年度/
与2013年度相比% (与2005年度相比%)
工业 429 (457) 401/▲6.5 (▲12.3)
业务及其他 279 (239) 168/▲39.8 (▲29.7)
家庭 201 (180) 122/▲39.3 (▲32.2)
运输 225 (240) 163/▲27.6 (▲32.1)
能源转换 101 (104) 73/▲27.7 (▲29.8)
合计 1235 (1219) 927/▲24.9 (▲24.0)



各国温室效应气体削减目标约定草案 (2015年10月巴黎协定)

国家 削减目标
中国 到2030年为止 单位GDP的CO2排放量
削减 60-65%
与2005年相比
欧盟 到2030年为止 削减 40% 与1990年相比
印度 到2030年为止 单位GDP的CO2排放量
削减 33-35%
与2005年相比
日本 到2030年为止 *与2005年相比削减 25.4%
削减 26%
与2013年相比
俄罗斯 到2030年为止 削减 70-75% 与1990年相比
美国 到2025年为止 削减 26-28% 与2005年相比

(出处:大圣教授演讲资料)



人口减少:日本国交省国土计划的前提条件为假设人口跌破1亿 (日本国交省)

 日本总人口今后有可能回到100年前 (明治时期后半期) 的水平。其减少的速度之快史无前例,即使从前1000年也未出现过如此大的变化。2008年达到人口顶峰 (1亿2800万人),2030年预计下降至1亿1700万人,2050年预计下降至1亿人左右。目前6成以上的居住地未来人口将减少至半数以下。

我が国の人口長期的推移

 在人口减少社会,为了支持安全和丰富生活、以及可持续性经济发展,需要“促进对流型国土”。其关键就是小型化的城市以及连接多个城市的网络。城市间交通以及市内、地区内通过社区巴士、出租车拼车等交通工具有效往来,实现必要的物流和人流。

コンパクト+ネットワーク コンパクトネットワーク

(出处:MarkLines根据日本国土交通省资料制作)



IT・ICT技术与生活方式的改变:ADAS、分时租赁会进一步发展吗? (社会与交通系统委员会)

 2050年,现在10多岁 (父母拥有汽车,自己没有汽车) 的数字原住民一代将到达50多岁的年纪,届时将不再局限于兜风、保有车辆、fun to drive等,而自动驾驶功能以及优步等网约车服务将变得普及,追求与以往不同的“不保有车辆的便利性”的价值观将越来越盛行。

  • 在高速公路上,利用ADAS (Advanced Driver Assistance System:先进驾驶辅助系统),货车等进行车辆间通信的同时列队行驶,可通过自动驾驶系统运行。
  • 客车等车辆的驾驶员一旦发生异常,监视驾驶员状态的传感器会向控制中心发送信号,通过自动驾驶系统使客车安全地停在路边。
  • 在机坪等特定空间,只要向控制中心告知目的地,车辆就会自动行驶至乘客需要到达的地点。到机场外也只需告知目的地,就能从停车场自动驾驶至指定地点。
  • 最后一公里:通过预约,纯电动车等车辆会自动派车,可移动至超市或目的地,并在停车场还车。
高速道路での隊列走行 ドライバー異常時の自動停止
在高速公路上列队行驶 驾驶员发生异常情况时自动停止
ラストワンマイルの移動手段 限定空間での利便性向上
最后一公里的移动工具 提高在特定空间的便利性

(出自研究员石太郎的演讲资料:引用自JARI)



汽车将如何演变?:下一代汽车的特征及课题 (未来汽车动力系统委员会)

 石油系以外的替代燃料被广泛使用的可能性较低。因为生物质和天然气很难实现大量供应,且其利用受到地域局限。到2050年,传统的汽油车 (内燃机汽车) 将朝着实现发动机热效率50%的目标发展。但低碳特性 (高燃效) 仍不如纯电动车和混合动力车。石油系燃料耗完后,可行驶近途和远途的BEV (蓄电池纯电动车) 成为下一个有力的候选,但如何缩短充电时间以及降低成本仍是有待解决的课题。

 从石油转向电力的阶段,PHEV (插电式混合动力车) 是关键。其动力系统可选择增程器、并联或串联系统,这取决于对发动机 (石油) 和电池 (电力) 的依存度。到2050年燃料电池车是否能大量普及尚无法判断。这需要完善加氢设施、降低成本等国家宏观政策及优惠政策的支持。

下一代汽车特征与课题

车种 排气清洁度 低碳特性 续航里程 充电时间 成本 未来潜能与课题
传统汽油车

普及效果大,
50%的发动机高效化?

混合动力车 自主普及阶段,
商品化、低成本化
纯电动车 电池的高性能、
低成本化,电源的低碳化
插电式混合动力车 车辆整体低成本化、
电源的低成本化
燃料电池车 氢气制造的低碳化、
加氢设施的完善
清洁柴油车 进一步净化排气,
混合动力化
天然气车 天然气加气设施的完善、
低成本化、提高燃效
(◎  〇  □  △  ▲)
好←       →差

(出处:未来汽车动力系统委员会)



内燃机的热效率:目标为超过50% (未来汽车动力系统委员会)

(出处:大圣教授演讲资料)

 根据早稻田大学的模拟试验,汽油发动机的制动热效率如果从目前的38%提高至50%,燃效就能改善32%,CO2就能降低24%。汽油发动机的以下关键技术将逐渐普及:

  • 高压缩比化
  • 直喷化
  • EGR (废气循环)
  • 稀薄燃烧
  • 高效增压
  • 长冲程
  • 低摩擦化
  • 涡流
  • 氢气添加
  • 隔热化
  • 高辛烷值燃料

 

 



下一代乘用车销量预测以及到2050年为止的重要技术

(出展:大聖先生講演資料)
(出处:大圣教授演讲资料)

 据2012年IEA预测,到2030年,乘用车中,ICEV (内燃机汽车) 的比重将在90%,到2050年这一比重将在55%,HEV (混合动力车)、PHEV (插电式混合动力车)、BEV (纯电动车) 的销量将在全球范围内扩大。

到2050年为止需要进一步开发的重要技术包括以下4个领域:

 1)电力、氢气的低碳化 (BEV,PHEV,FCV):

  纯电动车、插电式混合动力车、燃料电车的能源来源是电力和氢气,而如何减少制造这些能源的石油,将是2030年起的重要课题。

 2)蓄电池、电动化 (BEV,HEV,PHEV,FCV):

  纯电动车、混合动力车、插电式混合动力车、燃料电池车需要改良电池,并继续开发动力机构的电动技术。

 3)发动机 (ICEV,HEV,PHEV):

  内燃机汽车、混合动力车、插电式混合动力车的发动机技术开发未来需要继续开发,直至切换至FCV。

 4)轻量化 (所有车种):

  改善燃效的基本原理在于减轻车辆重量,所有车种都需要在采用铝合金、树脂和轻量化结构、以及小型化等方面实施开发。

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关键词
ICEV、电动化、PHEV、FCV、轻量化、ADAS

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