交通部署案例集/2018/美国电动汽车

电动汽车概述

电动汽车是一种汽车运输方式，其动力由电动机产生，电动机使用储存在可充电电池中的能量。必须区分不同类型的电动汽车以及这些类型的分类。

混合动力电动汽车 (HEV) 指的是由汽油和电力共同驱动的汽车，其中电力仅由汽车自身的制动系统而不是外部电源产生，也称为再生制动。

插电式混合动力电动汽车 (PHEV) 也由汽油和电力共同驱动，但也可以通过插入外部电源（如插座）来为电池充电。 PHEV 的汽油发动机用于通过在电池耗尽时为电池充电来扩展汽车的行驶里程。

电池电动汽车 (BEV) 是完全依靠电力驱动的电动汽车，没有汽油发动机、油箱或排气管。 BEV 也称为插电式电动汽车或 PEV，因为它们使用外部电源为电池充电。 BEV 将是本页面的主题。

电动汽车的优势

电动汽车是高性能汽车，其电机反应灵敏，提供强大的扭矩，同时运行安静平稳。 与智能手机一样，电动汽车也与数字连接，大多数用户可以通过应用程序在夜间在家充电。 这赋予电动汽车对消费者的未来感。 电动汽车的其他性能特征包括提高安全性：电动汽车具有较低的重心，这使得它们在事故中更容易翻滚，以及更低的重大火灾或爆炸风险，同时提供改进的车身结构和耐用性，使其在碰撞中更安全

能源效率是指从燃料源中转换的能量量，这些能量最终用于为车辆供电。 电动汽车的能源效率远高于传统的燃油汽车； 将大约 60% 的能量转换为运动，而燃油汽车约为 20% 。 它们运行成本也更低，因为为车辆充电的电费比为同类车辆购买汽油便宜三到四倍 。 它们还比汽油动力汽车的维护成本更低； 它们不需要机油来润滑发动机，该发动机运动部件更少，因此循环疲劳更少。

电动汽车的主要吸引力是它们由于没有排气管和排气管而零排放，而排气管和排气管是全球空气污染的主要来源。 此外，使用电力减少了对“化石燃料”的整体经济依赖，并促进了太阳能等可再生能源的使用。 这些好处本身通常足以促使许多消费者选择电动汽车而不是汽油汽车，因为他们觉得他们正在为可持续的未来做出贡献。

技术历史

从技术上讲，电动汽车实质上是两种在过去一个世纪中在社会中普遍存在的技术的结合； 电池和汽车。

电动电池

现代电动电池的发明通常归功于亚历山德罗·伏特。 他创造了伏特电堆，一个由交替的锌和银圆盘组成的堆栈，这些圆盘由盐水隔开，是对路易吉·伽伐尼工作的反应，路易吉·伽伐尼表明，当用金属探测青蛙腿时，青蛙腿会抽搐。 伏特对伽伐尼所说的“动物电”持怀疑态度，并着手证明这种现象仅仅是对两种不同类型金属存在的反应。 在此过程中，伏特于 1800 年创造了第一个现代电池，这是一个巨大的成功 。 但是，这款电池非常简陋，直到近一个世纪后，这项技术才被广泛应用于汽车运输。

汽车的历史

汽车的历史通常根据推进方式划分为几个时代。 第一个能够进行人类运输的汽车是蒸汽驱动的，可以追溯到 18 世纪后期。 后来，技术进步导致了内燃汽油机和电动机的创造，这两种发动机几乎同时在 19 世纪中后期得到发展。 在汽车出现之前，主要的陆地运输方式要么是火车，要么是马拉的马车。

最初的诞生与发展

到 20 世纪初，三种类型：蒸汽、汽油和电力，正在争夺一个新兴的市场。 这三种类型都具有鲜明的特点。 蒸汽，到那时已经是一种久经考验的技术，已被证明对火车来说是可靠的，但启动时间长，需要经常加油。 汽油需要大量的体力劳动才能驾驶，而且噪音很大，令人不快。 电动汽车似乎比竞争对手具有优势：它易于启动且操作简单，不需要变速箱； 它提供了最平稳、最安静的乘坐体验。 它非常适合在城市中进行短途旅行； 路况不佳意味着任何类型的汽车都很少能开到城外 。 从 1899 年到 1900 年，电动汽车的销量超过了所有其他类型的汽车。 。

衰落

尽管有这些优势，但一些关键的发展最终导致了 1900 年至 1910 年“电动汽车黄金时代”的衰落，以及随后的汽油汽车的兴起 。 美国更平坦、更长的公路网意味着电动汽车的短续航里程与汽油汽车相比成为了一个显著的劣势，而消声器和电动启动等功能使其更容易使用。 全球汽油价格下降。 亨利·福特开始大规模生产汽油动力汽车，这意味着到 1912 年，一辆电动敞篷车的售价为 1750 美元，而一辆汽油车的售价为 650 美元 。 汽油汽车制造商能够迅速找到技术故障的解决方案并比蒸汽和电力领域的竞争对手更好地适应市场，这使他们能够获得主导地位。 因此，到 1935 年，电动汽车几乎灭绝。

随着电动汽车市场逐渐消失，汽油动力汽车在 1920 年至 1973 年的 50 年左右时间里主导了市场。 与汽油汽车市场相对应的是，一个与之相连的加油站、机械师和经销商网络不断发展。 这些网络变得稳定、广泛而强大，并创造了一系列正外部性，通过这些正外部性，汽油汽车技术“锁定”了； 汽油汽车的地位在系统和社会中根深蒂固。 其结果是对整个社会产生了前所未有的影响：人们住在哪里、他们如何度过休闲时间、他们可以通勤多远。 在这个时代，汽车迅速成为自由和地位的象征。 。

复兴

20 世纪后期和 21 世纪初电动汽车的复兴可以归因于政策、技术和环境问题的结合。 20 世纪 70 年代不断上涨的油价和汽油短缺导致美国试图通过促进研究和开发来减少对外国石油的依赖，方法是制定《1976 年电动汽车和混合动力汽车研究、开发和示范法》等政策 。 20 世纪 90 年代不断增长的环境问题也通过《1990 年清洁空气法修正案》和《1992 年能源政策法》等政策，以及加州空气资源委员会 (CARB) 制定的新交通排放法规，在电动汽车的重新出现中发挥了作用。 但是，当时，这种模式仍然在一定程度上受到技术的限制； 电动汽车的续航里程仍然有限，而 20 世纪 90 年代经济繁荣和低油价意味着人们对电动汽车的兴趣主要局限于研究和开发。 现代电动汽车的转折点是 2000 年推出的丰田普锐斯。 它是世界上第一款量产的混合动力电动汽车，并在全球范围内取得了成功。 紧随其后的是 2006 年的特斯拉汽车宣布开始生产一辆豪华全电动跑车，该跑车能够在单次充电后行驶超过 200 英里，促使日产和雪佛兰等竞争对手发布了自己的电动汽车 。

政策与发展

尽管现代电动汽车在过去二十年中越来越受欢迎，但要克服主导市场技术（汽油车）的“锁定”仍然存在相当大的障碍。它高度依赖政策环境，需要扶持新兴市场，促进消费者拥有和使用，降低投资者风险，鼓励制造商并增强公众对电动交通选择的信心。在这个阶段，如果没有政策行动，诸如负担能力，电池寿命，公共充电可用性，车网兼容性，系统可靠性和消费者接受度等障碍可能无法克服。电动汽车的政策支持机制可以分为四大类：研究支持；目标、任务和法规；财政激励；以及提高电动汽车价值主张的政策。

中国作为目前全球电动汽车的领导者，已采取积极行动鼓励电动汽车购买。例如，从2014年到2017年，电动汽车免征购置税，政府已将免征期限延长至2020年。此外，中央政府还启动了消费者补贴计划。除了财政激励之外，还提供了高乘员车 (HOV) 车道豁免和快速牌照获取等政策。一些中国省市和城市的电动汽车驾驶员可以免交传统费用获取牌照：上海已免除电动汽车驾驶员的牌照费，约为人民币10万元（15900美元）。此类激励措施对中国消费者尤其具有吸引力。政府采购电动汽车也是中国采用的主要政策。2014年，中国要求中央政府以及一些城市和公共组织，到2016年其车辆车队中至少有30%为电动汽车。2016年，这一目标提高到至少50%。

定量分析

对于定量分析，将通过查看每年电动汽车的销量来分析电动汽车的市场增长。请注意，这些数据与PEV有关，包括PHEV。根据《交通运输能源数据手册》第36.1版，仅从2010年开始才有数据，因为获得公路使用认证的插电式电动汽车于2010年开始销售。这些数据用于估计三参数逻辑函数，其形式为：S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0)]，其中

• S(t) 是状态度量（售出汽车数量）• t 是时间（以年为单位）• t0 是拐点时间（达到 1/2 K 的年份）• K 是饱和状态水平• b 是一个系数。

饱和状态水平 K 是使用 2017 年所有轻型汽车的销量数据估算的，约为 1700 万辆。使用普通最小二乘回归法估计系数 b，其中 Y=LN(Sales/(K-Sales))，X=Year。

美国 PEV 销量及其预测增长

通过这种分析，发现 t0，即电动汽车达到 50% 市场饱和的年份为 2022 年。这是一个非常低的数字，在目前看来似乎非常不准确，因为 2017 年电动汽车的市场饱和度仅达到 1.2%。这种差异的原因可归因于分析方法；达成的 RSQ 值仅为 0.64，表明曲线拟合效果不佳。

尽管如此，电动汽车目前处于增长阶段并正在快速扩张，这一点是显而易见的。电动汽车的生命周期是独一无二的，因为它经历了多个世纪的多个诞生和成长阶段。然而，过去几年所经历的增长是巨大的。这是由于技术进步提高了电动汽车的续航能力，以及公众对可再生能源和空气污染的意识增强。在政策的帮助下，电动汽车将在未来几年实现持续增长。