交通部署案例集/2024/电动汽车
电动汽车（EV）是指利用电能驱动车轮在道路上行驶的车辆。其主要部件包括电池组、电动机、电力电子控制器、车载充电器和 DC/DC 转换器等[1]。它的工作原理是将存储在电池中的电能通过电机转换为车轮的机械能。电力电子控制器是一个调节电能以实现电机最佳性能的部件。电池是电动汽车中一个庞大的部件，由锂离子组成。车载充电器将家庭或充电站电网提供的交流电转换为直流电，这与存储在电池中的直流电兼容。DC/DC 转换器是另一个部件，它有助于从电池中存储的高压产生低压，以支持车辆的灯光、仪表盘显示等部件。电动汽车更清洁、更安静，运行成本也更低。一个令人惊讶的特点是，当内燃机车辆踩刹车时，动能会消散成热量，使其停止，而在电动汽车中，这部分动能会转化回电能并储存在电池中[1]。这是一项蓬勃发展的技术，目前正处于增长阶段，一些国家已经制定了政策，以大规模推广和采用零排放汽车，而另一些国家则处于起步阶段。
交通方式随着时间的推移发生了变化，从步行、马车、汽船、铁路、有轨电车、公共汽车到高速铁路、地铁。全球约四分之一的排放来自交通部门，道路交通占这些排放的 75% [2]。内燃机 (ICE) 车辆排放温室气体 (GHG)，导致全球变暖和气候变化现象在世界各地出现。为了了解这些排放的影响，人们采取了措施来应对气候变化现象，例如 2015 年的《巴黎协定》。这是一项国际条约，旨在将全球气温升幅控制在比工业化前水平低 2°C，或将其限制在 1.5°C。194 个国家和欧盟已批准或加入该协定，占温室气体排放量的 98% [3]。化石燃料石油储备仅限于某些国家，而且稀缺，其他国家在进口石油方面花费了大量的预算。所有这些因素都探索了寻找替代能源的途径，而电动汽车被视为解决该问题的一种可能的解决方案。如今，许多国家，如中国、加拿大、美国、英国、澳大利亚、丹麦、法国、韩国、印度、泰国、印度尼西亚，都制定了针对电动汽车推广的政策、战略和计划，例如补助金、降低进口关税、降低登记税、市场份额、充电基础设施建设和电池制造[4]。全球范围内所有这些针对电动汽车的举措有力地证明，电动汽车正在成为下一代交通方式。
1827 年，匈牙利本笃会僧侣安约什·杰德利克制造了第一台简单的直流电机，他后来用它来驱动一个小型汽车模型[5]。文章还指出，第一辆全尺寸的电力驱动马车是由罗伯特·安德森制造的，它使用不可充电电池，时速可达 12 公里。电动汽车早在 19 世纪 30 年代中期就在美国、英国和荷兰被发明出来[6]。
20 世纪初，美国的三分之一的汽车是电动汽车[7]。汽船等交通方式需要一个大型容器来储存水，需要将水加热才能转化为蒸汽来推动。有时，在冬季，加热过程需要长达 45 分钟，而且还需要补充燃料，这使得它不适合长途旅行。早期的汽油车使用手动曲柄启动，需要手动换挡，操作困难，而且会产生噪音和气味。电动汽车没有蒸汽和汽油汽车的这些缺点，这使得它在城市内短途旅行中，尤其是在女性中，获得了很高的知名度。1910 年的电力供应使得为电动汽车充电变得更加容易，其普及率在人群中不断上升。费迪南德·保时捷在 1898 年研制了一款名为 P1 的电动汽车，并创造了世界上第一款既能用电又能用汽油行驶的混合动力汽车。托马斯·爱迪生也对电动汽车技术印象深刻，并致力于研制更高效的电池。1914 年，他与他的朋友亨利·福特合作，生产出价格实惠的电动汽车。然而，1908 年亨利·福特推出的 Model T 汽油车对电动汽车造成了重大挫折。Model T 的大规模生产使其易于获得，而且成本较低。1912 年，电动汽车的价格比汽油车高约 1000 美元。查尔斯·凯特灵发明的电动启动器消除了汽油车中使用手动曲柄的必要性。在美国发现原油降低了燃料成本，加油站随处可见，而对于美国农村地区的人们来说，电力供应却很遥远。所有这些因素导致电动汽车在 1935 年消失了。
20 世纪 70 年代初的高汽油价格和稀缺性迫使各国寻找其他交通运输来源或技术。1975 年在美国生产的电动送货吉普车被用作邮政服务中的试点项目。1971 年在月球表面行驶的美国宇航局的电动月球车是试图炒作电动汽车技术的一次尝试。然而，电动汽车的性能较低，时速仅为 45 英里，一次充电行驶的距离仅限于 40 英里，这无法与现有的汽油车竞争[7]。
目前的气候变化和燃料短缺吸引了公共和私营部门对电动汽车的改进和采用。然而，高昂的 upfront 成本、缺乏充电基础设施、里程焦虑、车型少、零部件供应、服务站、消费者意识和心理等因素在电动汽车的大规模接受中发挥了重要作用[8]。电池效率的提高，使其能够以更小的体积行驶更长的距离，以及世界各国政府采取的降低 upfront 成本、建设充电基础设施等举措，必将使其作为一种交通方式被更多人接受。
1899 年，亨利·萨顿制造了澳大利亚的第一辆电动汽车，它有三个轮子，续航里程为 40 公里，时速可达 16 公里[9]。这篇文章还强调，在 20 世纪初，墨尔本和悉尼推出了出租车服务，乘客们更喜欢这种平稳、安静的驾驶方式。同样，用于运输易腐物品的电动送货车、电动公共汽车和有轨电车也在城市中心使用。然而，基础设施不足、续航里程短、汽油价格便宜等因素导致电动汽车的衰落。
澳大利亚的目标是在 2050 年前将温室气体排放量降至 2005 年水平的 43%，并实现净零排放[10]。其中一个解决方案是转向电动汽车。在这方面，澳大利亚已制定了《2023 年国家电动汽车战略》。该战略指出，澳大利亚 19% 的排放来自运输部门，预计到 2030 年将成为最大的排放源。澳大利亚拥有丰富的可再生能源，可用于为电动汽车提供动力。此外，由于其拥有大量的锂和铜、镍、镁等其他矿产资源，该国还具有发展电池制造业的潜力[11]。
该战略还强调，政府将努力提供更多价格实惠的车型，并采取激励措施，例如注册返利、从公共车队中购买二手电动汽车。为了帮助长途旅行，政府将在主要高速公路上每隔 150 公里设置一个电动汽车充电站。各州政府也制定了各自的战略，例如《新南威尔士州电动汽车战略》（2021 年）、《西澳大利亚州电动汽车战略》（2020 年），其中都制定了电动汽车发展计划和方案。电动汽车的续航里程已从 2011 年的约 139 公里增加到 2021 年的约 350 公里，一些车型甚至可以一次充电行驶 550 公里。澳大利亚人平均每天行驶 38 公里，目前市场上的电动汽车车型可以满足这一需求[11]。
根据《电动汽车现状报告》（2023 年 7 月），截至 2023 年报告发布时，电动汽车占汽车销售总量的 8.4%，销量比 2022 年增长了 120% 以上。销量最高的车型是特斯拉 Model Y、特斯拉 Model 3 和比亚迪 Atto 3，占总销量的 68%。目前澳大利亚市场上有 91 款电动汽车车型，其中 74 款为轿车，7 款为皮卡，10 款为厢式货车。报告还指出，澳大利亚有 967 个公共高功率充电站、438 个快速充电站和 120 多个超快速充电站，分布在全国 558 个地点。报告显示，汽油车的年度燃料成本为 2400 美元，而电动汽车的年度电费成本为 400 美元。此外，电动汽车的效率为 77%，而内燃机汽车的效率为 25%[12]。考虑到新技术、长期成本节约、购买时的补贴以及越来越完善的充电基础设施，澳大利亚消费者对电动汽车的需求势必会增加。
政策举措，例如购买补贴、注册返利，都是为了缩小电动汽车与内燃机汽车之间的成本差距。早在 20 世纪 90 年代，挪威就开始实施这些政策，2008 年美国开始实施，2014 年中国开始实施[13]。同样地，欧盟制定的尾气二氧化碳排放标准和加州的零排放汽车强制标准也促进了电动汽车的使用。为了抑制汽油和柴油的使用，挪威计划在 2025 年前停止销售使用这些燃料的汽车，英国计划在 2030 年前停止销售，日本计划在 2030 年代中期前停止销售[14]。充电站的可用性是阻碍人们购买电动汽车的主要问题之一。德国的目标是在本世纪末建设 100 万个充电设施。现代汽车将在 2040 年前停止销售内燃机汽车，福特将在 2030 年前停止在欧洲销售内燃机汽车[14]。中国、印度、印度尼西亚、摩洛哥等国家已经制定了电动汽车电池或汽车制造的政策[15]。
《国家电动汽车战略》概述了澳大利亚所有州都已制定电动汽车战略、零排放汽车战略或气候行动计划，以应对气候变化。昆士兰州将在其电动超级高速公路上 54 个地点提供快速充电网络。新南威尔士州政府将通过其电动汽车战略提供 6.33 亿澳元的资金，用于支持电动汽车生产并鼓励地方政府购买电动汽车。西澳大利亚州政府已经制定了一项投资 2290 万澳元的计划，用于建设 100 个充电站[11]。
人们普遍认为，一项技术通常会经历出生、成长、饱和和衰退等阶段。出生阶段是指技术进入市场处于早期阶段，销售或采用率较低。随着人们逐渐熟悉该技术，在短时间内会出现大幅的销售或采用增长，这被称为成长阶段。技术进步、高性能和有利的政策环境在加速采用方面起着重要作用。然后是饱和阶段，在此阶段，销售量达到最大值。一些技术还会经历衰退阶段，当新的先进技术进入市场并取代现有技术时就会出现这种情况。随着时间的推移，出生、成长和饱和阶段在绘制图表时会显示为 S 形曲线。
一项技术的生命周期可以用以下公式很好地表示
S(t)=Smax/[1+exp(-b(t-ti)]
在本例中，
S(t)= 某个时间点的电动汽车销量
t= 时间（年）
Smax= 最大销量或饱和水平
b= 待估计的系数
ti= 拐点时间（达到饱和销量 50% 的时间）
确定 b 的值，并使用上述公式预测销量。
澳大利亚的电池电动汽车销量数据取自《2023 年电动汽车现状报告》。2011 年，电池电动汽车销量仅为 49 辆，到 2019 年缓慢增长到 5292 辆。2021 年销量为 17293 辆，到 2023 年几乎翻了一番，达到 33416 辆。
该图显示，从 2011 年到 2020 年，澳大利亚的电动汽车处于出生阶段。2020 年的销量略低于 2019 年。新冠肺炎疫情可能是造成这一低值的原因之一。2020 年以后的销量大幅增长，到 2022 年几乎增长了 6.5 倍。2023 年末的电动汽车销量在《2023 年电动汽车现状报告》中没有公布。但我们可以从图形的性质判断出，电动汽车销量目前正处于成长阶段。电动汽车销量的饱和只是时间问题。
截至 2023 年 1 月底，澳大利亚注册的机动车总数为 21168462 辆[16]。如果我们假设澳大利亚注册的所有机动车都将被电池电动汽车取代，那么拐点时间 ti 将为 2035.05，也就是说到那时，注册车辆的一半将是电池电动汽车。
| 年份 | 观察到的市场电动汽车销量 | 预测的市场销量 |
| 2011 | 49 | 57 |
| 2012 | 173 | 100 |
| 2013 | 191 | 174 |
| 2014 | 371 | 304 |
| 2015 | 759 | 532 |
| 2016 | 668 | 928 |
| 2017 | 1208 | 1621 |
| 2018 | 1053 | 2831 |
| 2019 | 5292 | 4944 |
| 2020 | 5215 | 8633 |
| 2021 | 17293 | 15072 |
| 2022 | 33416 | 26309 |
统计参数为
Smax=21168462
b= 0.52887
ti=2035
- ↑ a b Upgraded Vehicle. (2023, July 16). Parts of an Electric Car Explained (with Diagrams). https://upgradedvehicle.com/parts-of-an-electric-car
- ↑ Department of Climate Change, Energy, the Environment and Water (2022). National Electric Vehicle Strategy Consultation Paper. https://storage.googleapis.com/converlens-au-industry/industry/p/prj21fdd5bb6514260f47fcd/public_assets/National%20Electric%20Vehicle%20Strategy%20Consultation%20Paper.pdf
- ↑ United Nations Climate Change. (u.d.). The Paris Agreement. https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement
- ↑ International Energy Agency. (2023, April 26). Global EV Policy Explorer. https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tools/global-ev-policy-explorer
- ↑ Szabo, L., & Iulia, V. (2022). A Brief History of Electric Vehicles. Journal of Computer Science and Control Systems, 15(1), 19-26. https://www.researchgate.net/publication/363520342_A_Brief_History_of_Electric_Vehicles
- ↑ Hoyer, K.G. (2008). The history of alternative fuels in transportation: The case of electric and hybrid cars. Utilities Policy 16 (2008) 63e71. doi:10.1016/j.jup.2007.11.001 (sciencedirectassets.com)
- ↑ a b Energy.gov. (2014, September 15). The History of the Electric Car. https://www.energy.gov/articles/history-electric-car
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- ↑ Energy matters (2024, February 6). A Dive into the History of Electric Cars in Australia. https://www.energymatters.com.au/renewable-news/history-of-electric-cars/
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- ↑ a b c Australian Government (2023). National Electric Vehicle Strategy. https://www.dcceew.gov.au/sites/default/files/documents/national-electric-vehicle-strategy.pdf
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- ↑ 国际能源署。(2021)。全球电动汽车展望报告 2021。https://iea.blob.core.windows.net/assets/ed5f4484-f556-4110-8c5c-4ede8bcba637/GlobalEVOutlook2021.pdf
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- ↑ 基础设施、交通运输、区域发展、通信和艺术部 (2023) 基础设施和交通研究经济局统计报告。https://www.bitre.gov.au/sites/default/files/documents/BITRE-Road-Vehicles-Australia-January-2023.pdf