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(qiáng)、轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供了重要機(jī)遇。新能源汽車發(fā)展中不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)、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(jī)遇，需要在堅持創(chuàng)新思維下，進(jìn)一步明確新能源汽車的發(fā)展要點(diǎn)。
中國工程院陳清泉院士科研團(tuán)隊在中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》撰文，從發(fā)展新能源汽車應(yīng)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(chǔ)設(shè)施與商業(yè)模式，四網(wǎng)融合與四流融合。文章認(rèn)為，未來新能源汽車應(yīng)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(shè)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(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，汽車制造業(yè)產(chǎn)值約占經(jīng)濟(jì)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(qiáng)、轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供了重要機(jī)遇（見圖1）。新能源汽車發(fā)展中不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)、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(jī)遇，需要在堅持創(chuàng)新思維下，進(jìn)一步明確新能源汽車的發(fā)展要點(diǎn)。
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(guān)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(chǔ)和廣闊市場，具備趕超國際、“換道超車”的機(jī)遇；另一方面仍面臨著許多關(guān)鍵技術(shù)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(lǐng)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(jìn)新能源汽車與新材料、信息技術(shù)等領(lǐng)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(quán)保護(hù)機(jī)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(yuǎn)的重要基礎(chǔ)，是把握方向、預(yù)見未來的關(guān)鍵因素。新能源汽車的快速發(fā)展，使相關(guān)的政策環(huán)境、產(chǎn)業(yè)布局、關(guān)鍵技術(shù)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(shù)制高點(diǎn)，特別是在關(guān)鍵核心技術(shù)上，前瞻思維有助于規(guī)劃技術(shù)發(fā)展路徑，凝練關(guān)鍵點(diǎn)和突破口，加強(qiáng)技術(shù)儲備和科研開發(fā)，最終實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)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(jì)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(diǎn)和落腳點(diǎn)，實現(xiàn)差異化、獨(dú)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(shù)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(jìn)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(shù)及時跟進(jìn)甚至局部領(lǐng)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(jī)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(rèn)知事物的思維方式。汽車產(chǎn)業(yè)具有關(guān)聯(lián)度高、涉及面廣、技術(shù)要求高、綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)，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(dǎo)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(jìn)等不同的發(fā)展態(tài)勢，都需要堅持全局思維，加強(qiáng)頂層設(shè)計，統(tǒng)籌處理好新能源汽車與整個汽車產(chǎn)業(yè)的關(guān)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(guān)系，以及新能源汽車與智能網(wǎng)聯(lián)汽車跨界融合的關(guān)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(qiáng)動力電池回收，包括梯次再利用和回收再利用的技術(shù)研發(fā)、示范應(yīng)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(dǎo)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(shù)水平取得重大進(jìn)步，氫燃料電池汽車處于基礎(chǔ)研發(fā)及小批量試運(yùn)營階段，加氫基礎(chǔ)設(shè)施和商業(yè)化推廣示范逐步推進(jìn)。在新能源汽車轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)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(dǎo)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(lǐng)支撐的作用，要繼續(xù)提升新能源汽車核心技術(shù)，加強(qiáng)動力電池、驅(qū)動電機(jī)等方面的基礎(chǔ)研究和技術(shù)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(xué)院先導(dǎo)計劃電池研究項目的目標(biāo)，到2020年，電芯能量密度應(yīng)大于300 Wh/kg，如圖2所示。當(dāng)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(biāo)，國內(nèi)已有團(tuán)隊采用高鎳三元正極和Si/C 負(fù)極，研制出軟包裝鋰離子電池比能量可達(dá)到300 Wh/kg，其中部分樣品技術(shù)性能指標(biāo)已接近應(yīng)用要求，但安全性尚不能全部滿足國際標(biāo)準(zhǔn)，仍需在技術(shù)創(chuàng)新上有所突破。
圖2 電池研究目標(biāo)
注：圖片根據(jù)中國科學(xué)院先導(dǎo)計劃電池研究項目的目標(biāo)繪制
在驅(qū)動電機(jī)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(rèn)的主流研究方向。驅(qū)動電機(jī)高速化是實現(xiàn)這一目標(biāo)的重要方法。同功率高速電機(jī)的體積與重量均遠(yuǎn)小于低速電機(jī)，在電機(jī)量產(chǎn)過程中物料成本主要來自于導(dǎo)線、矽鋼沖片和汝鐵硼等磁體，因而電機(jī)的功率密度事實上也與成本密切相關(guān)。故雖高速電機(jī)的設(shè)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(jìn)高壓平臺驅(qū)動電機(jī)的功率密度能達(dá)到5~8 kW/kg，部分軍用電機(jī)能達(dá)到9~10 kW/kg。國內(nèi)在售驅(qū)動電機(jī)功率密度一般在0.6~4 kW/kg，與國際先進(jìn)水平有著較大差距，需要進(jìn)一步加大研發(fā)力度，攻克核心技術(shù)、基礎(chǔ)材料和關(guān)鍵部件難關(guān)。
（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(chǔ)設(shè)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(yīng)。在今后一段時期內(nèi)，應(yīng)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(dǎo)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(yīng)用優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)，應(yīng)考慮由單純的財政補(bǔ)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(quán)支持等方面加強(qiáng)政策扶持。純電動、插電式新能源汽車補(bǔ)貼退出后，繼續(xù)保持車輛購置稅減免等稅收優(yōu)惠；嚴(yán)格執(zhí)行油耗標(biāo)準(zhǔn)、雙積分等產(chǎn)業(yè)政策，適時轉(zhuǎn)化為碳交易機(jī)制；將推廣新能源汽車作為城市大氣環(huán)境保護(hù)的重要手段，賦予新能源汽車用戶更多的準(zhǔn)購權(quán)和道路使用權(quán)，通過政策引導(dǎo)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(shù)的選擇權(quán)和使用權(quán)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(shù)研發(fā)取得重大進(jìn)展，逐步進(jìn)入商業(yè)化示范運(yùn)行的關(guān)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(shù)問題，整車性能已能達(dá)到傳統(tǒng)汽車水平。同時，我國的科研團(tuán)隊也在不斷加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，比如在攻克催化劑技術(shù)和雙極板技術(shù)方面已取得突破性進(jìn)展。但總體來看，我國在燃料電池耐久性、關(guān)鍵材料和核心部件、氫氣存儲等方面與國外先進(jìn)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(dǎo)入和市場的培育發(fā)展。
在政策層面，通過設(shè)立國家重大科技專項，鼓勵國內(nèi)研發(fā)團(tuán)隊連續(xù)攻關(guān)，集中突破氫燃料電池關(guān)鍵核心技術(shù)；保持政策延續(xù)性，繼續(xù)實行氫燃料電池汽車的財政補(bǔ)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(guān)于氫能管理使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)氫能源生產(chǎn)、儲運(yùn)、加氫基礎(chǔ)設(shè)施、氫燃料電池汽車等方面的商業(yè)化示范應(yīng)用，逐步擴(kuò)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(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。好的產(chǎn)品是根本，為大眾消費(fèi)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(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)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(shù)、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(shù)和產(chǎn)品快速迭代也造成消費(fèi)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(bǔ)貼加速退坡和外資新能源汽車全面進(jìn)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(bǔ)貼資源，圍繞政策進(jìn)行產(chǎn)品布局從而獲得一定市場份額的現(xiàn)象將不復(fù)存在。企業(yè)應(yīng)通過掌握核心技術(shù)、了解用戶需求，打造具有競爭力的好產(chǎn)品，吸引廣大消費(fèi)者購買使用新能源汽車。同時，應(yīng)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(zé)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(shè)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(yùn)營企業(yè)之間要加強(qiáng)合作，加強(qiáng)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(jī)制。
普及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高用戶使用便捷性和滿意度是推動新能源汽車廣泛應(yīng)用的關(guān)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(chǔ)設(shè)施發(fā)展較快，但是行業(yè)仍然面臨著基礎(chǔ)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(yīng)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(fēng)能直接或經(jīng)過儲能設(shè)備充電，實現(xiàn)電動汽車的有序充電和電網(wǎng)運(yùn)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(fēng)能進(jìn)行制氫儲能，為氫燃料電池汽車提供加氫服務(wù)。
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(shù)、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(dǎo)向的商業(yè)模式，也有以共享汽車、貨運(yùn)客運(yùn)、公共交通為代表的使用導(dǎo)向商業(yè)模式，需要進(jìn)一步創(chuàng)新金融保險服務(wù)，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(yīng)用，推動車企深度參與充電運(yùn)營服務(wù)，支持整車企業(yè)向充電服務(wù)運(yùn)營商購買配套服務(wù)，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(yīng)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(shè)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(jìn)行架構(gòu)體系的設(shè)計，將物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)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?yán)?，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(wù)。
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(luò)。路端感知系統(tǒng)可以成為智能車輛感知系統(tǒng)的補(bǔ)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(jìn)行解析和重構(gòu)，采用部署在道路、車輛的邊緣計算能力進(jìn)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(diǎn)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(shù)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(xué)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(chǔ)設(shè)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(jìn)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(qiáng)國。
注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，若需可查看原文。
