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新能源车“跨界”改变社会
  新华网 ( 2019-08-22 07:23:08 ) 来源: 《环球》杂志
 

    新能源汽车跨领域协同发展将会为整个社会带来巨大变革。

马芳武 赵阳

  在前所未有的汽车产业变革期,新能源汽车将成为一个重大产业爆发点,并协同能源、通信、交通及环境等领域实现跨界发展。中国作为汽车生产和消费大国,以及未来的技术大国,应把握好新趋势、新机遇,迎接新挑战。

大势所趋

  新能源汽车跨领域协同发展主要来自4个方面。

  在能源领域,新能源汽车的能源需求将改变传统化石燃料供应商的单一性,并且推动电力行业向可再生性及智慧性发展。

  在通信领域,新能源汽车的智能化与网联化的核心在于通信协议标准与通信芯片,需要借助基于应用场景的虚拟仿真测试技术及试验场地综合测试。

  在交通领域,智慧城市为共享交通带来丰富的空间,未来出行形式正改变着人们的生活方式。

  在环境领域,电池生产和回收等必要环节,对新能源汽车的低碳化提出了更高的要求。

  同时,新能源汽车跨领域协同发展将会为整个社会带来巨大变革。

  首先,新能源汽车跨领域协同,为先进技术融合与未来移动场景提供了重要载体,其在电动化方面融合了先进材料技术与高精度零部件制造技术。一方面,对技术指标的要求提高,将不断推动关键零部件及其材料技术产业升级,包括动力电池材料技术、电驱动电机策略以及电控系统研发能力的提高。

  另一方面,这些新技术在新能源汽车上得到了快速应用,尤其是促使整车产品迭代速度加快,具体表现为:续航里程提升,新能源与电动化、智能化等领域的融合加速,整车开发流程加快,产品的更新周期缩短。

  其次,新能源汽车的网联化推动了下一代通信技术的普及。网联技术的商业化应用,为云计算、大数据等技术提供了大量的场景数据集。

  数据融合、通信技术、智慧交通系统及能源网等方面是新能源汽车的关键环节,自动驾驶汽车不仅需要无线通信、高精度地图、车载及路侧传感器,而且需要完善道路的基础设施网络。新能源汽车的智能化促使人工智能技术在交通领域拓展出巨大的发展空间。得益于人工智能技术的推广应用,自动驾驶汽车在复杂环境感知、高精度定位、决策控制等方面得到快速发展。自动驾驶与人工智能的融合促使汽车的驾驶安全性、舒适性和出行便利性全面提升。

  再次,新能源汽车对经济发展具有深刻影响。汽车是持续扩大内需的助力因素,是高投入、高产出和集群式发展的关键产业。汽车产业与其他产业关联度高,根据发达国家的经验统计,汽车产业可以带动100多个产业的发展。汽车生产需要大量的原材料——上游产业有钢铁、橡胶、塑料、玻璃等;中游零部件产业包括动力总成、底盘、汽车电子及内饰等;下游产业有汽车服务、保险业等。

  现阶段,中国汽车工业产值超过国内生产总值的10%,已然成为国民经济的支柱产业。新能源汽车将带动新产业链的构建。2017年,新能源汽车产业链投资总额超过汽车制造业的50%,已成为产业结构升级的新动力。

  此外,新能源汽车的跨界发展会对出行变革、能源转型、环境改善以及基础设施构建等产生重大影响。

  能源配备系统的革新与升级,体现了新能源汽车对动力能源绿色化的促进作用。随着差异化出行需求的增长,同时得益于物联网技术的发展,各种租赁模式相继出现在汽车共享市场,中国自主品牌车企均提出了移动出行的战略规划。

  鉴于中国大力发展可再生发电的政策、产业优势,新能源汽车的发展将有助于解决中国车用新能源供应的安全性。同时,中国全面参与并完成了通信技术国际标准的制定,推动了5G通信的国际标准化进程,为智能网联新能源汽车奠定了基础。

发展动向

  中国是全球新能源汽车发展最快的国家,产量和保有量均位居第一,占据全球约50%的份额。有专家认为,汽车行业的电动化已是不可逆的趋势,产业链正在进行颠覆性重构。

  第一,以传统整车企业为主导的产业流程正在改变,以需求端的个性化消费和出行服务为中心的新产业格局逐步形成。传统车企仍然是汽车产业的重要基础,但出行服务平台和硬件管理运营商将成为新格局的驱动者。

  同时,产业分工的垂直方向发展的链式结构向网状结构发展,汽车产品的研、产、销流程的“物理层”向包括“信息层”在内的以数据集成为基础功能整合的“平台层”发展,最终形成汽车产业的新信息系统。随着各平台交互的加深,具有数据网络集成能力的软硬件平台将逐步取代以产品为中心的“物理层”的支配地位。

  第二,智能汽车具有产业新、应用范围广及社会影响深等特点,还需科学高效配置智能汽车的资源在跨领域、跨部门协同发展。

  中国在拥有强大的信息通信产业的互联网及通信领域出现了一批世界级领军企业。其中,通信设备制造商进入世界第一阵营,移动通信和互联网运营服务能力位居世界前列,为新能源汽车进入智能化领域提供了有力保障。通信网络和交通网络快速发展,5G等下一代通信技术具有领先优势,北斗卫星导航系统可提供高精度定位服务,在规模超大、全球第一的汽车市场中,将发挥重要的引领作用。

  第三,汽车网联化和车路协同发展成为新热点。随着通信、互联网及大数据计算等技术的发展,网联化车路协同发展的技术路线逐渐受到业内关注。

  从综合成本的角度,在车路协同的发展思路下,感知传感设备重点覆盖于路侧,取代现阶段集中于车载的方案,进而降低单车的制造成本。在感知准确率方面,根据V2X(车对外界的信息交换)技术,通过信号传输的方式来实现汽车的定位,感知行驶环境,与车载感知系统协同融合,进而可降低由天气、光照等环境因素导致的误识别率。

  第四,新能源汽车与交通出行领域的融合使其得到快速发展。共享出行可增加交通出行领域有效供给,改善出行服务的供求关系,同时采用移动互联网高精度定位,提高车辆的使用效率。目前,新能源汽车是共享出行服务中的主导车型,各大主流运营商均在打造新能源汽车共享出行系统,进一步推动新能源汽车跨界发展。

挑战与机遇

  新能源汽车与电力系统和可再生能源协同发展还面临着巨大挑战。

  对于电网而言,新能源汽车在充电时相当于一个巨大的用电负载,其还具有不确定性和间歇性。未来,新能源汽车的大规模使用,电网功率的冲击和频率的波动,尤其回馈到电网的再生电能不仅无法被总网消纳,甚至会导致电力系统调峰压力增加,进而影响可再生能源的反向充电问题。

  功率冲击方面,很多新能源汽车具备30kW以上的快充功能,调度控制难度加剧。对于国内的住宅小区而言,如果大部分业主使用新能源车,用电负荷能达到几百千瓦的级别,使小区的电网不堪重负。

  频率调节方面,中国电网呈现电力电子化特征,调节能力下降,在交直流耦合影响下,可能发生故障。

  同时,中国的可再生能源发电与新能源汽车呈反向布局特点,导致新能源汽车难以消纳可再生能源,新能源汽车用电市场与可再生能源发电市场存在区域性布局错位。并且,新能源汽车与可再生能源的协同,除技术问题之外,还受到电力市场、商业模式、配套服务等诸多复杂因素制约。

  电池系统生产方面,在提高高端产能的基础上,需要进行合理的区域布局,向可再生能源丰富地区转移。目前,中国的动力电池原料也面临资源稀缺性问题。全球锂、钴、镍资源的分布集中度较高且呈现寡头垄断特征,中国锂资源虽然丰富但加工难度高,而钴、镍资源匮乏,均大量依赖进口。

  新能源汽车与V2X技术在实现车联网服务的同时,也将汽车的控制系统暴露在网络环境中,容易遭受外界的恶意攻击,带来了新的安全问题。因此,应建立车联网的安全管理平台,健全相应的制度,全面提升车联网的安全防护水平。同时,为确保道路通行安全和事故责任认定,V2X信息交互时,应当进行完备的信息合法性验证,建立国家级的V2X通信认证体系。

  在智能交通方面,自动驾驶技术得到了快速发展和广泛应用。但在L4级(高度自动化)及以上的自动驾驶汽车大规模应用上仍存在瓶颈,适用全域复杂环境的灵活性待提高,大批量生产制造能力待突破,以及道路交通建设应相应改善。

  新能源汽车的电动化和跨界发展进程中,对生态环境保护也提出了新要求。汽车的电动化发展应纳入生态环境保护政策体系,具体应推进电力清洁化,重视电池回收利用,关注电动汽车能效与续航里程合理发展等。

  (作者系吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室国家特聘专家)

来源:2019年8月21日出版的《环球》杂志 第17期

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