运输部署案例集/2018/美国插电式混合动力汽车

模式描述

插电式混合动力汽车 (PHEV) 具有电动机和内燃机，它们由燃料驱动。它是一种电动汽车，在车辆上安装了可充电电池，以便车辆可以从外部电源充电，并利用电池中储存的电力驱动车辆。PHEV 可以以两种模式运行，即完全电动模式，仅使用电动机，或混合动力模式，使用电动机和内燃机。 PHEV 使用的电池通常比其他类型的电动汽车小，因为电力不是驱动汽车的唯一能源。从某种意义上说，它更可靠，如果电池电量耗尽，汽油发动机可以用作驱动汽车的备份。此外，内燃机可以让车辆行驶更长的距离。当汽车在电池模式下运行时，不会产生尾气污染。 由于驱动汽车使用的大部分能量是电力，被认为是清洁能源，因此 PHEV 被归类为清洁且经济实惠的交通方式，适用于长途旅行并减少碳排放。 拥有电动机和电池的优点是

• 减少石油使用量，由于车辆主要由电动机驱动，汽油发动机仅在必要时使用，汽油发动机的汽油使用量将大幅减少。此外，燃料成本可以大幅降低，因为电力的成本远低于燃料。
• 减少温室气体排放，尽管在发电过程中会产生温室气体（取决于发电方式），但 PEV 本身在运行过程中不会产生温室气体。
• 鼓励未来的可持续性，与石油相比，电力被认为是一种更清洁的能源，因此它是一种更可持续的出行方式。
• 行驶更长的距离并具有更高的速度，与电池电动汽车 (BEV) 相比，因为汽油发动机

目前的 主要市场 将面向更加关注日益严重的环境问题的消费者。目前市场上 PHEV 的车型并不多，这是因为那些对电动汽车的环境效益感兴趣的人往往会选择纯电动汽车，而不是混合动力汽车。

模式的历史

第一辆非可充电电池电动汽车由罗伯特·安德森于 1830 年代推出。在他发明之后，人们对电动汽车的兴趣与日俱增。1859 年，加斯顿·普兰特发明了第一块铅酸电池，它最终成为可充电电池，为后来几年第一辆电动汽车的设计奠定了基础。在 20 世纪初，电动汽车的市场份额在美国达到总市场的 28%。当时电动汽车销量快速增长的主要原因是，与汽油动力汽车相比，电动汽车可以提供更舒适的驾驶体验，汽油动力汽车会产生噪音和振动。20 世纪 20 年代，由于电动汽车的制造成本高于汽油动力汽车，电动汽车的流行程度开始下降。对于汽油动力汽车来说，手动曲柄的消除和道路设施的发展使长途旅行成为可能，而电动汽车无法做到这一点。在 20 世纪 60 年代后期，人们的环境意识提高，因此更加关注电动汽车市场。人们对电动汽车的兴趣在 20 世纪 80 年代至 90 年代间断性地出现，并在 2010 年再次引起人们的兴趣，当时燃料价格大幅上涨，特斯拉汽车宣布将生产豪华电动汽车。

尽管电动汽车的发展史已有 100 多年，但 PHEV 的重要商业发展始于 2002 年。导致这一结果的因素有几个，例如电池和电源管理技术的进步，燃料价格的上涨以及对环境问题的日益关注。2002 年至 2010 年间，购买量并不多，这些年间的购买量不到 1000 件，而且只有一款 PHEV 可供选择。直到 2010 年，沃尔特才发布了美国首款商用 PHEV。在随后的几年里，制造商公司开始设计更多 PHEV 车型，并将它们推向美国市场。如今，消费者有更多车型可供选择，购买 PHEV 的成本也变得更加实惠。

早期市场发展

最初，回到 2002 年，当时还没有很多电动汽车，PHEV 还没有实现商业化发展。

在目前的电动汽车市场上，根据其设计动力总成，目前有四类电动汽车，分别是电池电动汽车 (BEV)、插电式混合动力汽车 (PHEV)、混合动力汽车 (HEV) 和燃料电池电动汽车 (FCEV)。

BEV 也被称为纯电动汽车或全电动汽车，仅由电动机驱动，这使得 BEV 拥有最大的电池组。尽管在发电过程中会产生一些污染，但在驾驶过程中不会产生尾气排放，因此它也被称为零排放汽车，环保人士更喜欢它。它的缺点是行驶里程和速度较低，因为仅由电动机驱动。与 PHEV 不同，汽车中没有备用发动机，如果电池电量耗尽，唯一的解决办法是为汽车充电。

FCEV 拥有电动机和电池，它通过将氢气转化为电力来驱动。燃料电池汽车才刚刚开始出现，但作为低碳清洁技术，它们极具发展潜力。

HEV 主要由汽油发动机驱动，并安装了电池来提高车辆的燃油效率。它们使用传统的燃料，例如汽油，并且不能像 PHEV 那样充电。HEV 的销量最初很高，但由于燃料价格上涨，目前的销量正在下降。

政策的作用

政策支持在帮助美国 PHEV 的发展和部署方面发挥着重要作用。美国能源部已投资超过 1.15 亿美元，在全国范围内建造了超过 18000 个充电基础设施。能源部还支持新的电池技术，例如，Volt 中使用的锂离子电池技术的开发得益于能源部的研究。此外，能源部对电池研究和开发的投资在过去四年中帮助将开发电动汽车电池的成本降低了 50%。

模式的增长

政府采用各种方法来促进电动汽车的销售，例如返利、免税和税收抵免。美国超过一半的州使用一种或多种这些方法。例如，加州为轻型零排放车辆和插电式混合动力电动汽车提供返利。美国政府为 2009 年以后购买的 PEV（如前所述，PHEV 是一种 PEV）推出了税收抵免，范围从 2500 美元到 7500 美元不等，具体取决于 PEV 的不同型号。税收抵免将适用于销售超过 200000 辆电动汽车的制造商（市场上有四种类型的电动汽车）。

此外，还制定了某些规范来标准化市场上的插电式电动汽车，例如二氧化碳排放量测量、允许行驶距离、车辆的最低速度以及安装在车辆中的电池的详细规格。

模式的开发

影响 20 世纪电动汽车发展的主要因素是燃料价格和燃气动力汽车的发展。当燃料价格高涨且燃气动力汽车引发环境问题时，电动汽车的概念再次出现。

有几个制约因素影响了 PHEV 的市场渗透率，例如 PHEV 的实际性能与预期相比，未来汽油价格，PHEV 充电设施数量，PHEV 型号可用性，PHEV 电池技术和成本等。Krupa 提出的调查表明了税收激励和制造商返利对促进 PHEV 销售的重要性。建议通过宣传燃料价格和其他运营成本的节省，PHEV 可以对客户更有吸引力。

开发这种模式的首要重点将是改进电池技术，降低制造成本，并建设更多充电基础设施。改进电池包括提高电池容量，因此可以提高续航里程和速度。降低制造成本将有助于降低 PHEV 的价格，使其更容易被消费者接受。建设更多充电基础设施将提高使用 PHEV 的便利性，从而吸引更多销售。为了克服这些制约因素，政府和私营企业应紧密合作，降低成本，建设更多基础设施，以方便汽车充电。

虽然电动汽车市场的发展面临着障碍，但 PHEV 仍有巨大的潜在市场。由于电动汽车可以显着减少汽油的使用，从而减少温室气体的排放，因此可以将其视为一种可持续的交通工具。根据国际能源署的一份报告，2005 年电动汽车的市场份额为 0.01%，但到 2016 年，市场份额已达到 0.91%，增长显著。虽然目前市场份额并不高，但可以说 PHEV 占领市场的潜力非常大。

定量分析

插电式混合动力电动汽车生命周期的定量分析是使用 2011 年至 2016 年期间从美国能源部获得的销量数据进行的。数据有限，因为 PHEV 对于商业用途来说是全新的，而且只收集了六年的数据。为了更好地进行分析，使用了累积分析来更好地可视化该技术的生命周期。车辆的销量可以反映该模式的使用次数。

原始数据

年份	车辆销量
2011	7981
2012	38586
2013	49008
2014	55357
2015	42943
2016	93461

方法

S(t) = K/[1+exp(-b(t-t0))

其中

• S(t) 是销量
• t 是时间（年）
• t0 是拐点时间（年）
• K 是饱和状态水平（估计）
• b 是系数（估计）

K 的估计

可以通过查看最大销量来估计 K，然后估计一个 K，每次增加一个增量来增加 K。使用估计的 K 计算回归，直到获得最高的 r 平方。在本分析中估计的 K 为 43000，其中直线最适合。

回归分析

回归分析

如上所示，列出了回归分析的详细信息。可以看出，虽然估计的 K 具有最大的 p 值 0.882683，但实际曲线和预测曲线并不完全匹配。这可能是由于社会、政治、经济和环境对技术发展和部署的影响的不确定性，而该模型没有考虑这些因素。

S 曲线

S 曲线

技术的生命周期

• 诞生阶段：2002-2010
• 增长阶段：2011-2018
• 成熟阶段：现在

由于 PHEV 仅在市场上存在不到十年，因此可以获得的数据有限。为了更好地分析和呈现数据，使用了累积分析来获得更平滑的图表进行调查。请注意，在 2015 年，车辆销量下降，但使用累积分析可以最好地减轻这一异常值。根据 S 曲线，可以看出诞生阶段在 2010 年之前，当时 PHEV 首次引入市场，但作为一种出行方式的选择并不受欢迎。PHEV 生命周期中的增长阶段在 2011 年至 2018 年之间。PHEV 的销量每年都在增长。最终，它达到了顶峰，代表着成熟阶段，车辆销量将逐渐趋于稳定，不会出现大幅增长。该模型中获得的生命周期在某种程度上与现实不符，因为成熟阶段来得过早，这与经济学家之前的预测不符，即 PHEV 的潜在市场。因此，可以说该模型不足以识别 PHEV 的生命周期，应该使用更多数据和更大的 K（例如使用美国的总车辆销量）来获得更好的结果。