基于CiteSpace知识图谱的新能源汽车研究热点与发展趋势分析

张柳柳，陶凤鸣，杨 佳

（1.重庆大学机械与运载工程学院，重庆 400044；2.重庆大学管理科学与房地产学院，重庆 400044）

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

文献数据来源于中国知网（CNKI）和Web of Science核心数据库（以下简称WOS），数据采集的时间节点为2021年1月11日，其中WOS文献的检索式参考胡泽文构建的新能源汽车研究检索方式（表1）。

表1 文献检索信息

1.2 研究方法及工具

科学知识图谱于2003年由美国国家科学院首次提出，是一种以知识域为对象的图形，既可展示科学知识的变化过程，又可表明知识之间的结构关系，可运用文献可视化计量软件绘制，目前该方法广泛应用于各领域研究热点和演进路径的量化分析。随着信息可视化的发展，CiteSpace成为目前最流行的科学知识图谱绘制工具之一，它是由美国德雷赛尔大学陈超美教授团队研发的一款基于Java环境的文献可视化计量软件，在一定程度上避免主观性归纳综述，加强客观性和可靠性，其应用领域主要包括图书情报学、管理学、科技政策及具体技术科学等。

2 时间分布与合作网络

2.1 时间分布特征

文献发文量变化是衡量某领域发展的重要指标，由图1可知，新能源汽车发文量整体呈现逐年增长趋势。从WOS收录的文献时间分布来看，2007年以前年度发文量都在百篇以内，从2008年开始显著增长，到2017年发文量破千，2018年之后增速更快，截止到2020年发文量达到两千余篇。CNKI发文总量在2009年和2016年前后发生突变增加，总体上可划分为3个阶段。1991～2008年间，国内各部门相继出台激励政策以推动新兴汽车的研究和产业化，发文量较少、呈缓慢增长趋势。第2阶段为2009～2015年，发文量显著增加，从发布的政策来看，2009年国务院发布了《汽车产业调整和振兴规划》，四部委启动“十城千辆”工程来培育节能和新能源汽车市场，学术界开始高度关注并围绕多方展开研究。第3阶段是2016年至今，从发文量可看出该产业进入到加速阶段，2016年多部门联合发布《关于“十三五”新能源汽车充电设施奖励政策及加强新能源汽车推广应用的通知》，旨在加快推动新能源汽车充电基础设施建设，培育良好的新能源汽车应用环境，国务院发布《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，相关政策对该产业的飞速发展起到引导作用。

图1 1991～2020国内外新能源汽车领域研究的发文量

2.2 国家合作网络

新能源汽车领域中国家或地区的合作网络为评价某国家或地区在该领域的学术影响力提供了一个新视角。合作网络（图2）中节点大小代表该国家或地区的学者在该领域的发文量，节点之间的线代表国家或地区之间的合作关系，节点的紫色外圈代表中介中心性较高，在网络中的连接程度强，影响力大。节点的某些年轮被红色填充代表这些国家或地区在该研究时间段中的论文存在突发性变化，存在高影响力的起源文献或某个方向的奠基性文献。

图2 1991～2020年国际新能源汽车领域国家或地区合作网络

从发文时间来看（表2），美国早在1993年就开始关注新能源汽车，日本、意大利等紧随其后，20世纪末开始越来越多国家或地区对该领域展开研究。从发文量来看，中国占据首位，美国次之，排名靠前的多为发达国家，发展中国家仅有中国和伊朗。综合图表发现，美国、法国、英国、加拿大的中介中心性均大于0.1，表明这些国家的学者对外合作较多，在国家合作中起到良好的桥梁作用。美国、日本、韩国的早期论文存在突发性变化，具有里程碑意义。综合多方分析发现中国在该研究领域虽占据一席之地，但对外交流相对较少，缺乏高影响力的经典文献，应重视国际科研合作网络，增强自身的科研实力。

表2 1991～2020年新能源汽车领域发文量前10的国家

2.3 学者合作网络

学者合作网络可以反映新能源汽车领域的核心学者及其之间的学术合作情况，对1991～2020年间发文量在20篇以上的学者进行共现分析，绘制出该领域主要科研学者的合作网络。如图3所示，节点大小代表发文量，节点之间的连线代表学者之间存在合作关系，其宽度代表合作强度，颜色代表首次合作时间，由冷色过渡为暖色对应时间上由远到近。由图3可知，新能源汽车领域已进入到相对成熟的阶段，中国学者在国际新能源汽车领域非常活跃，发文量位居前列。

三轴式摊铺机是一种中档型机械，主要的组成部分包括2个驱动器和3根轴，这种机械设备与小型机械和滑模摊铺机均存在不同之处。三轴式摊铺机通过两个驱动器以实现摊铺和振动功能以及带动整个设备进行移动[1]。在摊铺机上还配套有其他相应的设备，比如说拌和楼、自卸汽车及洒水车等。三轴式摊铺机的基本性能为：一次摊铺宽度7.5～8.5m；摊铺速度15～30m/h；1d摊铺工作量200m。

图3 新能源汽车领域国内与国外研究学者合作网络

从发文量来看（表3），以欧阳明高为首的科研团队发文量最高，其合作学者主要有李建秋、王建龙、卢兰光等，该团队隶属于清华大学汽车安全与节能国家重点实验室，研究领域主要涉及：混合动力及动力电池等新能源动力研发、分布式电池管理系统等。此外，国际发文量前十的学者中有4位均来自北京理工大学，分别是孙逢春、何洪文、熊瑞和王震坡，隶属于电动车辆国家工程实验室，研究方向涉及新能源汽车整车集成与驱动理论研究、新能源车辆传动及其控制等。

表3 1991～2020年国际新能源汽车领域发文量前10学者

由于国际新能源汽车领域发文量前10的学者大都来自中国，本文在剔除中国学者后得到国际发文量前10的学者情况（表4），研究者均来自发达国家的名校，其中欧洲学者占据主导地位，他们在新能源汽车领域非常活跃且形成稳定的合作关系。近年来，Benjamin K.Sovacool、Gerardo Zarazua de Rubens、Lance Noel和Johannes Kester四位学者多次合作发文，研究内容聚焦北欧地区的电动汽车V2G技术及公众态度。由此可见，无论国内还是国际期刊，学术论文的先行者大多依托于国家级实验室，体现了新能源汽车领域的研究在政策重视度、资金支持度等方面的依赖。

表4 1991～2020年国际新能源汽车领域发文量前10的学者（剔除中国作者）

3 研究热点与趋势分析

3.1 新能源汽车领域研究热点

关键词是对文献中心内容的高度概括，关键词共现分析可以反映该领域的热点主题。本文对WOS和CNKI参考文献分别进行关键词共现分析（表5），国际新能源汽车领域的研究热点可分为两类：一类是新能源汽车相关技术研究，包括动力研究、储能系统、充放电研究、续航能力和安全性能等核心技术；二是新能源汽车的推广研究，涉及市场需求、发展战略、环境影响、激励政策、消费者偏好等方面。国内新能源汽车领域的研究热点主要涉及动力电池及其管理系统、电机驱动技术、基础设施布局、充放电控制策略等。总体而言，研究热点集中在动力研究、储能系统等技术层面，同时也考虑政策、发展战略及消费者等层面。

表5 1991～2020年国际及国内新能源汽车领域高频关键词

3.2 国际新能源汽车领域趋势分析

基于对研究热点的分析，本文进一步从时间维度上挖掘未来发展趋势。时间线视图可以展现某研究领域里的各个子领域发展演变的时间跨度和研究进程，本文选取1990～2020年之间每年被引用最多的100篇文献进行共被引分析，获得国际新能源汽车领域文献共被引时间线视图（图4）以及各子领域的主要信息（表6）。其中，图谱聚类效果主要由模块度和平均轮廓值来衡量，模块度在0.3以上就意味着得到的网络模块结构是显著的，平均轮廓值在0.5以上可以认为聚类结果是合理的。

表6 WOS时间线聚类主要信息

根据图4，模块度为0.83，说明聚类结果可以清楚界定出各个子领域，平均轮廓值为0.33，数值较低主要是受小簇聚类的影响，对于本文关注的重点聚类来说，平均轮廓值在0.9以上，聚类合理。图中聚类从上到下按规模大小递减，时间从左到右由远到近，彩色曲线表示在相应年份添加的共引链接颜色，图谱中较大节点和带有红色圆环的节点代表高被引文献或具有高突变性文献。

图4 国际新能源汽车领域文献共被引时间线视图

观察图表结果可知，一共形成了14个聚类。从研究规模上看，插电式电动汽车、混合动力电动重型车辆、新能源汽车和混合储能系统等子领域的发文量较多，结合活跃度和研究时长可发现动力研究、技术研究、能源管理、推广普及等是主要研究方向。从时间上看，早期集中在新能源汽车的软硬件开发、电池研究、能量整合等领域，随着新能源汽车产业的不断发展，开始向市场推广、政策激励、储能系统以及路径规划拓展。从活跃度来看，目前比较活跃的子领域有插电式电动汽车、混合储能系统和车辆路径研究。综合聚类规模、持续研究时长和活跃度等因素，本文聚焦聚类#0和聚类#2领域的重点文献，从时间跨度上分析研究脉络，了解国际新能源汽车领域的未来发展趋势。

3.2.1 聚类#0研究脉络分析

聚类#0涉及164篇插电式电动汽车相关文献，2009年之前未出现高被引文献，2010～2014年是插电式电动汽车（PEV）奠基性文献的爆发期，2015年至今高被引文献数量减少。早期研究聚焦在两个方面：可持续性和车网互动（V2G）。在改善运输环境和缓解能源压力方面，PEV被视为可持续性手段之一，可减少32%的温室气体排放。其中，V2G技术的环境效益和经济效益受到长期关注，早在2005年，KEMPTON等探讨构建V2G系统，以此来高效利用电动汽车和公用发电机，提高电网的稳定性和可靠性，降低电力系统成本。TOMIC等指出V2G可以提高并网电动驱动车辆的经济性，LUND等指出在公共能源系统中增加电动汽车和V2G技术不会耗费过多的电力，还可以显著减少碳排放量。

基于早期研究，爆发期的高被引文献主要涉及PEV充电影响、充放电调度问题、V2G研究等。电车数量的增加使电力系统的压力增大，易出现电力过载、效率降低、电源质量下降等问题。CLEMENT-NYNS等研究PEV对住宅配电网的影响，指出充电不协调会导致配电系统损耗。对PEV的充放电执行智能调度非常重要，HE Yifeng对此分别提出全局和局部最优调度方案，通过仿真证明局部最优调度方案更符合实际情况。此外，学者们进一步探讨V2G问题，DEILAMI等提出一种新型负载管理解决方案，用于实时协调智能电网系统中PEV的充电问题，最大限度减少功率损失。MWASILU等对V2G作为未来能源系统模型进行了广泛的探讨，并提出解决方案。2015年之后学者们对PEV的研究进入了成熟阶段，高被引文献多为综述性文献，涉及电动汽车的充电策略、V2G的优势与挑战等主题。

3.2.2 聚类#2研究脉络分析

聚类#2聚焦在新能源汽车的发展战略，开始研究的时间较晚，但研究热度从2012年延续至今。根据高被引文献数量对研究时期进行划分，2003～2010年间讨论热度较低，2011～2015年间涌现许多高被引文献，2016年至今研究热度一直持续。

该领域早期主要围绕激励政策、市场推广等进行研究。研究消费行为对制定新能源汽车的激励政策有一定帮助，MAU等认为新能源汽车技术的市场渗透程度会影响消费者偏好，即“邻里效应”。DIAMOND等指出激励政策对混合动力汽车的市场推广作用较小，主要受汽油价格影响。2011～2015年间高被引文献数量激增，研究范围从激励政策、市场推广等方向进一步拓展到消费群体。尽管许多政府实施了强有力的激励政策，新能源汽车仍面临许多推广障碍：价格昂贵、行驶里程短、安全问题、消费者的购买态度等。环境问题和能源安全促使政府在电动汽车推广方面引入了许多激励政策，但其有效性有待研究。GALLAGHER等证实了各州销售税减免会影响消费行为，同时提醒政府重视激励政策的及时性、透明度和便利性。SIERZCHULA等发现财政激励措施、充电基础设施对电动汽车的推广影响较大，其中充电基础设施与电动汽车的普及密切相关。针对消费群体的研究，CARLEY等指出新能源汽车的潜在消费者通常是受过良好教育、环境意识较高或者之前接触过新能源汽车的群体。HELVESTON等研究在补贴政策背景下中美消费者对电动汽车的接受度，发现无论有无政策补贴中国消费者对电动汽车的支付意愿更高，电动汽车可能在中国市场更早实现普及。

2016年至今，新能源汽车的推广策略仍是讨论热点。在激励政策方面，BJERKAN等指出免征购置税、增值税、道路费等政策是重要诱因，但是随着产业的发展，中、美、德等国欲减少或取消相关补贴。WANG Ning等的研究和这一政策趋势相符合，指出充电设施、燃油价格和道路优先级是影响电动汽车市场份额的主要因素，而财政激励的推动作用逐渐弱化。综合多方研究成果发现，影响新能源汽车推广的因素主要为消费群体和环境因素，其中消费群体主要涉及收入、年龄、职业、受教育程度等因素，环境因素主要涉及社会环境、政府政策、拥有成本等。

3.3 国内新能源汽车领域趋势分析

本文采用施引文共线聚类法分析国内新能源汽车领域相关文献，得到关键词共现时间线视图（图5）和CNKI时间线聚类主要信息表（表7）。图谱聚类效果评价中，该网络的模块度为0.52，平均轮廓值为0.64，表明各模块结构显著，聚类合理。从聚类规模上来看，混合动力汽车、新能源汽车和配电网3个子领域发文量较多，从时间方面梳理该产业的发展脉络，早期研究电动汽车和电池管理系统，随着技术发展开始研究燃料电池汽车和混合动力汽车，近几年多关注整车集成控制、电池研究、市场推广等。基于此，本文将进一步研究混合动力汽车、新能源汽车推广和配电网3个热门子领域。

表7 CNKI时间线聚类主要信息

图5 国内新能源汽车领域关键词共线时间线视图

3.3.1 聚类#0研究分析

混合动力汽车是传统内燃机汽车与电动汽车的结合，核心是混合动力驱动系统，关键技术主要有系统集成技术、整车能量管理技术、子系统关键技术，其中子系统关键技术主要为电池及其管理系统、电驱动系统、动力复合装置和混合动力系统专用发动机等。能量管理策略是混合动力汽车领域研究的核心热点和难点，决定了整车的燃油经济性、动力性和驾驶性等。已有研究文献提出使用不同的控制策略来实现某个或多个最优目标，主要包括：燃油经济性最优、排放最低、系统成本最低、整车性能最佳等。根据控制方法可将能量管理策略分为基于规则的控制策略、基于模糊控制策略、基于瞬时优化的控制策略、基于全局优化的控制策略和基于模型预测控制（MPC）的能量管理策略。其中张风奇提出了模型预测控制的分类框架，从不同角度展望该领域的研究趋势，指出考虑人车路相互影响并融合多源异构信息的MPC能量管理策略是未来发展方向。

动力电池是混合动力汽车动力系统的关键组成部分，电池数量、使用温度和荷电状态适用范围的优化不仅可改善汽车动力的性能，还可显著提高汽车的使用寿命。锂离子动力电池因具有高比能量、高比功率、长寿命、低成本等优势，正在逐步取代传统铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池等，成为混合动力汽车的主流动力电池，但在材料、安全性和能量密度方面还需进一步提升。目前国内已形成了包括关键原材料、动力电池、系统集成、示范应用、回收利用、生产装备、基础研发等在内的完善的锂离子动力电池产业链体系，掌握了动力电池的配方设计、结构设计和制造工艺技术，生产线逐步从半自动中试向全自动大规模制造技术过渡。但与发达汽车国家尚有差距，电池面向应用的研究与开发工作相对薄弱，电池集成技术水平不高，产业技术创新能力不足，产品标准化工作应进一步加强。

4.3.2 聚类#1研究分析

该聚类主要围绕新能源汽车的产业政策、技术创新、商业模式、发展战略等方向进行探讨。

目前国内新能源汽车产业政策存在手段传统、着力点不够精准、实施有效性差等问题。谢青等基于政策工具与创新价值链来研究政策创新对新能源汽车产业发展的推动。周燕等提出新能源汽车产业政策选择应由财政补贴转向行业性的税收减免。李磊结合生态系统理论研究政府补贴与新能源汽车产业技术创新的关系，指出应加强对中低生态位企业种群的研发补贴。钟太勇等建议在新能源汽车研发前期对企业进行适当补贴，上市前应注重基础设施的建立，进入市场后对消费者提供必要支持，进而扩大市场份额。产业政策、技术高度依赖性和市场需求异质性导致了不同类型的新能源汽车在市场中竞争，从专利信息视角看国内该产业研发力量过于分散，大而不强。刘颖琦构建新能源汽车产业联盟中企业与高校合作平台，拓宽技术联盟领域，并提出需在技术创新领域加大力度，王静宇基于该产业联盟发展现状建立技术创新模型。基于网络视角，谷林洲等构建了新能源汽车产业的技术创新网络模型并提出优化策略。郭燕青等分析了该产业新兴技术演化和技术创新问题。

新能源汽车产业尚未形成商业模式理论体系，在商业模式创新方面，李苏秀等梳理了国内新能源汽车产业不同阶段的商业模式创新特点，构建了战略性新兴产业商业模式创新的系统理论框架。陈志恒等提出商业模式创新需同技术创新共进且不可替代。针对新能源汽车产业发展战略研究多聚焦在市场环境，该产业的潜在市场需求大、政府支持意愿强烈且企业抢占市场积极，但存在诸多障碍，如缺乏核心技术、产业缺口较大、标准法规不健全、地方保护主义、内部竞争无序、基础设施不足等。其中，消费者是提高市场渗透率的关键因素，消费意愿受环保意识、新技术接受度的影响，国内多数消费者对新能源汽车产业的发展支持度较高，潜在购买热情高，但对节能环保之外的性能不够了解。

4.3.3 聚类#2研究分析

电动汽车数量的增长和其随即充电行为对城市电网的安全运维带来新的挑战，学者们将研究目光投向充电设施规划和充放电控制策略。充电桩容量较小且相对分散，充电站内设置多台充电机和充电桩，后者的定容选址对配电网影响较大。刘柏良等探究定容选址对配电网络和交通网络的影响，建立了总成本最小、网络损耗最小和交通满意度最高的电动汽车充电站与分布式电源定容选址模型。贾龙等综合不同类型的充电需求，建立了一个以总投资成本、运行成本和失负荷成本最小为目标的多阶段联合规划模型。在充放电策略方面，学者们从不同角度进行探讨：分时电价、供需协同、V2G、车辆行驶特性、用户满意度等，旨在实现缓解电网压力、节能减排、提高用户经济性等目标。

4 结论与展望

本文以WOS和CNKI数据库中1991～2020年的新能源汽车领域学术文献为分析对象，运用CiteSpace对国家、学者、研究主题和聚类演变趋势进行了知识图谱分析，结论如下：

（1）从国家和学者的科研合作情况来看，目前中国和美国的科研实力较强，美国、法国、英国、加拿大等发达国家之间的科研合作较多，而中国对外交流合作较少，未形成开放研究。国际新能源汽车研究领域中排在前列的科研团队都来自中国，以清华大学的汽车安全与节能国家重点实验室和北京理工大学的电动车辆国家工程实验室为代表，联系紧密且研究成果丰富，但整体上研究力量比较分散。此外，国内外新能源汽车领域的研究在政策重视度和资金支持度等方面存在依赖性。

（2）从研究热点和发展趋势来看，国际新能源汽车研究领域的热点主题主要涵盖两个方面：一类是动力研究、储能系统、充放电研究、安全性能等核心技术，另一类是市场需求、激励政策、发展战略、消费者偏好等推广研究，国内的热点主题涉及整车集成与控制、动力电池管理系统、电机驱动技术、充电基础设施建设、充放电控制策略等。国内外研究热点相对集中且有重叠部分，重点聚焦技术层面，近年来逐渐向激励政策、消费群体、创新发展、配套设施建设等方面拓展。未来的研究趋势主要为电驱、电池和电控系统技术，充电设施的布局定容，充放电控制策略以及市场扩散等方向。