1、日本爱知大学教授李 春 利爱知大学-南开大学-中国人民大学博士双学位课程博士生导师美国麻省理工学院(MIT)国际汽车研究计划(IMVP)兼职研究员tp:/iccs.aichi-u.ac.jp/,新能源汽车的战略定位与产品架构理论的构建Strategic Positioning of New Energy Vehicles and Product Architecture Analysis,南开大学商学院讲座,交通运输部门的CO2排放量超过2成单靠发动机改良难达到排放和油耗规制目标,能源 43.8%,陆运 22.6%,产业 18.5%,海运/空运 3.4%,其他 11.7%,资料：OECD,挑战
2、1. 2050年全球CO2减半，汽车排放量需削减70%！EV需占市场主流 2. EU2015年CO2排放量限制值130g/km，油耗需改善15%(2008年比) 3. 美国2016年油耗全车型平均15km/L,轿车17km,SUV等13km,2012年开始 4. 日本争做环保领袖,2015年轿车油耗标准16.8km/L,2004年比提高23.5%,EU2015年CO2排放量规制达成状况,注：假定平均车辆重量2008年与2015年相同 资料：TransportEnvironment Report(2008),世界主要国家单位GDP能耗 （日本=1的情况下的各国比较）,EU27国,美国,澳大利亚,
3、加拿大,韩国,泰国,中东,印尼,中国,印度,俄罗斯,世界平均值,日本的能源利用最充分,资料：日本经济产业省 能源白书2008 http:/www.enecho.meti.go.jp/topics/hakusho/index.htm,主要汽车企业的HV，PHV投入计划,主要汽车企业的EV投入计划,资料：川原英司/A.T.KEARNEY（2009）,各国政府对EV普及的相关支援政策,当前的环境政策,EV支援政策,美国,欧洲,中国,日本,Green New Deal（绿色新政）政策-今后10年间向清洁能源投资15兆日元-2020年的CO2排放量回到1990年水准-2015年PHEV普及到100万辆,
4、各种环境行动计划-EU全体到2020年再生能源的比率提升到20%-EU全体2020年为止CO2排放量减少20%（1990年标准）,促进新能源消费政策-到2012年大力投资代替能源-发电送电基础设施里包含新能源,未来开拓战略和CO2减排目标-低公害车，节能住宅，节能家电成为新的三种神器-到2020年二氧化碳排出量减少15%（对比2005年）,DOE的各种支援计划-EV，蓄电池，先进技术等的开发支援，EV等绿色汽车的购买费用的支援-购买EV的补助和减税（限量，限时）,各国展开开发的投资和刺激够入-开发EV法国投资550亿日元，英国投资160亿日元-电池上德国投资675亿日元（LIB2015，包含工
5、业界）-购买EV的补助，法国68万日元，英国（2011年-）80万日元,新能源汽车产业政策-到2012研究开发费用1400亿日元等以刺激购入为中心的普及政策-13个示范城市购买EV得到84万日元的补助,优惠税制和刺激购买政策-优惠税制（2020年为止50%的新车是低公害车）-购买EV时补助价格差的大约一半（i-MiEV的情况下大约139万日元）（2009年到现在） *也有少数地方政府的追加补助(神奈川县，横滨市等),注：货币单位按日元换算 资料：川原英司/ATKEARNEY（2009）,世界主要城市普及EV的政策措施,资料：川原 英司 / A.T.KEARNEY （ 2009） 小结：热烈的球
6、迷不少，但进球不多。,9,产品架构学说(product architecture analysis)和国际竞争力,产品架构学说为制造业产品的演变和国际竞争力分析提供了全新的视角。它可以从诺贝尔经济学奖得主赫伯特西蒙率先提出的复杂性架构和模块化概念中找到源流(Simon, 1962)。产品架构可简言之为产品的设计思想（design policy），产品架构从产品的设计思想思考竞争力问题。产品架构是诠释产品结构的基本概念，将复杂的系统产品分解成若干功能单元，功能单元之间的界面以某种方式互动，从而发挥复杂系统的整体功能的一种设计理念。 按产品结构分解与界面接口的互动方式不同，分为模块化产品架构(mo
7、dular architecture)和整合型产品架构(integral architecture)产品架构学说发展大卫李嘉图以来的比较优势理论，提出了产品架构的属性与各国企业特有的组织能力以及创新模式具有密切的相关性和匹配性的大胆学说。,图1-1 设计参数和产品架构,X1,X2,产品11,产品22,Y1,Y2,零件Y的规格设计,零件X的规格设计,资料：藤本隆宏 / 李春利中国制造业的产品架构分析（东京：2005）,a 整合型架构（integral architecture）,Y1,Y2,产品Y的规格设计,b 模块型架构（modular architecture）,X1,X2,a.整合型架构：
8、专用件比例大，最佳设计，1:1关系，专用界面，实现最佳功能b.模块型架构：通用件比例大，复数:复数关系，通用界面，实现产品多样化,a 封闭整合型架构（closed-integral）,图1-2 设计参数和产品架构（1）,XA1,XA2,XB1,XB2,YA1,YA2,YB1,YB2,零件Y的规格设计,零件X的规格设计,XA1,XA2,XB1,XB2,YA1,YA2,YB1,YB2,零件Y的规格设计,b 封闭模块型架构（closed-modular）,资料：藤本隆宏 / 李春利(2005),a.封闭整合型架构：限于2厂间专用件，可组合成4种产品。加入单元间界面因素。b.封闭模块型架构：限于2厂间
9、通用件，可组合成8种产品。通用度越高整合度越低,图1-2 设计参数和产品架构（2）c 开放模块型架构（open-modular）,XA1,XA2,XB1,XB2,YA1,YA2,YB1,YB2,零件Y的规格设计,零件X的规格设计,c.开放模块型架构：行业标准件,可组合成16种产品.开放模块型利于产品多样化,13,从产品架构看日美汽车业的国际竞争力,从汽车产品架构百年来演变的历程来看，目前整合型架构居乘用车设计的主流，模块型架构居次。美国汽车厂家在SUV,皮卡等车身/车架分离型产品(body on frame)占优势;日本汽车厂家在车身/底盘一体型产品(monocoque body)即小轿车(s
10、edan)上发挥了国际竞争力。前者我们称之为模块型架构产品，后者为整合型架构产品。在建国200多年来将移民迅速转换成生产力作为国是的美国,重视系统化能力和游戏规则,界面标准的制定能力,因此适合在具有模块化特征的产业(如IT、金融等)发挥国际竞争力。日本企业则重视企业内长期雇用,企业间长期密切合作的企业制度下,更重视紧密协调的团队精神,更适合生产整合度高的产品，在具有整合型特征的产业(如汽车,轻小型家电,精密设备等)发挥国际竞争力。其原因关键在于日本制造业是整合型的,它与日本企业长期培养的组织能力和持续创新能力相匹配(例:培养多能技工),14,中国企业适合在模块化架构产品领域发挥竞争优势,在中国
11、的珠三角或长三角，多依赖于从内地流入的丰富的劳动力。由于劳动力的流动性较高,劳动力的存在形态不是以长期雇用为前提的多能技工,而是优秀的单技能工人。其结果,中国企业积累了具有“准模块化”设计思想特征的灵活运用现有资源,重视分工的组织能力。在国际贸易中,中国出口更多的是模块型产品,而日本则出口整合型产品。从结果上讲,符合李嘉图以来的比较优势理论。中国企业适合在模块化架构产品领域发挥竞争优势。这在摩托车,家电,手机,自主品牌汽车等领域得到充分的证明。从汽车产品架构演变来看,目前燃油车封闭整合型架构占主流的局面将面临挑战, EV的研发将以开放模块型架构为主导。轮毂电机(in-wheel motor),
12、电池租赁等EV的新潮流,都将推动汽车产品架构的模块化,功能单元之间界面的开放化。因此,广义电动车(BEV)产业链的蓬勃发展,对中国是一个历史机遇。,15,从产品架构看新能源汽车的定位EV面临“4大瓶颈”：汽车成本和社会成本,新能源汽车的发展无疑将加快模块化设计的速度。在认识到机遇的同时，必须认识到EV普及的难度和产业的不成熟性。电动汽车要进一步发展，必须克服“4大瓶颈” ：一是如何降低昂贵的材料费(即可变成本)，尤其是电池成本二是大幅度提高电池性能，解开降低电池成本和提高能源密度之间的两难悖论。三是“资源瓶颈”:中国得天独厚,降低加工成本是关键！四是社会基础设施的问题:燃油车替代是一个巨大复杂
13、的社会系统工程,超过了技术本身的范畴。百年来形成的汽车社会,其替代成本必将是巨大的,进程是漫长的。路径选择至关重要数亿辆既存的燃油车很难被EV替代,作为单车的EV替代功能不如混合动力车。,16,算一笔经济账！ 1. 成本瓶颈 关于电动汽车(EV) 的经济分析,内燃机汽车（铁，树脂，硅为中心）,现状的EV（加上昂贵的稀有金属）,每台车的生产成本（整个产业的）,固定成本部分,可变成本部分,生产量,固定成本部分,可变成本部分,生产量,可变成本的差，主要是电池的成本为中心这个差能靠运行成本逆转么？,资料：藤本隆宏（2009）,反映规模效益的学习曲线只能降低固定成本,无法降低可变成本! 课题：成本需降低
14、到3分之1！,电池单价,数年间成本大幅降低电池生产量：3000万（换成EV大约17万台）电池单价：3000日元（换成EV大约53万日元/台）,约9分之1,电池生产量,电池单价,（百万单位/年） 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0,电池生产量,* 这里的Cell假定容量为47Wh，2009年约为1.2万日元/ Cell，即约250日元/ Wh。如果是180Wh的Cell的话，约为2.8万 日元/ Cell，即约150日元/ Wh。资料：日本环境省次世代自动车普及战略次世代自动车普及战略检讨会2009,汽车用锂电池的成本曲线,18,2.性能瓶颈之一 锂电池的
15、能源密度在提升，但尚需提高3倍,资料：川原 英司，A.T.KEARNET电动汽车革新企业战略日经BP, 2009。,19,2.性能瓶颈之二 锂电池的能源密度在提升，但尚需提高3倍,资料：川原 英司 / A.T.KEARNEY (2009),20,Good News:大容量锂空气电池的结构及正极放电量,资料：川原英司/A.T.KEARNEY（2009）,注：日本产业技术综合研究所2009年公布： 大容量锂空气电池可达到锂离子电池极限的6-7倍以上，50000mAh/g,世界主要锂离子电池企业 （不包括日本）,资料：川原英司/A.T.KEARNEY（2009）,原有零部件,可供选择方式,关键零部件
16、,供应商（例举）,蓄电池,电机,电控系统,镍氢电池,锂离子电池,双电层电容器,钴系,锰系,镍系,负极,分离器,电解液,正极材料,电解质,转子铁芯,定子铁芯,升压电路,逆变器 转换器,双电层电容器,（氢储藏合金）（无纺布）（砜化加工）,（离子液体）,（先导体）（锰酸锂）,（电解液）（聚合物系）（玻璃系）（电解液添加剂）,（钕系磁铁）,（卷线机）（电磁钢板冲压件）（烧结铁）,（铁心）,（IGBT）,中央电气工业、三井金属Japan Vilene 、大和纺织三菱制纸TAYCA日清纺、东洋合成工业,田中化学研究所日本电工、三井金属,Stella Chemifa 日本油脂、DAISO京瓷普利司通等,日本
17、电子、旭硝子、FDK、Nippon Chemi-Con 等,日立金属、信越化学、TDK、Intermetallics、爱知制钢,小田原工程三井高科日立粉末冶金（试作）,JFE钢铁，日立粉末冶金（试作）,电装、丰田自动织机，三菱电机、英飞凌,松下,汽车用锂离子电池主要零部件和供应商：日本企业附加价值向产业链上游转移:材料,关键元器件等-反映汽车的电子化趋势？,资料：川原英司/ATKEARNEY（2009）,（美元/公斤 CIF基准）,*镧系（原子号57-71），钪（同21），钇（同39）等共17种元素的总称。分为轻稀土和重稀土两大类。现在重稀土只有中国生产。,价格大约在140美元/公斤左右变动,
18、价格大约在18-20美元/公斤左右变动,资料:石油天然气金属矿物资源机构（JOGMEC） 川原英司/A.T.KEARNEY（2009）,稀有金属/稀土的主要产地和价格变化3. “资源瓶颈”：中国得天独厚，降低加工成本是关键,日本铅回收再利用流程图 回收率达到51%,海外矿山,提炼,加工商品输入,使用,废弃,回收,精矿10万6千吨,Bare metal21万7千吨,铅酸电池,铅酸废电池,废料等11万1千吨,*数字是铅的按原料分类的生产量（2005年度）,资料：日本资源能源厅关于稀有金属的回收再利用www.meti.go.jp/committee/materials/downloadfiles/g
19、70125b04j.pdf,25,从产品架构看新能源汽车的发展走向整车设计模块化，关键总成整合化,电池，电控等关键总成，元器件/材料等处于产业链上游的产品，在大模块层面将进一步趋于整合化，高附加价值化。汽车将进一步趋向电子化和数码化,附加价值集中在产业链上游,目前高端车整车制造成本里电子零部件比例已超过30%使用蓄电池的EV把能源封闭起来行驶,因此需要高能源密度的材料造成材料成本提高可变成本提高规模效益不佳(即成本瓶颈)生产100万辆也降不下单价,参考EV经济分析图燃料电池车(FCV)和混合动力车(HV)相似，一边供应能源一边行驶,但同样对储氢的高能源密度材料要求高，同样受稀有金属的制约，难突
20、破可变成本瓶颈。适当价位的EV标准底盘(EV platform)出现的可能性。新的商业模式的竞争中国手机,汽车发动机都经历过。问题是如何锁定附加价值。中国企业有正反两方面的经验和教训。,26,从产品架构看新能源汽车的发展走向EV的低成本革命对中国是一个历史性机遇,整车设计模块化带来的EV的低成本革命对擅长模块化产品的中国制造业是一个历史性机遇！从产品架构视角看,EV重新将车身和底盘分离开(body on frame),将整合型架构占主流的汽车再次转变为模块型产品。在这过程中,EV尽量排斥了以机械为轴心的设计思想,通过制定界面标准,将车载软件,机械零件和电子零件组合在一起。普及型EV的发展走向,
21、是开放模块型架构(open modular) 。开放模块型产品是中国制造业强项。电动自行车2000年开始生产,2009年达到年产1500万辆,成本降到10分之1!世界瞩目插电式混合动力车(PHV)是一个适于模块化生产的领域，尤其与中国的制造业优势相匹配。发展战略：通过界面标准化,组合各大模块,扩大产品多样化,实现零部件标准化和大批量化生产,迅速降低单车成本,以卓越的性价比率先推动EV在大众市场普及,开世界之先河。,4.社会基础设施瓶颈 日本加油站数的变迁,资料： 日本经济产业省 能源白皮书， 2009年,资料：日本环境省.大气环境和汽车对策.次世代自动车普及战略.汽车对策的今后发展和课题p.1
22、47 http:/www.env.go.jp/air/report/h21-01/index.html,日本对新能源汽车销售量的预测,资料： 日本环境省次世代自动车普及战略次世代自动车普及战略检讨会，2009 问题：新车销售量与汽车保有量不同，既有的数亿辆燃油车如何替代？如何退出？,（年）,亚洲,欧洲,美国,汽车动力系统的构成比预测,资料：川原英司/A.T.KEARNEY（2009）,31,世界汽车业两大潮流:超低价车&交通动力电动化 中国合二为一,将影响全球新能源汽车发展方向和进程,传统超低价车(ultra low cost car,ULCC):新兴国家为主,印度TaTa的Nano,中国的Q
23、Q等为代表。中国如能将超低价与电动化合二为一,将影响全球新能源汽车发展的方向和进程,融入主流。作为世界最大汽车市场,市场偏好,举足轻重。EV的制约条件:受电池成本瓶颈制约,必须多跑才够本,于是制约条件 1.运行里程短 2.运行路线一定 3.利用率高 4.品牌魅力度高:贵也有人买。具备这些条件之一,EV会率先普及。 路径选择：答案1. 农村用超低价电动车(ultra low cost EV, ULC-EV)：这应该是中国的主攻方向，亦隐藏着巨大出口商机(面向发展中国家)。升级版可作为城市近距离代步车(city commuter)。答案2.电动客车/公交车: 现实可行, 也有出口商机 答案3.电动
24、出租车,EV/电池租赁 答案4.电动跑车,面向高端顾客(例:Tesla),32,政策建言1:“自上而下”与“自下而上”并举,中国发展广义电动车(BEV)具有独特的比较优势,发挥我国能集中资源打攻坚战的制度优势,加大技术储备和研发的投入力度。新能源汽车列入七大战略新兴产业,“三纵三横”中主攻电动车和电控,皆战略之举。技术路线：“自上而下”与“自下而上”并举 既要加大国家研发投入力度,带动地方和企业投资,同时激活民间“草根”活力,在政策/法规/标准/融资等各个层面上大力支持各种轻微小中型电动车(2/3/4轮EV,即乘员为1人/2人/4人的电动车)的蓬勃发展。完善电动车产业链,补齐核心技术空缺(含E
25、V底盘)。加速社会系统工程配套,鼓励地方/民间开发各种商业模式： 上述EV4大制约条件和路径选择的4种答案皆属孵化培育EV市场的导入手段,社会配套应向欧洲学习,激活地方/民间智慧。 技术研发应向以扎实著称的日本学习。日本汽车业就是从两轮车(本田,铃木),三轮车(大发)的基础上发展起来的。日本是最早发展EV的国家,65年国家列项,71年EV开发和普及计划。,33,政策建言2：走商业现实主义路线,技术导向和经济核算并举 同时要算一笔经济账,不忽视成本计算,做好投入产出分析。充分发挥我国做为世界工厂长期积累下的整个产业链上的成本优势和组织能力优势,扬长避短,在EV领域再次发挥超级性价比优势,力争领先全球突破EV的“高成本瓶颈”。走商业现实主义路线 EV尚有很大的技术不确定性(technological uncertainty),战略上要循序渐进。EV研发和燃油车替代属于不同的产业发展阶段,需要严格区分,后者是一个相对漫长的历史进程。 整体而言,21世纪前50年应该是交通动力多样化时代。从节能环保角度讲,多元化发展不失为现实的对策。坚持两条腿走路方针: 先量变,再质变。以小车带动大车, 以小车养大车,以车培育技术。先占市场,再拔锦旗。,
