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

今天的交通工具和電動交通工具

100多年以來，內(nèi)燃機(jī)車(ICE)塑造了我們對交通工具的獨特理念。我們早已習(xí)慣使用汽油(或柴油)汽車，無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(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間的特征。即使它們的銷售量飆升，電動汽車往往無法取代ICE汽車對于家庭的重要性，而是它們經(jīng)常作為短途的出行交通工具被購買。德國DLR研究所于2015年的一項調(diào)查表明，80%被購買的BEV屬于家里的第二輛汽車，另一個事實是購買電動車的家庭中87%是有孩子的。

電動汽車的未來演變

然而，汽車工業(yè)正在努力開發(fā)可以完全替代內(nèi)燃機(jī)車的電動汽車。為了實現(xiàn)這一點，必須注重兩個目標(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。雖說一些頂級電動汽車已達(dá)到此要求，但是今天具有這樣能量的電池包的價格在2萬5千美金左右，所以只能用于高檔汽車。另一個挑戰(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行如此短時間內(nèi)的充電，因此電動車向著內(nèi)燃機(jī)車看齊的愿景越來越近，并將在短短的幾年內(nèi)成為現(xiàn)實。

電動交通工具的普遍可行性

普遍情況的概述：此類電動交通工具是否可適合整個社會呢?讓我們將此問題分為丙個部分解釋。第一個部分是總發(fā)電量是否足夠供應(yīng)所有乘用車的純電動駕駛?以德國為例，所有輕型車輛2016年的總行程大約為6200億公里，電動汽車的平均功耗為每百公里15kWh，所以說如果所有的駕駛行程都是電動的，那大約需要930億kWh 電能，而2016年的總發(fā)電量為6500億kWh。所以說輕型車輛的純電動交通工具是絕對可行的，所以說對于世界上大多數(shù)工業(yè)國家來說是現(xiàn)實的。

第二個部分是什么方式的電動駕駛是可行并合理的。之前我們已經(jīng)總結(jié)出以電動汽車完全取代內(nèi)燃機(jī)車輛只適用于一小部分的高檔車輛，而不是未來交通工具的普遍解決方案。在此有不少明顯的異議，第一個理由是電池的產(chǎn)能，所描述的全功能電動汽車需要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，需要增長大約250倍的產(chǎn)能。建設(shè)新的電池廠需要很長時間，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。

第二個問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，將來對于鋰的需求的增長將大大超過對于這些副產(chǎn)品的需求的增長。所以，當(dāng)鋰的需求增長只為了生產(chǎn)鋰時，鋰的價格也會大幅度上漲。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。隨著對鋰離子電池需求增長，必須發(fā)展一個真正的鈷生產(chǎn)工業(yè)，而這只能在其價格大幅度上漲的情況下才有可能。所以如果需求過高，經(jīng)常被預(yù)估的鋰離子電池降價會逆轉(zhuǎn)。第三個因素是快速充電設(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個加油點，而每個加油點可每5分鐘為一輛汽車提供500公里或更多路程的汽油，這說明一個加油站可以在一個小時內(nèi)供應(yīng)12萬公里路程的汽油。為了使電動汽車能夠行駛相同的路程大約需要18-24MWh，所以每個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。

未來電動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。長途旅行將使用公共交通工具。為了使每個人在目的地可以單獨出行，設(shè)立汽車共享網(wǎng)絡(luò)點將是一個必須的補充方案。對于這種情況，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，這也需要一個時間過程和成本投入。

但更大的挑戰(zhàn)是改變社會中的平常習(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人的中心位置。因此，雖然所述情況絕對適用于一定的人群，但是在不久的未來，我們更需要一個接近已有交通概念的解決方案，同時也盡可能地保護(hù)環(huán)境。

滿足這些需求其實很簡單：插電式混合動力汽車(PHEV)。雖然它常被視為一種短暫的臨時解決方案，直到有能力完全引入純電動汽車，但是我們認(rèn)為PHEV在中期，也許在長期內(nèi)將成為最佳解決方案。PHEV(包括境程式電動汽車)完全符合全功能汽車的需求，因為在長途旅途中使用內(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，因為通常每天上下班距離小于50公里。以雪佛蘭Volt為例，最近的一項研究顯示，所有Volt行程的大約70%為電動駕駛，盡管此電動汽車的最長電動行程只有40英里。第二代的電池升級后，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作為全電動的汽車擁有更大的電池規(guī)模和電動行駛路程，其車主們一年四季都可以電動駕駛，平均行程少于1萬英里。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車主無法實現(xiàn)的。但是，Leaf車主很可能在長途旅程時使用其它的汽車，也就是說內(nèi)燃機(jī)車。還有典型的特斯拉電動汽車，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，雖說電池規(guī)模增加了五倍卻只使電動行駛距離增加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汽車的普遍現(xiàn)象。所以，從資源有效利用的角度來看，混合動力車應(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%的電動行程。以上述平均里程計算，是每年12000英里和五倍10000英里=50000英里電動行程的比較。如果說支持電動交通工具的目標(biāo)是最大限度的實現(xiàn)由電動代替行駛距離，那么PHEV與BEV相比是更好的選擇。為了使PHEV更有競爭力，能真正替代內(nèi)燃機(jī)汽車，通過電池實現(xiàn)80%的駕駛時間，剩下的20%時間有內(nèi)燃機(jī)增程發(fā)電來完成，這樣的優(yōu)化模式能最大幅度的降低價格。新的日產(chǎn)Note E-Power serial hybrid(串聯(lián)式混合動力)可在此作為將來低成本混合動力汽車的案例。此混合動力汽車的16000美金起價使它完全可以和內(nèi)燃機(jī)競爭。目前，日產(chǎn)Note擁有一個微不足道的純電動范圍，并無法充電。但是通過添加一個10 kWh的電池組可供應(yīng)大約50公里的電力范圍，加板載充電器的價格大約在3000美金。這說明，在不久的將來，PHEV的價格將低于2萬美金，總行程的80%可以電動駕駛，同時它能夠不需妥協(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

從個別的汽車技術(shù)角度來看，全功能BEV向內(nèi)燃機(jī)車看齊將成為現(xiàn)實，因為充電時間和各種距離將不再是問題。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)不會成為廣泛解決方案。

另一種未來的方案將是一個新的交通工具概念，在此電動汽車完全用于都市內(nèi)的短程距離。公共交通工具則在長途行程時替代私人汽車。盡管如此，此方案需要改變?nèi)藗儗τ谒饺私煌üぞ叩钠毡閼B(tài)度，而這不是一夜之間能改變的。但是對于思想開放的大都市人群來說，這種 可能性是非常現(xiàn)實的，但是前提是每個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)。

相對于內(nèi)燃機(jī)車更具經(jīng)濟(jì)效益的下一代產(chǎn)品將會是插電式混合動力汽車(PHEV)。日常的電動駕駛之余，它同時結(jié)合了化學(xué)源載體的優(yōu)勢，和電動電池相比它能低成本地儲蓄更高的能源，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駕駛的里程，應(yīng)把重點放在具有經(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力電池的純電動汽車，并且這種純電動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BEV的車主，經(jīng)常需要一輛傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車作為長途旅行的備用解決方案。

那么未來20-30年的汽車行業(yè)前景如何呢?BEV將會是非常重要的，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將實現(xiàn)長途電動行駛路程，但是，此級別的汽車只可能占很小的一部分，而不會成為標(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。總體來說，這意味著內(nèi)燃機(jī)的存活期將比許多電動車愛好者所預(yù)計的時間要長。關(guān)鍵是，內(nèi)燃機(jī)應(yīng)被視為電動力的推動者，而不是阻撓。