未來(lái)電動(dòng)交通工具的走向已定，但是基于電池的純電動(dòng)汽車不是最好的性價(jià)比和高效使用資源的解決方案。PHEV(插電式混合電動(dòng)汽車)不光在短期內(nèi)具有優(yōu)勢(shì)，也將在中期和長(zhǎng)期內(nèi)發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

今天的交通工具和電動(dòng)交通工具

100多年以來(lái)，內(nèi)燃機(jī)車(ICE)塑造了我們對(duì)交通工具的獨(dú)特理念。我們?cè)缫蚜?xí)慣使用汽油(或柴油)汽車，無(wú)論是日常的上下班還是1000公里以上的度假旅行。

目前純電動(dòng)(BEV)汽車被視為最重要的內(nèi)燃機(jī)替代技術(shù)。但是，現(xiàn)有的BEV技術(shù)還不能達(dá)到ICE汽車的行駛路和加油時(shí)間的特征。即使它們的銷售量飆升，電動(dòng)汽車往往無(wú)法取代ICE汽車對(duì)于家庭的重要性，而是它們經(jīng)常作為短途的出行交通工具被購(gòu)買。德國(guó)DLR研究所于2015年的一項(xiàng)調(diào)查表明，80%被購(gòu)買的BEV屬于家里的第二輛汽車，另一個(gè)事實(shí)是購(gòu)買電動(dòng)車的家庭中87%是有孩子的。

電動(dòng)汽車的未來(lái)演變

然而，汽車工業(yè)正在努力開(kāi)發(fā)可以完全替代內(nèi)燃機(jī)車的電動(dòng)汽車。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須注重兩個(gè)目標(biāo)：即每次充電必須達(dá)到至少400公里的行程，每次充電的時(shí)間必須在15分鐘，最好在10分鐘以下。為了達(dá)到此目標(biāo)，電池必須至少擁有80-100kWh的能量。雖說(shuō)一些頂級(jí)電動(dòng)汽車已達(dá)到此要求，但是今天具有這樣能量的電池包的價(jià)格在2萬(wàn)5千美金左右，所以只能用于高檔汽車。另一個(gè)挑戰(zhàn)在于超快速的充電。如需在15分鐘內(nèi)為400公里的行程充電，則充電的功率必須達(dá)到350KW(包括一些損失)。某些高檔汽車生產(chǎn)商如特斯拉已宣布實(shí)行如此短時(shí)間內(nèi)的充電，因此電動(dòng)車向著內(nèi)燃機(jī)車看齊的愿景越來(lái)越近，并將在短短的幾年內(nèi)成為現(xiàn)實(shí)。

電動(dòng)交通工具的普遍可行性

普遍情況的概述：此類電動(dòng)交通工具是否可適合整個(gè)社會(huì)呢?讓我們將此問(wèn)題分為丙個(gè)部分解釋。第一個(gè)部分是總發(fā)電量是否足夠供應(yīng)所有乘用車的純電動(dòng)駕駛?以德國(guó)為例，所有輕型車輛2016年的總行程大約為6200億公里，電動(dòng)汽車的平均功耗為每百公里15kWh，所以說(shuō)如果所有的駕駛行程都是電動(dòng)的，那大約需要930億kWh 電能，而2016年的總發(fā)電量為6500億kWh。所以說(shuō)輕型車輛的純電動(dòng)交通工具是絕對(duì)可行的，所以說(shuō)對(duì)于世界上大多數(shù)工業(yè)國(guó)家來(lái)說(shuō)是現(xiàn)實(shí)的。

第二個(gè)部分是什么方式的電動(dòng)駕駛是可行并合理的。之前我們已經(jīng)總結(jié)出以電動(dòng)汽車完全取代內(nèi)燃機(jī)車輛只適用于一小部分的高檔車輛，而不是未來(lái)交通工具的普遍解決方案。在此有不少明顯的異議，第一個(gè)理由是電池的產(chǎn)能，所描述的全功能電動(dòng)汽車需要100kWh的容量。如果每年汽車的產(chǎn)量1億輛，那么總?cè)萘啃枨笙喈?dāng)于10TWh。與當(dāng)今全球42GWh的產(chǎn)能相比，需要增長(zhǎng)大約250倍的產(chǎn)能。建設(shè)新的電池廠需要很長(zhǎng)時(shí)間，所需的產(chǎn)能很明顯需要幾十年才能完成，并需要1兆多美金的投資。

第二個(gè)問(wèn)題在于是否有足夠的資源可用于如此大量的電池。以目前的價(jià)格，鋰的生產(chǎn)只有在當(dāng)所提取的副產(chǎn)物如鉀和其他礦物質(zhì)也可以銷售的情況下可有盈利。但是，將來(lái)對(duì)于鋰的需求的增長(zhǎng)將大大超過(guò)對(duì)于這些副產(chǎn)品的需求的增長(zhǎng)。所以，當(dāng)鋰的需求增長(zhǎng)只為了生產(chǎn)鋰時(shí)，鋰的價(jià)格也會(huì)大幅度上漲。鈷的情況也類似，目前全球鈷產(chǎn)量的94%是生產(chǎn)銅和鎳副產(chǎn)品。隨著對(duì)鋰離子電池需求增長(zhǎng)，必須發(fā)展一個(gè)真正的鈷生產(chǎn)工業(yè)，而這只能在其價(jià)格大幅度上漲的情況下才有可能。所以如果需求過(guò)高，經(jīng)常被預(yù)估的鋰離子電池降價(jià)會(huì)逆轉(zhuǎn)。第三個(gè)因素是快速充電設(shè)施。設(shè)想將所有內(nèi)燃機(jī)車由全功能電動(dòng)汽車替代，所有現(xiàn)今高速公路的加油站必須由充電站取代，并提供相同里程的“電動(dòng)交通工具行程”的充電。現(xiàn)代化高速公路加油站一般擁有20個(gè)加油點(diǎn)，而每個(gè)加油點(diǎn)可每5分鐘為一輛汽車提供500公里或更多路程的汽油，這說(shuō)明一個(gè)加油站可以在一個(gè)小時(shí)內(nèi)供應(yīng)12萬(wàn)公里路程的汽油。為了使電動(dòng)汽車能夠行駛相同的路程大約需要18-24MWh，所以每個(gè)高速公路的充電站必須連接約20MW電力的電網(wǎng)，更需要非常巨大的投資建設(shè)此設(shè)施。

未來(lái)電動(dòng)交通工具的資源有效性

但是哪些替代方案是可行的?一種可能是完全改變我們對(duì)交通工具的概念，適應(yīng)另一種交通方式。在這種交通環(huán)境下，汽車只限用于城市及周邊地區(qū)的短途行程。長(zhǎng)途旅行將使用公共交通工具。為了使每個(gè)人在目的地可以單獨(dú)出行，設(shè)立汽車共享網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)將是一個(gè)必須的補(bǔ)充方案。對(duì)于這種情況，小型和輕型車輛的行駛路程為100-150公里，這相當(dāng)于15-25 kWh的電池能量，而且不需要高速充電，大大減少所需要資源、電池產(chǎn)能和充電設(shè)施的投資。另一方面，公共交通設(shè)施需要適應(yīng)需求增長(zhǎng)，這也需要一個(gè)時(shí)間過(guò)程和成本投入。

但更大的挑戰(zhàn)是改變社會(huì)中的平常習(xí)慣，適應(yīng)替代私人交通工具的這種概念，不再將自己的汽車置于個(gè)人的中心位置。因此，雖然所述情況絕對(duì)適用于一定的人群，但是在不久的未來(lái)，我們更需要一個(gè)接近已有交通概念的解決方案，同時(shí)也盡可能地保護(hù)環(huán)境。

滿足這些需求其實(shí)很簡(jiǎn)單：插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)。雖然它常被視為一種短暫的臨時(shí)解決方案，直到有能力完全引入純電動(dòng)汽車，但是我們認(rèn)為PHEV在中期，也許在長(zhǎng)期內(nèi)將成為最佳解決方案。PHEV(包括境程式電動(dòng)汽車)完全符合全功能汽車的需求，因?yàn)樵陂L(zhǎng)途旅途中使用內(nèi)燃機(jī)的可能性消除了路程的顧慮。盡管如此，一年中絕大多數(shù)的行駛都可以使用電動(dòng)，因?yàn)橥ǔＣ刻焐舷掳嗑嚯x小于50公里。以雪佛蘭Volt為例，最近的一項(xiàng)研究顯示，所有Volt行程的大約70%為電動(dòng)駕駛，盡管此電動(dòng)汽車的最長(zhǎng)電動(dòng)行程只有40英里。第二代的電池升級(jí)后，該比例增加到80%多，不了達(dá)到此目的，電池組只需18kWh。

相比之下，日產(chǎn)Leaf作為全電動(dòng)的汽車擁有更大的電池規(guī)模和電動(dòng)行駛路程，其車主們一年四季都可以電動(dòng)駕駛，平均行程少于1萬(wàn)英里。Volt車主們每年的2500英里行駛由內(nèi)燃機(jī)執(zhí)行，而這是Leaf車主無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。但是，Leaf車主很可能在長(zhǎng)途旅程時(shí)使用其它的汽車，也就是說(shuō)內(nèi)燃機(jī)車。還有典型的特斯拉電動(dòng)汽車，其電池規(guī)模大約是Volt的5倍。特斯拉車主每年的平均行程距離為12000英里，雖說(shuō)電池規(guī)模增加了五倍卻只使電動(dòng)行駛距離增加20%。換而言之，特斯拉電池容量的80%未被作用，但必須將之?dāng)y帶，這是目前全功能電動(dòng)汽車的普遍現(xiàn)象。所以，從資源有效利用的角度來(lái)看，混合動(dòng)力車應(yīng)是更好的選擇。用于裝備一輛全功能BEV和80-100 kWh電池可以裝備5輛PHEV，而期容量可用于80%的電動(dòng)行程。以上述平均里程計(jì)算，是每年12000英里和五倍10000英里=50000英里電動(dòng)行程的比較。如果說(shuō)支持電動(dòng)交通工具的目標(biāo)是最大限度的實(shí)現(xiàn)由電動(dòng)代替行駛距離，那么PHEV與BEV相比是更好的選擇。為了使PHEV更有競(jìng)爭(zhēng)力，能真正替代內(nèi)燃機(jī)汽車，通過(guò)電池實(shí)現(xiàn)80%的駕駛時(shí)間，剩下的20%時(shí)間有內(nèi)燃機(jī)增程發(fā)電來(lái)完成，這樣的優(yōu)化模式能最大幅度的降低價(jià)格。新的日產(chǎn)Note E-Power serial hybrid(串聯(lián)式混合動(dòng)力)可在此作為將來(lái)低成本混合動(dòng)力汽車的案例。此混合動(dòng)力汽車的16000美金起價(jià)使它完全可以和內(nèi)燃機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。目前，日產(chǎn)Note擁有一個(gè)微不足道的純電動(dòng)范圍，并無(wú)法充電。但是通過(guò)添加一個(gè)10 kWh的電池組可供應(yīng)大約50公里的電力范圍，加板載充電器的價(jià)格大約在3000美金。這說(shuō)明，在不久的將來(lái)，PHEV的價(jià)格將低于2萬(wàn)美金，總行程的80%可以電動(dòng)駕駛，同時(shí)它能夠不需妥協(xié)地成為家庭的主要汽車，并且?guī)缀醪恍枰獮榛A(chǔ)配置做額外的投資。

結(jié)論與展望

從個(gè)別的汽車技術(shù)角度來(lái)看，全功能BEV向內(nèi)燃機(jī)車看齊將成為現(xiàn)實(shí)，因?yàn)槌潆姇r(shí)間和各種距離將不再是問(wèn)題。但是，由于巨大的電池和快速充電的設(shè)施需要很高的成本和大量的資源，所以這在以后的20-30年內(nèi)不會(huì)成為廣泛解決方案。

另一種未來(lái)的方案將是一個(gè)新的交通工具概念，在此電動(dòng)汽車完全用于都市內(nèi)的短程距離。公共交通工具則在長(zhǎng)途行程時(shí)替代私人汽車。盡管如此，此方案需要改變?nèi)藗儗?duì)于私人交通工具的普遍態(tài)度，而這不是一夜之間能改變的。但是對(duì)于思想開(kāi)放的大都市人群來(lái)說(shuō)，這種 可能性是非常現(xiàn)實(shí)的，但是前提是每個(gè)城市必須要有足夠的公共交通工具和密集的汽車共享網(wǎng)絡(luò)。

相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)車更具經(jīng)濟(jì)效益的下一代產(chǎn)品將會(huì)是插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)。日常的電動(dòng)駕駛之余，它同時(shí)結(jié)合了化學(xué)源載體的優(yōu)勢(shì)，和電動(dòng)電池相比它能低成本地儲(chǔ)蓄更高的能源，這使它成為最有潛力的交通工具。為了使人們最大限度地提高電動(dòng)駕駛的里程，應(yīng)把重點(diǎn)放在具有經(jīng)濟(jì)效益，能滿足各種需要的PHEV，而不是裝載了全尺寸的昂貴動(dòng)力電池的純電動(dòng)汽車，并且這種純電動(dòng)汽車只能部分的替代內(nèi)燃機(jī)汽車。此外，與BEV相比，PHEV幾乎可以成為所有人的第一輛車的選擇，而B(niǎo)EV的車主，經(jīng)常需要一輛傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車作為長(zhǎng)途旅行的備用解決方案。

那么未來(lái)20-30年的汽車行業(yè)前景如何呢?BEV將會(huì)是非常重要的，但絕不可能是最大的一部分。兩種截然不同的BEV類型將呈現(xiàn)：第一，小型的市內(nèi)汽車，它只限用于大都市內(nèi)的路程。其普及率將在只有短期汽車存在歷史的地區(qū)最高，特別是在亞洲，包括印度，或者非洲。

第二，高檔全功能BEV將實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)途電動(dòng)行駛路程，但是，此級(jí)別的汽車只可能占很小的一部分，而不會(huì)成為標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。

PHEV將成為汽車前景的基石。在可供大部分電動(dòng)駕駛的前提下，它是最具經(jīng)濟(jì)和資源效益的解決方案。它們將在傳統(tǒng)的汽車影響力較大的地區(qū)如歐洲或南北美洲極為重要。它們將在傳統(tǒng)的汽車影響力較大的地區(qū)如歐洲或南北美洲極為重要。總體來(lái)說(shuō)，這意味著內(nèi)燃機(jī)的存活期將比許多電動(dòng)車愛(ài)好者所預(yù)計(jì)的時(shí)間要長(zhǎng)。關(guān)鍵是，內(nèi)燃機(jī)應(yīng)被視為電動(dòng)力的推動(dòng)者，而不是阻撓。