新能源汽車作為汽車未來發(fā)展的重要方向，協(xié)同智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，為我國汽車產(chǎn)業(yè)由大變強、轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供了重要機遇。新能源汽車發(fā)展中不斷涌現(xiàn)的新技術、新模式、新業(yè)態(tài)給汽車產(chǎn)業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇，需要在堅持創(chuàng)新思維下，進一步明確新能源汽車的發(fā)展要點。
中國工程院陳清泉院士科研團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》撰文，從發(fā)展新能源汽車應秉持的創(chuàng)新思維出發(fā)，分析了創(chuàng)新所需的理念、人才、氛圍三大要素以及前瞻思維、差異思維、全局思維、循環(huán)思維等思維方法。文章提出，新能源汽車的發(fā)展理念需遵循創(chuàng)新驅(qū)動、政策驅(qū)動和市場驅(qū)動，好的產(chǎn)品、基礎設施與商業(yè)模式，四網(wǎng)融合與四流融合。文章認為，未來新能源汽車應從人性化需求出發(fā)，依托人性化智慧，以車、路、城三個維度綜合考量整車開發(fā)，體現(xiàn)“為人所有、為人所造、為人所享”的創(chuàng)變式設計理念，構(gòu)建超體智能架構(gòu)，實現(xiàn)感知的協(xié)同、計算的協(xié)同、直至智慧的協(xié)同。
圖片
一、引言
改革開放40年以來，汽車產(chǎn)業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車制造業(yè)產(chǎn)值約占經(jīng)濟總量的2%，2018年中國汽車銷量共計2808.06萬輛，連續(xù)10年蟬聯(lián)全球銷量第一。新能源汽車作為汽車未來發(fā)展的重要方向，協(xié)同智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展，為我國汽車產(chǎn)業(yè)由大變強、轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供了重要機遇（見圖1）。新能源汽車發(fā)展中不斷涌現(xiàn)的新技術、新模式、新業(yè)態(tài)給汽車產(chǎn)業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇，需要在堅持創(chuàng)新思維下，進一步明確新能源汽車的發(fā)展要點。
圖1 中國與全球新能源汽車產(chǎn)量對比
注：數(shù)據(jù)來源于中國汽車工業(yè)協(xié)會、Marklines及Evsales相關數(shù)據(jù)
二、發(fā)展新能源汽車要有創(chuàng)新思維
我國發(fā)展新能源汽車，一方面有著良好的產(chǎn)業(yè)基礎和廣闊市場，具備趕超國際、“換道超車”的機遇；另一方面仍面臨著許多關鍵技術和薄弱環(huán)節(jié)有待突破，更需要堅持創(chuàng)新思維，樹立創(chuàng)新是引領發(fā)展第一動力的理念，匯聚全球創(chuàng)新人才，支持國內(nèi)國際的開放合作，促進新能源汽車與新材料、信息技術等領域的跨界融合，推動形成既合作又競爭的健康格局，健全知識產(chǎn)權保護機制，為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展創(chuàng)造良好氛圍。
（一）前瞻思維
思維的前瞻性，是立足現(xiàn)實、面向長遠的重要基礎，是把握方向、預見未來的關鍵因素。新能源汽車的快速發(fā)展，使相關的政策環(huán)境、產(chǎn)業(yè)布局、關鍵技術都處在不斷變化之中。突出前瞻思維，才能緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，搶占技術制高點，特別是在關鍵核心技術上，前瞻思維有助于規(guī)劃技術發(fā)展路徑，凝練關鍵點和突破口，加強技術儲備和科研開發(fā)，最終實現(xiàn)關鍵技術自主創(chuàng)新。
（二）差異思維
創(chuàng)新的差異化是指在新能源汽車發(fā)展過程中，要結(jié)合我國經(jīng)濟社會發(fā)展水平和汽車產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，尋找不同于國外汽車發(fā)展道路的發(fā)力點和落腳點，實現(xiàn)差異化、獨特化發(fā)展。經(jīng)過幾十年的努力，特別是改革開放以來的快速發(fā)展，我國汽車技術的自主研發(fā)能力已有明顯提升，但是總體來看與國外先進水平相比仍有一定差距。然而，近十年我國純電動汽車和插電式混合動力汽車的蓬勃發(fā)展，以及近幾年智能網(wǎng)聯(lián)技術及時跟進甚至局部領先，為我國新能源汽車走出有別于國外發(fā)展的差異化道路，最終實現(xiàn)“換道超車”提供了難得機遇。
（三）全局思維
所謂全局思維，就是從整體上全面地而不是片面地、系統(tǒng)地而不是零散地、普遍聯(lián)系地而不是單一孤立地認知事物的思維方式。汽車產(chǎn)業(yè)具有關聯(lián)度高、涉及面廣、技術要求高、綜合性強等特點，同時新能源汽車也面臨著純電動和插電式混合動力汽車從導入期向發(fā)展期過渡、氫燃料電池汽車從研發(fā)期向?qū)肫谕七M等不同的發(fā)展態(tài)勢，都需要堅持全局思維，加強頂層設計，統(tǒng)籌處理好新能源汽車與整個汽車產(chǎn)業(yè)的關系，純電動汽車、插電式混合動力汽車與氫燃料電池汽車不同發(fā)展策略的關系，以及新能源汽車與智能網(wǎng)聯(lián)汽車跨界融合的關系。
（四）循環(huán)思維
循環(huán)思維是以資源的高效利用和循環(huán)利用為核心，以再利用、資源化為原則，以低排放、低消耗、高效率作為特征，以符合可持續(xù)發(fā)展理念的角度看待新能源汽車的發(fā)展。汽車動力電池在退役后，并不是最終結(jié)束，還可以在很多蓄能場景中使用較長時間，所以它的壽命是雙周期的，要以循環(huán)思維加強動力電池回收，包括梯次再利用和回收再利用的技術研發(fā)、示范應用和產(chǎn)業(yè)化。從低碳節(jié)能角度上看，要綜合考慮新能源汽車從生產(chǎn)使用退役全壽命的碳足跡，通過建立生命周期數(shù)據(jù)庫來系統(tǒng)評估碳排放，不宜通過不斷堆疊電池，片面追求續(xù)航里程而導致碳排放高于傳統(tǒng)汽車。
三、我國新能源汽車發(fā)展理念
我國新能源汽車正處于由快速增長向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型時期，純電動汽車和插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速增長，總體技術水平取得重大進步，氫燃料電池汽車處于基礎研發(fā)及小批量試運營階段，加氫基礎設施和商業(yè)化推廣示范逐步推進。在新能源汽車轉(zhuǎn)型發(fā)展的關鍵時期，本文研究提出的發(fā)展理念，旨在為新能源汽車發(fā)展提供指導作用和借鑒意義。
（一）創(chuàng)新驅(qū)動
科技創(chuàng)新始終在新能源汽車的發(fā)展中發(fā)揮著引領支撐的作用，要繼續(xù)提升新能源汽車核心技術，加強動力電池、驅(qū)動電機等方面的基礎研究和技術創(chuàng)新。
高能量密度動力電池是新能源汽車發(fā)展的迫切需求，根據(jù)中國科學院先導計劃電池研究項目的目標，到2020年，電芯能量密度應大于300 Wh/kg，如圖2所示。當前研究比較熱門的下一代動力電池有全固態(tài)電池、鋰硫電池、金屬空氣電池、燃料電池等，但在5~10年內(nèi)產(chǎn)業(yè)化可能性較小。鋰離子動力電池有望于2020 年前實現(xiàn)300 Wh/kg 目標，國內(nèi)已有團隊采用高鎳三元正極和Si/C 負極，研制出軟包裝鋰離子電池比能量可達到300 Wh/kg，其中部分樣品技術性能指標已接近應用要求，但安全性尚不能全部滿足國際標準，仍需在技術創(chuàng)新上有所突破。
圖2 電池研究目標
注：圖片根據(jù)中國科學院先導計劃電池研究項目的目標繪制
在驅(qū)動電機方面，在不犧牲效率的情況下提升功率密度，是目前國際公認的主流研究方向。驅(qū)動電機高速化是實現(xiàn)這一目標的重要方法。同功率高速電機的體積與重量均遠小于低速電機，在電機量產(chǎn)過程中物料成本主要來自于導線、矽鋼沖片和汝鐵硼等磁體，因而電機的功率密度事實上也與成本密切相關。故雖高速電機的設計難度極高，但一旦定型后卻在量產(chǎn)時有非常明顯的成本優(yōu)勢。目前國際上先進高壓平臺驅(qū)動電機的功率密度能達到5~8 kW/kg，部分軍用電機能達到9~10 kW/kg。國內(nèi)在售驅(qū)動電機功率密度一般在0.6~4 kW/kg，與國際先進水平有著較大差距，需要進一步加大研發(fā)力度，攻克核心技術、基礎材料和關鍵部件難關。
（二）雙輪驅(qū)動
多年來，我國新能源汽車在產(chǎn)業(yè)、市場、基礎設施和政策法規(guī)等方面形成的綜合競爭優(yōu)勢，充分體現(xiàn)了政策與市場雙輪驅(qū)動的正向激勵效應。在今后一段時期內(nèi)，應根據(jù)新能源汽車發(fā)展的不同階段、不同水平、不同情況，繼續(xù)發(fā)揮好政策引導與市場主體的雙輪驅(qū)動作用。
對于純電動汽車和插電式混合動力汽車，隨著市場的快速增長，生產(chǎn)成本逐步下降，應用優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)，應考慮由單純的財政補貼向綜合的政策支持轉(zhuǎn)變，具體可在稅收減免、碳交易、路權支持等方面加強政策扶持。純電動、插電式新能源汽車補貼退出后，繼續(xù)保持車輛購置稅減免等稅收優(yōu)惠；嚴格執(zhí)行油耗標準、雙積分等產(chǎn)業(yè)政策，適時轉(zhuǎn)化為碳交易機制；將推廣新能源汽車作為城市大氣環(huán)境保護的重要手段，賦予新能源汽車用戶更多的準購權和道路使用權，通過政策引導更多用戶轉(zhuǎn)向新能源汽車的購買和使用。另一方面，充分發(fā)揮市場主體作用，在政策層面逐步取消對能量密度、續(xù)航里程等具體參數(shù)要求，把產(chǎn)品技術的選擇權和使用權交給企業(yè)和市場本身，通過市場的優(yōu)勝劣汰，催生出一批真正具有國際競爭力和影響力的新能源汽車企業(yè)和產(chǎn)品。
對于氫燃料電池汽車，目前正處于技術研發(fā)取得重大進展，逐步進入商業(yè)化示范運行的關鍵階段。從國際氫燃料電池汽車發(fā)展現(xiàn)狀看，全球主要汽車公司基本解決了核心技術問題，整車性能已能達到傳統(tǒng)汽車水平。同時，我國的科研團隊也在不斷加強關鍵技術攻關，比如在攻克催化劑技術和雙極板技術方面已取得突破性進展。但總體來看，我國在燃料電池耐久性、關鍵材料和核心部件、氫氣存儲等方面與國外先進水平還有一定差距。因此，需要充分發(fā)揮我國政策與市場雙輪驅(qū)動的協(xié)同優(yōu)勢，做好政策的前期導入和市場的培育發(fā)展。
在政策層面，通過設立國家重大科技專項，鼓勵國內(nèi)研發(fā)團隊連續(xù)攻關，集中突破氫燃料電池關鍵核心技術；保持政策延續(xù)性，繼續(xù)實行氫燃料電池汽車的財政補貼，鼓勵企業(yè)對氫燃料電池汽車的持續(xù)投入；根據(jù)發(fā)展中出現(xiàn)的新情況，及時研究出臺關于氫能管理使用的技術標準和規(guī)章制度。
在市場方面，在氫能開發(fā)利用和新能源汽車發(fā)展條件較好的地區(qū)先行先試，加快推進氫能源生產(chǎn)、儲運、加氫基礎設施、氫燃料電池汽車等方面的商業(yè)化示范應用，逐步擴大氫燃料電池汽車使用規(guī)模，培育建立起材料、部件、系統(tǒng)較為完備的產(chǎn)業(yè)鏈。
（三）好的產(chǎn)品、基礎設施與商業(yè)模式
新能源汽車發(fā)展的成功最終要靠市場和用戶來檢驗，好的產(chǎn)品、好的基礎設施、好的商業(yè)模式，是實現(xiàn)新能源汽車高質(zhì)量發(fā)展的重要衡量標準。好的產(chǎn)品是根本，為大眾消費者提供買得起、用得起、用得可靠的產(chǎn)品，是發(fā)展新能源汽車的根本目的；好的基礎設施是保障，消除與傳統(tǒng)燃油汽車相比的用戶體驗差距，離不開廣泛、便捷、安全的基礎設施作為保障；好的商業(yè)模式是創(chuàng)新，將汽車電動化與智能化、共享化相融合，帶動新能源汽車發(fā)展的創(chuàng)新變革。
新能源汽車技術、產(chǎn)品迭代周期明顯快于傳統(tǒng)燃油汽車，且呈現(xiàn)加速態(tài)勢，技術和產(chǎn)品快速迭代也造成消費者對好的產(chǎn)品有了更高期待。在今后一段時期內(nèi)，隨著補貼加速退坡和外資新能源汽車全面進入國內(nèi)，新能源汽車市場將面臨更為激烈的競爭。原有的依靠財政補貼資源，圍繞政策進行產(chǎn)品布局從而獲得一定市場份額的現(xiàn)象將不復存在。企業(yè)應通過掌握核心技術、了解用戶需求，打造具有競爭力的好產(chǎn)品，吸引廣大消費者購買使用新能源汽車。同時，應更加重視越來越突出的新能源汽車安全問題，企業(yè)作為第一責任人，要把安全性放在比能量密度、續(xù)駛里程、充電方便等更重要的位置，在研發(fā)、設計、制造、售后等環(huán)節(jié)提高安全性水平；另一方面，動力電池制造企業(yè)、汽車制造企業(yè)以及充電運營企業(yè)之間要加強合作，加強數(shù)據(jù)聯(lián)通，形成合作分析事故原因、提高安全性的平臺和機制。
普及基礎設施建設，提高用戶使用便捷性和滿意度是推動新能源汽車廣泛應用的關鍵。近年來，我國電動汽車充電樁發(fā)展迅速，截至2018年12月，我國部署公共類充電樁299 752臺，同比增長40.1%。雖然充電基礎設施發(fā)展較快，但是行業(yè)仍然面臨著基礎不牢固、發(fā)展不均衡不充分等問題。更為重要的是，隨著我國電動汽車數(shù)量的迅速增長，車輛在用電高峰的無序充電可能會對電網(wǎng)造成沖擊，同時也會增加用戶的充電成本。因此，應著眼構(gòu)建能夠?qū)⒈姸喑潆姌痘ヂ?lián)控制的充電網(wǎng)體系（見圖3），并可以與配電網(wǎng)耦合交互，實現(xiàn)充電網(wǎng)與配電網(wǎng)的協(xié)同調(diào)度，通過利用晚上低谷電力充電，或者利用太陽能、風能直接或經(jīng)過儲能設備充電，實現(xiàn)電動汽車的有序充電和電網(wǎng)運行的削峰填谷。此外，還可以利用電網(wǎng)無法消納的太陽能、風能進行制氫儲能，為氫燃料電池汽車提供加氫服務。
圖3 充電網(wǎng)示意圖
隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，商業(yè)模式創(chuàng)新對產(chǎn)業(yè)的作用越來越大。新能源汽車作為智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的最佳載體，必然吸引信息技術、金融、新材料等產(chǎn)業(yè)的融合，推動商業(yè)模式不斷創(chuàng)新。在未來一段時期內(nèi)，新能源汽車產(chǎn)業(yè)中既有車輛銷售、維修保養(yǎng)等產(chǎn)品導向的商業(yè)模式，也有以共享汽車、貨運客運、公共交通為代表的使用導向商業(yè)模式，需要進一步創(chuàng)新金融保險服務，加大購車用車的金融優(yōu)惠力度，推廣分時租賃、智能網(wǎng)聯(lián)的普及應用，推動車企深度參與充電運營服務，支持整車企業(yè)向充電服務運營商購買配套服務，以更加多元完善的商業(yè)模式推動新能源汽車發(fā)展。
（四）四網(wǎng)融合與四流融合
汽車的出現(xiàn)改變了人們的出行方式，也改變了世界。然而在汽車發(fā)展的同時也給人類社會帶來了問題，空氣污染，交通堵塞，能源不可持續(xù)等，因而今天的汽車發(fā)展需要革命，汽車革命的內(nèi)涵是電動化，自動駕駛和互聯(lián)共享，而新能源汽車所使用的電能或氫能等二次能源，能夠耦合優(yōu)化一次能源，從而帶動能源在信息化、數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化等方面新的提升，推動能源革命與汽車革命相結(jié)合，形成圍繞新能源汽車構(gòu)建的交通網(wǎng)、能源網(wǎng)、信息網(wǎng)、人文網(wǎng)，與能源流、信息流、物質(zhì)流和價值流的融合，即四網(wǎng)融合與四流融合相結(jié)合。
圍繞四網(wǎng)融合與四流融合，未來新能源汽車應從人性化需求出發(fā)，依托人性化智慧，以車、路、城三個維度綜合考量整車開發(fā)，體現(xiàn)“為人所有、為人所造、為人所享”的創(chuàng)變式設計理念，構(gòu)建超體智能架構(gòu)（HOA )，實現(xiàn)感知的協(xié)同、計算的協(xié)同、直至智慧的協(xié)同。
超體智能架構(gòu)由開放的車輛電子平臺（VEA）、道路監(jiān)測平臺（RSA）和城市數(shù)據(jù)平臺（CDA）三部分組成，是把車、交通、城市作為一個統(tǒng)一的整體進行架構(gòu)體系的設計，將物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)有機地結(jié)合（見圖4）。
圖4 HOA系統(tǒng)架構(gòu)
VEA是新型車輛電子架構(gòu)平臺，構(gòu)造了一個開放的系統(tǒng)環(huán)境，使得每一個傳感器都可以被自由調(diào)用，每一個軟件模塊都可以被自由重組，從而讓包括第三方在內(nèi)的開發(fā)者，在任意時刻都能構(gòu)造出豐富的，擁有無限想象空間的功能種類。在這樣的車里，人們可以獲取從美食、音樂、資訊一直到醫(yī)療保健等各種類型的服務。
RSA是超體智能架構(gòu)里的感知平臺，無論是在車端還是路端，都部署了大量的傳感器，構(gòu)建起一套廣泛的感知網(wǎng)絡。路端感知系統(tǒng)可以成為智能車輛感知系統(tǒng)的補充，緩解了智能車輛的傳感器成本壓力，可以為智能汽車提供無死角的世界模型；車端傳感器也可以成為交通和城市的感知觸角，為交通及城市提供各種實時的動態(tài)數(shù)據(jù)信息。
CDA作為數(shù)據(jù)處理平臺，用于處理HOA體系將產(chǎn)生海量的異構(gòu)數(shù)據(jù)，也就是不同物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的不同格式、不同采樣頻率的數(shù)據(jù)。要讓這些數(shù)據(jù)能夠被不同系統(tǒng)有效利用，必須借助人工智能的力量來進行解析和重構(gòu)，采用部署在道路、車輛的邊緣計算能力進行處理。
四、結(jié)語
新能源汽車產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的典型代表和重點對象，近年來在我國已經(jīng)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，但仍存在著技術瓶頸多、綜合成本高、市場推廣難等問題。要實現(xiàn)新能源汽車的高質(zhì)量發(fā)展，解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的各種問題，避免走彎路、走錯路，就需要堅持創(chuàng)新思維，將產(chǎn)學研用各個創(chuàng)新主體結(jié)合起來，充分發(fā)揮政策與市場的協(xié)同優(yōu)勢，努力打造好的產(chǎn)品、好的基礎設施、好的商業(yè)模式，推動電動化、自動駕駛和互聯(lián)共享為代表的汽車革命，與低碳化、智能化、終端能源電氣化和氫能化為代表的能源革命相結(jié)合，推進我國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，加快實現(xiàn)我國從汽車大國邁向汽車強國。
注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，若需可查看原文。
