基于技术路径视角的新能源汽车发展研究

基于技术路径视角的新能源汽车发展研究

张世龙　寇运国

（杭州电子科技大学管理决策与创新研究所）

摘　要:该文从技术原理、技术进程、技术优势、环保性能、技术瓶颈、发展前景等方面，在对新能源汽车竞相发展的各个技术路径进行了比较分析，借用趋势图线描述了各个技术路径的发展趋势，进而对美日欧等国新能源汽车在技术路径选择、政策支持及发展状况等方面进行了比较分析。最后提出对我国新能汽车发展的技术路径选择及政策支持对策建议。

关键词:新能源汽车；技术路径；技术替代；产业生命周期

在能源安全、环境保护及经济危机的背景下，发展新能源汽车成为各国政府共同的选择。新能源汽车采用非常规的车用燃料作为动力来源或使用新型的车载动力装置，具有科技含量高、燃料清洁、环境友好的特点^［1］，不仅能够实现能源多样化，解决能源危机，还有利于节能减排，降低CO₂的排放量，减缓气候变暖，带动产业发展，成为新的经济引擎，因此新能源汽车成为各国竞相发展的技术和产业。但是新能源汽车技术范式尚未形成，呈现出混合动力技术、纯电动技术、燃料电池技术、替代燃料技术等竞相发展的状况。这一时期为后发国家提供了跨越发展的“技术窗口”。我国传统汽车技术虽然落后，但在向新能源汽车技术转型过程中，若能正确选择主导技术路径及政策，借鉴技术先进国在新能源汽车领域发展的经验，我国完全有能力在汽车领域借助新技术的机遇实现技术和产业跨越。

一、新能源汽车技术路径发展趋势分析

新能源汽车技术主要有混合动力、纯电动、氢燃料电池等几种路径，竞向发展，各有优劣。混合动力技术采用内燃机和电动机双动力系统驱动，具有质量轻、速度高、排放好的特点，已有200万辆左右在运行并开始盈利，由于仍然没有摆脱对化石燃料的依赖，因此混合动力技术被认为只是一种过渡技术。纯电动技术依靠车载电池提供动力，纯粹以电机来驱动，具有结构简单、维护成本低、无污染的特点，将近4万辆纯电动汽车在运行，近乎完美的零排放、零污染驱动模式具有巨大的发展潜力，但电池性能、高成本是纯电动汽车面临的技术瓶颈。氢燃料电池技术利用氢燃料电池，将燃料中的化学能直接转化为电能来实现动力驱动，具有环保性能高、燃烧热值高、动力性强的特点，排放仅为水，是真正的清洁能源，但是这种技术尚处于研发阶段，燃料电池膜使用寿命可达5000h，燃料电池堆成本降低为94美元/k W，但其技术应用难度较大且成本高，短期内难以突破^［2］。

随着新能源技术的研发和应用，国内外专家对新能源汽车技术路径的发展趋势预测及选择也成为热门的问题。焦伟明等根据车载动力电池电压高、比能量高、自放电率低、循环性能好等几方面的要求，对目前几种锂离子电池的正负极材料进行分析、比较，对锂离子电池的研究方向进行展望^［3］。徐顺刚等通过分析电池组提前失效的原因，对耗散型均衡控制电路分析，在此基础上提出能够消除单体电池不一致对电池组循环寿命影响的均衡控制策略，并验证其可行性^［4］。崔征等在总结当今国内外主流动力电池技术与发展后，重点分析锂离子电池和燃料电池的现状及问题，并提出对未来动力电池技术研发方向的建议^［5］。夏兰等对提高锂离子电池使用安全性能的自激发安全保护技术的作用原理进行介绍，分析这些技术的应用特点和研究现状，对相关领域的发展方向进行了预测^［6］。孙振东等针对氢燃料电池汽车的结构特点，提出氢燃料电池汽车存在的碰撞安全性问题，分析国内外关于氢燃料电池汽车的碰撞安全标准，给出了解决方法^［7］。本文在前人研究成果的启示下，在对中国汽车工业协会、电动汽车网和盖特汽车网的相关数据搜集整理基础上，对各个技术路径从多方面进行了对比分析，其结果如表1所示。

表1　汽车技术路径比较

续　表

由表1可见，传统内燃机汽车已经达到技术极限，并且面临石油资源枯竭问题，将来必然被替代；混合动力汽车综合性能并不高，只可能作为一种过渡车型；纯电动汽车虽然使用过程排放较好，但还有诸多关键技术瓶颈，导致其无法获得消费者认同；氢燃料电池汽车作为最理想的一种技术路径，但技术进展缓慢，尚处在实验测试阶段。

根据费尔胡斯特方程和费根鲍姆（Feigenbaum）普适性常数法则，目前新能源汽车处于技术混沌期，几种技术路径同步发展，处于相互竞争态势，我们可以利用生命周期理论，从多方面综合考虑汽车性能，对各个技术路径的发展趋势做出描述如图1所示。

二、美日欧与我国新能源汽车发展比较分析

根据比较优势原理，美日欧自然资源禀赋不同，结合本国的技术发展优势及劣势，选择性扶持相关企业，制定不同的产业发展战略。他们技术相对领先，产业规划清晰，政策体系完善，而我国在新能源汽车技术领域与美日欧等国尚有一定的差距，因此研究他们的技术路径选择、产业发展状况及政策支持，对我国的技术路径选择及发展具有借鉴意义。

新能源汽车产业的研究发展，也引起了国内专家的关注。艾民等对美日欧等国新能源汽车技术路径选择以及发展现状进行分析，并提出我国在发展新能源汽车产业中的应对措施^［8］。张芳等在借鉴美日等国家电动汽车市场推广的经验基础上，对如何解决国内推广难题，促进新能源汽车更快、更好服务于大众消费市场提出建议^［9］。雷鸣对比分析了美日汽车在市场、资金方面的困难，指出我国需要抓住汽车产业转型升级的战略机遇期，加大政策扶持及投资力度，实现新能源汽车的跨越式发展，进一步推动技术创新，并加强现代企业制度建设^［10］。我国关于新能源汽车产业的发展，政府先后制定了《汽车工业调整和振兴规划》、《节能与新能源汽车产业发展规划（2011-2020）》和“十二五”规划。相关学者也作了大量研究，曾志伟等对新能源汽车各个技术路径的特点和优势进行对比，分析了中国新能源汽车技术的应用现状及产业发展现状，指出我国新能源汽车产业发展面临的问题及突破的方向^［11］。王相勤对制约我国电动汽车发展的动力电池与配电网两大因素深入分析，提出充电服务网络运营模式，以突破当前的电动汽车发展瓶颈^［12］。根据美日欧等国的产业发展政策及国内外专家研究，结合我国新能源汽车发展状况，将美日欧及我国的新能源汽车产业发展状况进行比较分析，其结果如表2所示。

表2　美日欧与我国新能源汽车产业发展比较

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由表2分析可得出如下结论:（1）从技术路径选择方面看，美日欧等国都经历了多技术路径同时发展，最终选择氢燃料电池技术路径重点发展，而我国目前的技术路径尚不清晰；（2）从市场化进程看，美日欧主推混合动力汽车，纯电动汽车销量量相对较少，其中日本的混合动力汽车市场占有率较高，欧盟则是替代燃料汽车市场占有率高达50%，而我国的新能源汽车整体销量还是不高；（3）从产业化进程看，美欧的产业周期进程中替代燃料技术较成熟，日本的混合动力技术相对成熟，燃料电池技术都处于研发期，尚没有突破技术瓶颈，我国的新能源技术虽然不具有领先优势，基本处于世界同一发展水平；（4）从政策及规划看，美日欧积极制定适于本国的产业规划，从启动市场需求和研发方面制定发展政策，并先后将新能源汽车发展提升为国家战略，我国在这方面也制定了产业规划和发展战略，但政策的力度较弱，落实不够。

三、我国新能源汽车发展的对策建议

（1）明确新能源汽车技术路径。新能源汽车各种技术路径发展存在竞争和相互替代的关系，有些技术由于技术的局限性，随着其他技术路径的发展，终会被替代。如果我们不能及时确定技术发展路径，会在替代过程中遭受损失，容易陷入“技术转移陷阱”。鉴于以上分析，美日欧等国都在经历了多路径共同发展的过程后，在可以预见的时期内，都选择了氢燃料电池技术作为最终解决方案，因此我国的技术路径选择更需要有前瞻性。

（2）把握各技术发展周期特征，针对不同技术范式给予合理的政策导向。一个产业和技术的成长、成熟，离不开政府的政策支持。目前，我国混合动力技术已经成熟，应更多地从市场需求方面提供政策支持。纯电动技术处于成长期，但不是理想的最终的解决方案，在氢燃料电池技术成熟的时间又无法确定的情况下，它还是有很大的发展空间，因此政府需要从产业推广和市场需求导向方面促进其发展。氢燃料电池技术最具有发展性，应予以更多的研发投入、市场启动和风险投资等方面的政策支持。氢燃料电池技术领域美日欧等国对我国尚未形成明显优势，此时技术进入壁垒较低，给我国提供了一个“技术进入窗口”，有望实现汽车产业和技术的跨越式发展。

（3）注重以核心技术为中心的集成创新，培育和发展本国品牌。新能源汽车是以电池系统技术为核心的汽车技术升级，因此我们需要重点对动力电池技术进行创新，加大对基础和应用研究的资本支持力度，培养相应的高素质人才。鉴于我国在传统内燃机汽车技术方面相对落后，可对整车制造、电机驱动系统、传动系统等技术方面进行引进吸收和集成创新。

（4）加强配套资源建设，促进产业发展。新能源汽车的技术特性，在进行产业化推广前，需要政府在充电站、加氢站、动力电池维修技师培训及网点布局等配套资源方面加强建设，才能更好地促进其产业化推广。

参考文献

［1］工业与信息化部.新能源汽车生产企业及产品准入管理规则［S］.

［2］曹静，王宏雁.氢能源汽车的发展现状及趋势［J］.汽车研究与开发，2005（12）:6-10.

［3］焦伟明，陈哲，尹懿等.高性能锂离子电池电极材料研究［J］.能源与环境，2012，4（02）:34-41.

［4］徐顺刚，王金平，许建平.一种延长电动汽车蓄电池寿命的均衡充电控制策略［J］.中国电机工程学报，2012，32（3）:43-48.

［5］崔征.电动汽车动力电池技术现状分析［J］.科技信息，2012，10（22）:136-137.

［6］夏兰，李素丽，艾新平等.锂离子电池的安全性技术［J］.化学进展，2011，23（3）:329-335.

［7］孙振东，刘桂彬，李希浩等.基于氢燃料电池汽车碰撞安全性的研究［J］.北京汽车，2009（2）:27-30.

［8］艾民，韩怀玉.我国新能源汽车产业发展的国际比较——基于“钻石模型”的分析［J］.工业技术经济，2011，11（11）:146-156.

［9］张芳，包先建.我国新能源汽车市场推广问题与对策研究［J］.价格理论与实践，2011（5）:85-86.

［10］雷鸣.美日汽车巨头的困境与我国新能源汽车发展机遇［J］.未来与发展，2010（2）:35-37.

［11］曾志伟.中国新能源汽车产业的技术路径选择研究［J］.公路与汽运，2012，7（4）:5-9.

［12］王相勤.当前我国电动汽车发展的瓶颈问题及对策［J］.能源技术经济，2011，23（3）:1-5.