本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2019年第3期

作者：陳清泉，鄭彬

來源：創新思維下的新能源汽車發展理念[J].中國工程科學,2019,21(3):70-75.

編者按

新能源汽車作為汽車未來發展的重要方向，協同智能化、網聯化發展，為我國汽車産業由大變強、轉型升級，實現高質量發展提供了重要機遇。新能源汽車發展中不斷湧現的新技術、新模式、新業态給汽車産業帶來了新的挑戰和機遇，需要在堅持創新思維下，進一步明确新能源汽車的發展要點。

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，從發展新能源汽車應秉持的創新思維出發，分析了創新所需的理念、人才、氛圍三大要素以及前瞻思維、差異思維、全局思維、循環思維等思維方法。文章提出，新能源汽車的發展理念需遵循創新驅動、政策驅動和市場驅動，好的産品、基礎設施與商業模式，四網融合與四流融合。文章認為，未來新能源汽車應從人性化需求出發，依托人性化智慧，以車、路、城三個維度綜合考量整車開發，體現“為人所有、為人所造、為人所享”的創變式設計理念，構建超體智能架構，實現感知的協同、計算的協同、直至智慧的協同。

一、

引言

改革開放40年以來，汽車産業已成為我國國民經濟的支柱産業，汽車制造業産值約占經濟總量的2%，2018年中國汽車銷量共計2808.06萬輛，連續10年蟬聯全球銷量第一。新能源汽車作為汽車未來發展的重要方向，協同智能化、網聯化發展，為我國汽車産業由大變強、轉型升級，實現高質量發展提供了重要機遇（見圖1）。新能源汽車發展中不斷湧現的新技術、新模式、新業态給汽車産業帶來了新的挑戰和機遇，需要在堅持創新思維下，進一步明确新能源汽車的發展要點。

圖1 中國與全球新能源汽車産量對比

注：數據來源于中國汽車工業協會、Marklines及Evsales相關數據

二、

發展新能源汽車要有創新思維

我國發展新能源汽車，一方面有着良好的産業基礎和廣闊市場，具備趕超國際、“換道超車”的機遇；另一方面仍面臨着許多關鍵技術和薄弱環節有待突破，更需要堅持創新思維，樹立創新是引領發展第一動力的理念，彙聚全球創新人才，支持國内國際的開放合作，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争的健康格局，健全知識産權保護機制，為新能源汽車産業的創新發展創造良好氛圍。

（一）前瞻思維

思維的前瞻性，是立足現實、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展，使相關的政策環境、産業布局、關鍵技術都處在不斷變化之中。突出前瞻思維，才能緊跟産業發展趨勢，搶占技術制高點，特别是在關鍵核心技術上，前瞻思維有助于規劃技術發展路徑，凝練關鍵點和突破口，加強技術儲備和科研開發，最終實現關鍵技術自主創新。

（二）差異思維

創新的差異化是指在新能源汽車發展過程中，要結合我國經濟社會發展水平和汽車産業現狀，尋找不同于國外汽車發展道路的發力點和落腳點，實現差異化、獨特化發展。經過幾十年的努力，特别是改革開放以來的快速發展，我國汽車技術的自主研發能力已有明顯提升，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展，以及近幾年智能網聯技術及時跟進甚至局部領先，為我國新能源汽車走出有别于國外發展的差異化道路，最終實現“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、系統地而不是零散地、普遍聯系地而不是單一孤立地認知事物的思維方式。汽車産業具有關聯度高、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着純電動和插電式混合動力汽車從導入期向發展期過渡、氫燃料電池汽車從研發期向導入期推進等不同的發展态勢，都需要堅持全局思維，加強頂層設計，統籌處理好新能源汽車與整個汽車産業的關系，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展策略的關系，以及新能源汽車與智能網聯汽車跨界融合的關系。

（四）循環思維

循環思維是以資源的高效利用和循環利用為核心，以再利用、資源化為原則，以低排放、低消耗、高效率作為特征，以符合可持續發展理念的角度看待新能源汽車的發展。汽車動力電池在退役後，并不是最終結束，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、示範應用和産業化。從低碳節能角度上看，要綜合考慮新能源汽車從生産使用退役全壽命的碳足迹，通過建立生命周期數據庫來系統評估碳排放，不宜通過不斷堆疊電池，片面追求續航裡程而導緻碳排放高于傳統汽車。

三、

我國新能源汽車發展理念

我國新能源汽車正處于由快速增長向高質量發展轉型時期，純電動汽車和插電式混合動力汽車産業規模迅速增長，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及小批量試運營階段，加氫基礎設施和商業化推廣示範逐步推進。在新能源汽車轉型發展的關鍵時期，本文研究提出的發展理念，旨在為新能源汽車發展提供指導作用和借鑒意義。

（一）創新驅動

科技創新始終在新能源汽車的發展中發揮着引領支撐的作用，要繼續提升新能源汽車核心技術，加強動力電池、驅動電機等方面的基礎研究和技術創新。

高能量密度動力電池是新能源汽車發展的迫切需求，根據中國科學院先導計劃電池研究項目的目标，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态電池、锂硫電池、金屬空氣電池、燃料電池等，但在5~10年内産業化可能性較小。锂離子動力電池有望于2020 年前實現300 Wh/kg 目标，國内已有團隊采用高鎳三元正極和Si/C 負極，研制出軟包裝锂離子電池比能量可達到300 Wh/kg，其中部分樣品技術性能指标已接近應用要求，但安全性尚不能全部滿足國際标準，仍需在技術創新上有所突破。

圖2 電池研究目标

注：圖片根據中國科學院先導計劃電池研究項目的目标繪制

在驅動電機方面，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。驅動電機高速化是實現這一目标的重要方法。同功率高速電機的體積與重量均遠小于低速電機，在電機量産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，但一旦定型後卻在量産時有非常明顯的成本優勢。目前國際上先進高壓平台驅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。國内在售驅動電機功率密度一般在0.6~4 kW/kg，與國際先進水平有着較大差距，需要進一步加大研發力度，攻克核心技術、基礎材料和關鍵部件難關。

（二）雙輪驅動

多年來，我國新能源汽車在産業、市場、基礎設施和政策法規等方面形成的綜合競争優勢，充分體現了政策與市場雙輪驅動的正向激勵效應。在今後一段時期内，應根據新能源汽車發展的不同階段、不同水平、不同情況，繼續發揮好政策引導與市場主體的雙輪驅動作用。

對于純電動汽車和插電式混合動力汽車，随着市場的快速增長，生産成本逐步下降，應用優勢逐步顯現，應考慮由單純的财政補貼向綜合的政策支持轉變，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後，繼續保持車輛購置稅減免等稅收優惠；嚴格執行油耗标準、雙積分等産業政策，适時轉化為碳交易機制；将推廣新能源汽車作為城市大氣環境保護的重要手段，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向新能源汽車的購買和使用。另一方面，充分發揮市場主體作用，在政策層面逐步取消對能量密度、續航裡程等具體參數要求，把産品技術的選擇權和使用權交給企業和市場本身，通過市場的優勝劣汰，催生出一批真正具有國際競争力和影響力的新能源汽車企業和産品。

對于氫燃料電池汽車，目前正處于技術研發取得重大進展，逐步進入商業化示範運行的關鍵階段。從國際氫燃料電池汽車發展現狀看，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闆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，需要充分發揮我國政策與市場雙輪驅動的協同優勢，做好政策的前期導入和市場的培育發展。

在政策層面，通過設立國家重大科技專項，鼓勵國内研發團隊連續攻關，集中突破氫燃料電池關鍵核心技術；保持政策延續性，繼續實行氫燃料電池汽車的财政補貼，鼓勵企業對氫燃料電池汽車的持續投入；根據發展中出現的新情況，及時研究出台關于氫能管理使用的技術标準和規章制度。

在市場方面，在氫能開發利用和新能源汽車發展條件較好的地區先行先試，加快推進氫能源生産、儲運、加氫基礎設施、氫燃料電池汽車等方面的商業化示範應用，逐步擴大氫燃料電池汽車使用規模，培育建立起材料、部件、系統較為完備的産業鍊。

（三）好的産品、基礎設施與商業模式

新能源汽車發展的成功最終要靠市場和用戶來檢驗，好的産品、好的基礎設施、好的商業模式，是實現新能源汽車高質量發展的重要衡量标準。好的産品是根本，為大衆消費者提供買得起、用得起、用得可靠的産品，是發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；好的商業模式是創新，将汽車電動化與智能化、共享化相融合，帶動新能源汽車發展的創新變革。

新能源汽車技術、産品叠代周期明顯快于傳統燃油汽車，且呈現加速态勢，技術和産品快速叠代也造成消費者對好的産品有了更高期待。在今後一段時期内，随着補貼加速退坡和外資新能源汽車全面進入國内，新能源汽車市場将面臨更為激烈的競争。原有的依靠财政補貼資源，圍繞政策進行産品布局從而獲得一定市場份額的現象将不複存在。企業應通過掌握核心技術、了解用戶需求，打造具有競争力的好産品，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，企業作為第一責任人，要把安全性放在比能量密度、續駛裡程、充電方便等更重要的位置，在研發、設計、制造、售後等環節提高安全性水平；另一方面，動力電池制造企業、汽車制造企業以及充電運營企業之間要加強合作，加強數據聯通，形成合作分析事故原因、提高安全性的平台和機制。

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展迅速，截至2018年12月，我國部署公共類充電樁299 752台，同比增長40.1%。雖然充電基礎設施發展較快，但是行業仍然面臨着基礎不牢固、發展不均衡不充分等問題。更為重要的是，随着我國電動汽車數量的迅速增長，車輛在用電高峰的無序充電可能會對電網造成沖擊，同時也會增加用戶的充電成本。因此，應着眼構建能夠将衆多充電樁互聯控制的充電網體系（見圖3），并可以與配電網耦合交互，實現充電網與配電網的協同調度，通過利用晚上低谷電力充電，或者利用太陽能、風能直接或經過儲能設備充電，實現電動汽車的有序充電和電網運行的削峰填谷。此外，還可以利用電網無法消納的太陽能、風能進行制氫儲能，為氫燃料電池汽車提供加氫服務。

圖3 充電網示意圖

随着新能源汽車産業迅速發展，商業模式創新對産業的作用越來越大。新能源汽車作為智能化、網聯化、共享化的最佳載體，必然吸引信息技術、金融、新材料等産業的融合，推動商業模式不斷創新。在未來一段時期内，新能源汽車産業中既有車輛銷售、維修保養等産品導向的商業模式，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模式，需要進一步創新金融保險服務，加大購車用車的金融優惠力度，推廣分時租賃、智能網聯的普及應用，推動車企深度參與充電運營服務，支持整車企業向充電服務運營商購買配套服務，以更加多元完善的商業模式推動新能源汽車發展。

（四）四網融合與四流融合

汽車的出現改變了人們的出行方式，也改變了世界。然而在汽車發展的同時也給人類社會帶來了問題，空氣污染，交通堵塞，能源不可持續等，因而今天的汽車發展需要革命，汽車革命的内涵是電動化，自動駕駛和互聯共享，而新能源汽車所使用的電能或氫能等二次能源，能夠耦合優化一次能源，從而帶動能源在信息化、數字化、網聯化等方面新的提升，推動能源革命與汽車革命相結合，形成圍繞新能源汽車構建的交通網、能源網、信息網、人文網，與能源流、信息流、物質流和價值流的融合，即四網融合與四流融合相結合。

圍繞四網融合與四流融合，未來新能源汽車應從人性化需求出發，依托人性化智慧，以車、路、城三個維度綜合考量整車開發，體現“為人所有、為人所造、為人所享”的創變式設計理念，構建超體智能架構（HOA )，實現感知的協同、計算的協同、直至智慧的協同。

超體智能架構由開放的車輛電子平台（VEA）、道路監測平台（RSA）和城市數據平台（CDA）三部分組成，是把車、交通、城市作為一個統一的整體進行架構體系的設計，将物聯網和互聯網有機地結合（見圖4）。

圖4 HOA系統架構

VEA是新型車輛電子架構平台，構造了一個開放的系統環境，使得每一個傳感器都可以被自由調用，每一個軟件模塊都可以被自由重組，從而讓包括第三方在内的開發者，在任意時刻都能構造出豐富的，擁有無限想象空間的功能種類。在這樣的車裡，人們可以獲取從美食、音樂、資訊一直到醫療保健等各種類型的服務。

RSA是超體智能架構裡的感知平台，無論是在車端還是路端，都部署了大量的傳感器，構建起一套廣泛的感知網絡。路端感知系統可以成為智能車輛感知系統的補充，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态數據信息。

CDA作為數據處理平台，用于處理HOA體系将産生海量的異構數據，也就是不同物聯網産生的不同格式、不同采樣頻率的數據。要讓這些數據能夠被不同系統有效利用，必須借助人工智能的力量來進行解析和重構，采用部署在道路、車輛的邊緣計算能力進行處理。

四、

結語

新能源汽車産業作為戰略性新興産業的典型代表和重點對象，近年來在我國已經實現了跨越式發展，但仍存在着技術瓶頸多、綜合成本高、市場推廣難等問題。要實現新能源汽車的高質量發展，解決産業發展中的各種問題，避免走彎路、走錯路，就需要堅持創新思維，将産學研用各個創新主體結合起來，充分發揮政策與市場的協同優勢，努力打造好的産品、好的基礎設施、好的商業模式，推動電動化、自動駕駛和互聯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合，推進我國汽車産業轉型升級，加快實現我國從汽車大國邁向汽車強國。

注：本文内容呈現略有調整，若需可查看原文。

作者介紹

陳清泉

，電機、電力驅動、電動汽車和智慧能源系統專家，中國工程院院士、英國皇家工程院院士。

提出了電動汽車研究核心和總體指導思想，将汽車技術、電機技術、電力驅動技術、電力電子技術和現代控制理論有機地結合起來為現代電動汽車學奠定了基礎，使現代電動汽車學這一新興交叉學科從理論到實踐形成了一個完整的體系；又提出了能源與信息的聯系，智慧能源系統，能源計算機、能源銀行，以碳平衡原理優化多能源系統。多次獲得國際性科技傑出成就獎。

戰略研究：中國綜合交通工程科技2035發展戰略

戰略研究：機械與運載工程領域颠覆性技術

前沿研究：電動汽車锂電池模塊設計中相似性能電池聚類的綜合方法

戰略研究：我國汽車産業的轉型升級

戰略研究：全氣候新能源汽車關鍵技術及展望

中國工程院院刊

工程造福人類

科技開創未來

微信公衆号ID ：CAE-Engineering

注：論文反映的是研究成果進展，不代表《中國工程科學》雜志社的觀點。

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