運輸部署案例集/2018/美國插電式混合動力汽車

模式描述

插電式混合動力汽車 (PHEV) 具有電動機和內燃機，它們由燃料驅動。它是一種電動汽車，在車輛上安裝了可充電電池，以便車輛可以從外部電源充電，並利用電池中儲存的電力驅動車輛。PHEV 可以以兩種模式執行，即完全電動模式，僅使用電動機，或混合動力模式，使用電動機和內燃機。 PHEV 使用的電池通常比其他型別的電動汽車小，因為電力不是驅動汽車的唯一能源。從某種意義上說，它更可靠，如果電池電量耗盡，汽油發動機可以用作驅動汽車的備份。此外，內燃機可以讓車輛行駛更長的距離。當汽車在電池模式下執行時，不會產生尾氣汙染。 由於驅動汽車使用的大部分能量是電力，被認為是清潔能源，因此 PHEV 被歸類為清潔且經濟實惠的交通方式，適用於長途旅行並減少碳排放。 擁有電動機和電池的優點是

• 減少石油使用量，由於車輛主要由電動機驅動，汽油發動機僅在必要時使用，汽油發動機的汽油使用量將大幅減少。此外，燃料成本可以大幅降低，因為電力的成本遠低於燃料。
• 減少溫室氣體排放，儘管在發電過程中會產生溫室氣體（取決於發電方式），但 PEV 本身在執行過程中不會產生溫室氣體。
• 鼓勵未來的可持續性，與石油相比，電力被認為是一種更清潔的能源，因此它是一種更可持續的出行方式。
• 行駛更長的距離並具有更高的速度，與電池電動汽車 (BEV) 相比，因為汽油發動機

目前的 主要市場 將面向更加關注日益嚴重的環境問題的消費者。目前市場上 PHEV 的車型並不多，這是因為那些對電動汽車的環境效益感興趣的人往往會選擇純電動汽車，而不是混合動力汽車。

模式的歷史

第一輛非可充電電池電動汽車由羅伯特·安德森於 1830 年代推出。在他發明之後，人們對電動汽車的興趣與日俱增。1859 年，加斯頓·普蘭特發明了第一塊鉛酸電池，它最終成為可充電電池，為後來幾年第一輛電動汽車的設計奠定了基礎。在 20 世紀初，電動汽車的市場份額在美國達到總市場的 28%。當時電動汽車銷量快速增長的主要原因是，與汽油動力汽車相比，電動汽車可以提供更舒適的駕駛體驗，汽油動力汽車會產生噪音和振動。20 世紀 20 年代，由於電動汽車的製造成本高於汽油動力汽車，電動汽車的流行程度開始下降。對於汽油動力汽車來說，手動曲柄的消除和道路設施的發展使長途旅行成為可能，而電動汽車無法做到這一點。在 20 世紀 60 年代後期，人們的環境意識提高，因此更加關注電動汽車市場。人們對電動汽車的興趣在 20 世紀 80 年代至 90 年代間斷性地出現，並在 2010 年再次引起人們的興趣，當時燃料價格大幅上漲，特斯拉汽車宣佈將生產豪華電動汽車。

儘管電動汽車的發展史已有 100 多年，但 PHEV 的重要商業發展始於 2002 年。導致這一結果的因素有幾個，例如電池和電源管理技術的進步，燃料價格的上漲以及對環境問題的日益關注。2002 年至 2010 年間，購買量並不多，這些年間的購買量不到 1000 件，而且只有一款 PHEV 可供選擇。直到 2010 年，沃爾特才釋出了美國首款商用 PHEV。在隨後的幾年裡，製造商公司開始設計更多 PHEV 車型，並將它們推向美國市場。如今，消費者有更多車型可供選擇，購買 PHEV 的成本也變得更加實惠。

早期市場發展

最初，回到 2002 年，當時還沒有很多電動汽車，PHEV 還沒有實現商業化發展。

在目前的電動汽車市場上，根據其設計動力總成，目前有四類電動汽車，分別是電池電動汽車 (BEV)、插電式混合動力汽車 (PHEV)、混合動力汽車 (HEV) 和燃料電池電動汽車 (FCEV)。

BEV 也被稱為純電動汽車或全電動汽車，僅由電動機驅動，這使得 BEV 擁有最大的電池組。儘管在發電過程中會產生一些汙染，但在駕駛過程中不會產生尾氣排放，因此它也被稱為零排放汽車，環保人士更喜歡它。它的缺點是行駛里程和速度較低，因為僅由電動機驅動。與 PHEV 不同，汽車中沒有備用發動機，如果電池電量耗盡，唯一的解決辦法是為汽車充電。

FCEV 擁有電動機和電池，它透過將氫氣轉化為電力來驅動。燃料電池汽車才剛剛開始出現，但作為低碳清潔技術，它們極具發展潛力。

HEV 主要由汽油發動機驅動，並安裝了電池來提高車輛的燃油效率。它們使用傳統的燃料，例如汽油，並且不能像 PHEV 那樣充電。HEV 的銷量最初很高，但由於燃料價格上漲，目前的銷量正在下降。

政策的作用

政策支援在幫助美國 PHEV 的發展和部署方面發揮著重要作用。美國能源部已投資超過 1.15 億美元，在全國範圍內建造了超過 18000 個充電基礎設施。能源部還支援新的電池技術，例如，Volt 中使用的鋰離子電池技術的開發得益於能源部的研究。此外，能源部對電池研究和開發的投資在過去四年中幫助將開發電動汽車電池的成本降低了 50%。

模式的增長

政府採用各種方法來促進電動汽車的銷售，例如返利、免稅和稅收抵免。美國超過一半的州使用一種或多種這些方法。例如，加州為輕型零排放車輛和插電式混合動力電動汽車提供返利。美國政府為 2009 年以後購買的 PEV（如前所述，PHEV 是一種 PEV）推出了稅收抵免，範圍從 2500 美元到 7500 美元不等，具體取決於 PEV 的不同型號。稅收抵免將適用於銷售超過 200000 輛電動汽車的製造商（市場上有四種類型的電動汽車）。

此外，還制定了某些規範來標準化市場上的插電式電動汽車，例如二氧化碳排放量測量、允許行駛距離、車輛的最低速度以及安裝在車輛中的電池的詳細規格。

模式的開發

影響 20 世紀電動汽車發展的主要因素是燃料價格和燃氣動力汽車的發展。當燃料價格高漲且燃氣動力汽車引發環境問題時，電動汽車的概念再次出現。

有幾個制約因素影響了 PHEV 的市場滲透率，例如 PHEV 的實際效能與預期相比，未來汽油價格，PHEV 充電設施數量，PHEV 型號可用性，PHEV 電池技術和成本等。Krupa 提出的調查表明瞭稅收激勵和製造商返利對促進 PHEV 銷售的重要性。建議透過宣傳燃料價格和其他運營成本的節省，PHEV 可以對客戶更有吸引力。

開發這種模式的首要重點將是改進電池技術，降低製造成本，並建設更多充電基礎設施。改進電池包括提高電池容量，因此可以提高續航里程和速度。降低製造成本將有助於降低 PHEV 的價格，使其更容易被消費者接受。建設更多充電基礎設施將提高使用 PHEV 的便利性，從而吸引更多銷售。為了克服這些制約因素，政府和私營企業應緊密合作，降低成本，建設更多基礎設施，以方便汽車充電。

雖然電動汽車市場的發展面臨著障礙，但 PHEV 仍有巨大的潛在市場。由於電動汽車可以顯著減少汽油的使用，從而減少溫室氣體的排放，因此可以將其視為一種可持續的交通工具。根據國際能源署的一份報告，2005 年電動汽車的市場份額為 0.01%，但到 2016 年，市場份額已達到 0.91%，增長顯著。雖然目前市場份額並不高，但可以說 PHEV 佔領市場的潛力非常大。

定量分析

插電式混合動力電動汽車生命週期的定量分析是使用 2011 年至 2016 年期間從美國能源部獲得的銷量資料進行的。資料有限，因為 PHEV 對於商業用途來說是全新的，而且只收集了六年的資料。為了更好地進行分析，使用了累積分析來更好地視覺化該技術的生命週期。車輛的銷量可以反映該模式的使用次數。

原始資料

年份	車輛銷量
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) 是銷量
• t 是時間（年）
• t0 是拐點時間（年）
• K 是飽和狀態水平（估計）
• b 是係數（估計）

K 的估計

可以透過檢視最大銷量來估計 K，然後估計一個 K，每次增加一個增量來增加 K。使用估計的 K 計算迴歸，直到獲得最高的 r 平方。在本分析中估計的 K 為 43000，其中直線最適合。

迴歸分析

迴歸分析

如上所示，列出了迴歸分析的詳細資訊。可以看出，雖然估計的 K 具有最大的 p 值 0.882683，但實際曲線和預測曲線並不完全匹配。這可能是由於社會、政治、經濟和環境對技術發展和部署的影響的不確定性，而該模型沒有考慮這些因素。

S 曲線

S 曲線

技術的生命週期

• 誕生階段：2002-2010
• 增長階段：2011-2018
• 成熟階段：現在

由於 PHEV 僅在市場上存在不到十年，因此可以獲得的資料有限。為了更好地分析和呈現資料，使用了累積分析來獲得更平滑的圖表進行調查。請注意，在 2015 年，車輛銷量下降，但使用累積分析可以最好地減輕這一異常值。根據 S 曲線，可以看出誕生階段在 2010 年之前，當時 PHEV 首次引入市場，但作為一種出行方式的選擇並不受歡迎。PHEV 生命週期中的增長階段在 2011 年至 2018 年之間。PHEV 的銷量每年都在增長。最終，它達到了頂峰，代表著成熟階段，車輛銷量將逐漸趨於穩定，不會出現大幅增長。該模型中獲得的生命週期在某種程度上與現實不符，因為成熟階段來得過早，這與經濟學家之前的預測不符，即 PHEV 的潛在市場。因此，可以說該模型不足以識別 PHEV 的生命週期，應該使用更多資料和更大的 K（例如使用美國的總車輛銷量）來獲得更好的結果。