我国新能源汽车产业技术路线图研究

武 汉 理 工 大 学硕 士 学 位 论 文我 国 新 能 源 汽 车 产 业 技 术 路 线 图 研 究姓 名 ： 张 海 波申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 载 运 工 具 运 用 工 程指 导 教 师 ： 王 宇 宁20120521摘 要20 世 纪 90 年 代 以 来 ， 我 国 汽 车 工 业 实 现 了 跨 越 式 的 发 展 ， 逐 渐 成 长 为 我 国 国民经济的支柱产业。汽车保有量的逐年增加，给我国带来了巨大的能源消耗和环境污染问题。在能源危机和环境污染的双重压力下，发展新能源汽车已经成为我国实现汽车工业升级和可持续发展的重大举措。但是，新能源汽车种类很多，各项技术的成熟度也存在较大的差异性，业界对于我国新能源汽车产业发展方向的定位也没有一个统一的答案。产业技术路线图作为一种产业技术规划创新管理工具，能够为政 府 及 相 关 科 技 部 f-l$IJ 定 产 业 政 策 提 供 决 策 依 据 ， 为 产 业 技 术 资 源 的 优 化 配 置 、 产学 研 合 作 开 展 技 术 研 发 活 动 提 供 参 考 ， 为 企 业 技 术 研 发 部 门 的 研 发 选 择 提 供 方 向 。本文首先介绍技术路线图的定义、类型以及发展现状，并对产业技术路线图的结 构 和 制 定 过 程 进 行 研 究 ， 提 出 制 定 我 国 新 能 源 汽 车 产 业 技 术 路 线 图 的 总 体 思 路 。然后在分析我国新能源汽车产业现状的基础上，运用德尔菲法，从市场需求角度出发，绘制我国新能源汽车产业市场需求技术路线图。接着通过对新能源汽车技术专利 的 分 析 ， 绘 制 专 利 地 图 ， 基 于 TRIZ 技 术 系 统 进 化 法 则 ， 识 别 新 能 源 汽 车 关 键 技术，绘制我国新能源汽车产业关键技术路线图。最后绘制出我国新能源汽车产业综合技术路线图，并提出相关的实施建议以及设计动态监控平台实现产业技术路线图的 后 续 管 理 。 研 究 结 果 表 明 ， 近 期 内 将 重 点 发 展 插 电 式 混 合 动 力 汽 车 及 纯 电 动 汽 车 ，燃料电池汽车的发展是中远期目标。同时提高新能源汽车电池性能是当前产业最为重视的技术课题，电机及动力系统总成技术已经基本可以满足新能源汽车产业发展的 需 求 ， 但 是 性 能 的 进 一 步 优 化 也 是 近 期 需 要 突 破 的 技 术 。本文的特色在于在德尔菲问卷调查定性分析的基础上，运用三角模糊数将问卷结果定量化，使结果更加科学可靠。对新能源汽车产业未来技术发展通道的预测同时考虑市场拉动和技术推动两方面因素，使结果更加合理化。最后充分考虑市场需求的不断变化及技术发展的动态性，设计了动态监控平台，实现我国新能源汽车产业 技 术 路 线 图 的 后 续 更 新 。关 键 词 ： 新 能 源 汽 车 ， 德 尔 菲 法 ， TRIZ 理 论 ， 产 业 技 术 路 线 图 ， 动 态 监 控 平 台puts forward general makingindustry status， it makes a prediction for the development energyroadmap about market demand Thirdly， on the basis TRIZ， it analysesAbstractSince the 1990s ChinaS automobile industry has a rapid development， andbecomes the pillar of the national economy industry With the car increasing year by year,it brings huge energy consumption and environmental pollution to our country Under thepressures of energy crisis and environmental pollution， the development of new energyvehicles is becoming an important measure for our country to upgrade the auto industryand keep sustainable development ItS an important issue that how to position accuratelyofthe new energy vehiclesfuture development trend and the optimized allocation oftheresearch and development resources As a kind of industry technical planning innovmionmanagement tool，industrial technology roadmap Call provide basis for the governmentand related departments developing science and technology industrial policy anddeclaring major research and development project WhatSmore， it can provide referencefor the industry optimizing allocation ofthe technology resources and cooperation intechnology research and development activities among the industry， the college and theresearch institution It alsoenterprisescan provide direction for the research and development ofFocusing on the subject of the industrial technology roadmap of our countryS newenergy vehicle， this thesis makes an exploratory research from two aspects of markettraction and technology push for the technology development trends of our countryS newenergy vehicle industry Firstly， it introduces the definition， types and the developmentstatus ofthe technology roadmap， researches on the structure and making process， andthe idea of industrial technology roadmap for our countrysnew energy vehicle Secondly， based on the analysis ofour countryS new energy vehicleof new vehicle from theperspective of market demand by using Delphi method And then make a technologyof the rule of thetechnology patents ofour countryS new energy vehicle and maps a patent mapThroughthe analysis of technology patent,it specifies the development direction and recognizesthe key technologies of the new energy vehicle， and makes a technology roadmap aboutkey technology Finally， it synthesizes the market demand technology roadmap and keytechnology roadmap ， and makes a comprehensive technology roadmap of our countrySnew energy vehicle industry And then it puts forward some relevant implementationsuggestions and designs a dynamic monitoring platform for subsequent management ofthe industrial technology roadmap The result ofthis study shows that， it will focus onthe development ofplugin hybrid vehicle and pure electric vehicle in the near future，and the development of fuel cell vehicle will be the long term goal Meanwhile，improving the performance of baaery is the most important issue SO far The motor andpower system assembly can meet the needs of the development of new energy vehicle，but still have room for improvementThe thesis features in that,based on the qualitative analysis with Delphiquestionnaire survey， it USeS triangular fuzzy number to make the result quantifiedMeanwhile， it predicts the future development of new energy vehicle considering bothmarket demand and technology pull Finally， considering the variation of market demandand the dynamic of technology development,it designs a dynamic monitoring platformto realize the subsequence updates of the industrial technology roadmapKey words ： new energy vehicle， Delphi method， TRIZ theory， industrial technologyroadmap， dynamic monitoring platform武 汉 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文第 1 章绪论1 1 研 究 的 背 景进 入 2l 世 纪 以 来 ， 我 国 汽 车 工 业 实 现 了 快 速 发 展 ， 已 经 成 长 为 国 民 经 济 重 要的 支 柱 产 业 。 2001 年 到 2010 年 ， 我 国 汽 车 产 量 从 233 44 万 辆 激 增 到 l 826 47万辆，平均每年增幅达到 20以上。2009 年，在金融危机的冲击下，全球汽车行业整车产销 量 严 重 下 滑 ， 但 是 我 国 汽 车 行 业 却 逆 势 上 扬 ， 产 销 量 分 别 达 到 1379 1 万 辆 和1364 48 万 辆 ， 成 为 全 球 第 一 汽 车 生 产 国 和 消 费 国 。 2010 年 ， 我 国 汽 车 产 销 量 双 双突 破 1800 万 辆 大 关 ， 分 别 达 到 1826 47 万 辆 和 1806 19 万 辆 。 201 1 年我国汽车产销量 再 创 新 高 ， 产 销 量 分 别 达 到 1841 89 万 辆 和 1850 51 万 辆 ， 连 续 三 年 成 为 全 球 汽车 第 一 生 产 国 和 消 费 国 ， 这 也 标 志 着 我 国 已 经 成 为 了 全 球 汽 车 大 国【 l】 。 汽 车 保 有 量的 逐 年 增 加 ， 带 来 了 巨 大 的 能 源 消 耗 和 环 境 问 题 。 截 至 2011 年 8 月 底 ， 我 国 汽 车保 有 量 达 到 l 亿 辆 。 由 于 汽 车 燃 料 多 数 为 石 油 资 源 ， 直 接 导 致 我 国 石 油 资 源 的 快 速消 耗 。 同 时 ， 我 国 石 油 资 源 相 对 贫 乏 ， 人 均 石 油 开 采 储 量 远 远 低 于 世 界 平 均 水 平 ，造成我国石油需求量远远大于供应量，对外依存度也逐渐增加，能源短缺问题日益凸显 【2】o汽车在使用过程中的尾气排放造成了环境污染。环境保护部监测表明，我国城市空气开始呈现出煤烟和机动车尾气复合污染的特点。一些地区酸雨、灰霾和光化学 烟 雾 等 区 域 性 大 气 污 染 问 题 频 繁 发 生 ， 这 些 问 题 的 产 生 都 与 车 辆 尾 气 排 放 密 切 相关 。 同 时 ， 由 于 机 动 车 大 多 行 驶 在 人 口 密 集 区 域 ， 尾 气 排 放 会 直 接 影 响 群 众 健 康 。2010 年 ， 全 国 机 动 车 排 放 污 染 物 5226 8 万 吨 ， 其 中 一 氧 化 碳 (CO)4080 4 万 吨 、氮 氧 化 物 (NOx)599 4 万 吨 ， 碳 氢 化 合 物 (HC)487 2 万 吨 ， 颗 粒 物 (PM)59 8万 吨 【 31， 其 中 汽 车 排 放 的 NOx 和 PM 超 过 85 ， HC 和 CO 超 过 70 。 全 球 变 暖 是目 前 全 球 环 境 问 题 的 焦 点 。 造 成 全 球 变 暖 的 原 因 就 是 进 入 大 气 中 的 以 二 氧 化 碳 为 主的 温 室 气 体 浓 度 的 增 加 。 据 统 计 ， 全 球 二 氧 化 碳 (C02)总 的 排 放 量 中 有 18 是 汽车尾气造成的。2009 年哥本哈根世界气候大会就应对未来气候变化的全球行动签署新 的 协 议 。 在 会 议 上 我 国 政 府 公 布 了 减 排 行 动 目 标 ， 即 到 2020 年 单 位 国 内 生 产 总值二氧化碳(C02)排放比 2005 年下降 40到 454。 。为了达到这一目标，全国加武 汉 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文大 了 对 环 境 污 染 的 预 防 和 治 理 。 其 中 ， 汽 车 工 业 作 为 二 氧 化 碳 (C02)排 放 较 多 的产 业 ， 也 受 到 了 国 家 的 重 视 。面临日益加剧的能源危机和环境污染问题，发展新能源汽车已经成为我国提高汽 车 产 业 竞 争 能 力 的 重 大 举 措 。 “十 二 五 “规 划 中 将 新 能 源 汽 车 产 业 列 为 七 大 战 略新兴产业之一，并将得到国家及政府的大力支持。规划中强调，新能源汽车产业重点发展纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车等纯电驱动的汽车。为促进新能源汽车的发展，各级政府在 2009 年落实新能源汽车财政补贴达 10 亿元以上，对 新 能 源 汽 车 投 资 达 40 亿 元 ， 用 于 新 能 源 汽 车 电 池 、 电 机 、 及 控 制 系 统 等 核 心 技术 研 发 、 关 键 零 部 件 及 整 车 制 造 等 方 面 【 5】 。 并 且 先 后 出 台 了 一 系 列 产 业 政 策 和 规 划来 规 范 产 业 发 展 秩 序 ， 推 动 新 能 源 汽 车 产 业 健 康 快 速 发 展 。 未 来 10 年 ， 中 央 财 政将 投 人 超 过 1000 亿 元 的 资 金 支 持 新 能 源 汽 车 产 业 发 展 。 发 展 新 能 源 汽 车 已 经 提 升到 国 家 战 略 层 面 。我国新能源汽车技术研发起步较晚，与欧、美、日等世界新能源汽车技术先进水 平 的 国 家 相 比 存 在 较 大 的 差 距 ， 但 是 在 某 些 技 术 领 域 ， 我 国 也 处 于 国 际 领 先 水 平 。在全球新能源汽车竞争格局中，日本在混合动力汽车技术方面最为先进，已经实现了 混 合 动 力 汽 车 产 业 化 。 丰 田 公 司 生 产 的 普 锐 斯 (Hybrid)自 1997 年 量 产 后 累 计 销售 已 超 过 350 万 辆 。 美 国 新 能 源 汽 车 研 发 起 步 较 早 ， 在 燃 料 电 池 汽 车 、 插 电 式 混 合动力汽车和氢能源汽车技术领域内取得了较多的成果。欧洲在新能源汽车技术领域的研究更加广泛，氢能源、燃料电池汽车、混合动力汽车以及纯电动汽车都是研究重 点 ， 同 时 也 大 力 推 进 生 物 燃 料 汽 车 的 产 业 化【 6】 。 我 国 在 混 合 动 力 汽 车 、 纯 电 动 汽车和燃料电池汽车方面，已经能够自主研发相应的整车产品，并且一些混合动力汽车 和 纯 电 动 汽 车 已 经 进 入 了 示 范 运 营 阶 段 ， 处 于 国 际 领 先 地 位 。 但 是 ， 在 混 合 动 力 、燃 料 电 池 以 及 氢 能 源 等 新 能 源 技 术 方 面 ， 我 国 远 远 落 后 于 世 界 先 进 水 平 。 综 合 来 看 ，我国在新能源汽车技术方面竞争力与世界先进水平的国家存在差距，如何在未来新能 源 技 术 研 发 中 占 据 制 高 点 ， 是 我 国 汽 车 业 界 乃 至 国 家 层 面 所 面 临 的 重 大 课 题 。在 这 一 大 背 景 下 ， 本 文 以 “新 能 源 汽 车 “作 为 研 究 对 象 ， 基 于 技 术 预 见 理 论 和TRIZ 技 术 系 统 进 化 法 则 ， 运 用 德 尔 菲 法 和 专 利 地 图 法 ， 从 市 场 推 动 和 技 术 拉 动 两个方面对我国新能源汽车技术进行分析，并对未来新能源汽车技术进化和发展做出2武 汉 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文预测，绘制出我国新能源汽车产业技术路线图，并提出我国新能源汽车产业发展策略的相关建议。1 2 研 究 的 目 的 及 意 义本论文研究的目的旨在通过我国新能源汽车产业技术路线图的研究，明确我国新能源汽车发展的关键技术，正确把握新能源汽车产业未来的技术发展方向。除此之外，产业技术路线图的研究，能够为政府及相关科技部门制定产业政策、申报重大研发项目提供决策依据，为产业技术资源的优化配置、产学研合作开展技术研发活 动 提 供 参 考 ， 为 企 业 技 术 研 发 部 门 的 研 发 选 择 提 供 方 向 。技 术 路 线 图 作 为 一 种 技 术 规 划 创 新 管 理 工 具 ， 是 目 前 产 业 技 术 研 发 (R&D)领域研究的重点和热点问题。本课题拟在系统总结前人已有研究成果的基础上，整合技 术 预 见 、 TRIZ 的 技 术 进 化 系 统 法 则 等 理 论 ， 制 定 符 合 我 国 产 业 实 践 需 求 的 新 能源产业技术路线图制定流程和规范，丰富了产业技术路线图理论体系的研究，具有很强的理论意义。技术路线图发展至今，在欧美、日、韩等技术发达的国家和地区得到了广泛应用，并在技术创新领域取得了很好的科技成果，而在我国的研究还比较少。在此背景下，对技术路线图理论和绘制方法进行探索性研究具备一定的必要性。本文介绍了技术路线图的概念，以我国新能源汽车产业为对象，在借鉴其它国家产业技术路线图成功经验的基础上，提出我国新能源汽车产业技术路线图的绘制方 法 。 为 新 能 源 汽 车 产 业 技 术 创 新 提 供 了 一 种 新 的 定 性 与 定 量 相 结 合 的 研 究 方 法 ，为 政 府 和 企 业 制 定 研 发 战 略 提 供 了 参 考 。新能源汽车产业未来技术发展方向是当前汽车产业重点关注的问题，对产业发展具有指导性作用。因此，对新能源汽车产业技术路线图进行探索性研究，具有很好的应用价值和现实意义。发展节能与新能源汽车已经提升到国家战略层面。我国政府高度重视节能与新能源汽车的研发和产业化。当前，国家已经出台了一系列促进新能源汽车发展的措施，如关于开展节能与新能源汽车示范推广试点工作的通知 、 十 城 千 辆 工 程 、 关 于 开 展 私 人 购 买 新 能 源 汽 车 补 贴 试 点 的 通 知 等 。 同 时 ，节能与新能源汽车发展规划也即将出台。国家对新能源汽车产业的政策扶持力度不断加大，企业的积极性也在不断提高。在国家政府的推动下，我国新能源汽车产业得到了一定发展，但是新能源汽车核心技术研发与国际先进水平有较大差距、相关武 汉 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文配套设施建设也无法满足产业发展需求，我国新能源汽车产业发展尚处于起步阶段，亟需从市场需求和产业发展角度出发，明确产业发展的关键技术以及产业技术发展方向，制定切实可行的产业技术发展路线。本文研究的新能源汽车产业技术路线图，结合我国新能源汽车产业实际，从市场推动和技术拉动角度出发，将新能源汽 车 技 术 整 合 进 产 业 发 展 战 略 。 通 过 官 产 学 研 合 作 的 模 式 ， 整 合 和 优 化 技 术 资 源 ，促 进 新 能 源 汽 车 产 业 的 发 展 。1 3 研 究 内 容 和 方 法本 文 研 究 的 我 国 新 能 源 汽 车 产 业 技 术 路 线 图 。 全 文 共 分 为 6 章 ， 各 章 内 容 如 下 ：第 l 章 阐 述 论 文 研 究 背 景 、 目 的 及 意 义 ， 简 单 介 绍 研 究 的 总 体 思 路 、 研 究 内 容和 方 法 ， 并 列 出 研 究 的 创 新 点 。第 2 章 是 理 论 综 述 部 分 。 介 绍 技 术 路 线 图 的 定 义 、 类 型 以 及 发 展 现 状 ， 并 对 产业技术路线图的结构和制定过程进行研究，提出制定我国新能源汽车产业技术路线图 的 总 体 思 路 。第 3 章 是 我 国 新 能 源 汽 车 产 业 市 场 需 求 要 素 分 析 。 阐 述 我 国 新 能 源 汽 车 产 业 现状 ， 通 过 SWOT 分 析 ， 明 确 我 国 新 能 源 汽 车 发 展 优 劣 势 以 及 存 在 的 机 会 和 威 胁 ， 为技术路线图的制定奠定基础。从市场需求角度出发，运用德尔菲法对我国新能源汽车 技 术 发 展 做 出 预 见 ， 绘 制 我 国 新 能 源 汽 车 产 业 市 场 需 求 技 术 路 线 图 。第 4 章 是 我 国 新 能 源 汽 车 产 业 关 键 技 术 的 选 择 。 通 过 对 新 能 源 汽 车 技 术 专 利 的分 析 ， 绘 制 专 利 地 图 ， 基 于 TRIZ 技 术 系 统 进 化 法 则 ， 明 确 我 国 新 能 源 汽 车 技 术 发展 方 向 ， 识 别 新 能 源 汽 车 关 键 技 术 ， 并 绘 制 我 国 新 能 源 汽 车 产 业 关 键 技 术 路 线 图 。第 5 章 是 我 国 新 能 源 汽 车 产 业 综 合 技 术 路 线 图 的 绘 制 以 及 实 施 建 议 。 完 成 我 国新 能 源 汽 车 产 业 综 合 技 术 路 线 图 的 绘 制 ， 并 提 出 路 线 图 的 后 期 监 控 更 新 方 法 。第 6 章 是 总 结 与 展 望 。 提 出 了 本 文 研 究 的 不 足 和 下 一 步 的 工 作 打 算 。 具 体 研 究框 架 如 图 1 1 所 示 。4武 汉 理 工 大 学 硕 士 学 位 论 文图 1 1 论 文 研 究 框 架本文通过五个章节来对我国新能源汽车产业技术发展路线图进行探索性的研究 ， 因 此 主 要