技术路线图-电动汽车和插电式混合电动汽车

2050

2045

20352040

技术路线图

电动汽车和插电式混合电动汽车

国际能源署

国际能源署（IEA）是一个自治机构，创立于1974年11月，其使命有两重：通过对石油供应的实际中断做出集体响应来促进其成员国的能源安全；提供权威的研究和分析方法，以确保其28个成员国和其他国家有可靠，经济和清洁的能源。

国际能源署在其成员国之间开展全面的能源合作计划，每个经济体都有义务持有相当于其90天净进口的石油库存。国际能源署的目标包括：

? 确保成员国获得可靠、充足的各种形式能源供应；特别是，在石油供应中断时要通过维持

有效的应急响应能力来实现。

? 促进在全球范围内推动经济增长和环境保护的可持续能源政策，尤其是要减少导致气

候变化的温室气体的排放。

? 通过采集和分析能源数据改善国际市场的透明度。

? 支持全球能源技术协作，保障未来能源供应并减轻其环境影响，包括通过

改善能源效率以及开发和推广低碳技术。

? 通过和非成员国、产业界、国际组织及其他利益相关者进

行接触和对话找到全球能源挑战的解决方案。

国际能源署的成员国包括:

澳大利亚 奥地利 比利时 加拿大捷克丹麦芬兰法国德国希腊匈牙利爱尔兰 意大利日本韩国卢森堡荷兰新西兰 挪威波兰葡萄牙斯洛伐克西班牙瑞典瑞士土耳其

英国

? OECD/IEA, 2011

International Energy Agency

9 rue de la Fédération

75739 Paris Cedex 15, France https://www.360docs.net/doc/8415135751.html,

前言

目前的能源供应和使用趋势在经济、环境和社会方面显然无法持续发展。如果不采取果断行动，

能源相关的CO2排放到2050年将增加一倍以上，而且，石油需求增加将加强对供应安全的关注。我们

能够而且必须改变我们目前的发展道路，但这需要一次能源革命，低碳能源技术将发挥关键作用。如

果我们要达到我们的温室气体排放目标，能源效率、各种可再生能源、二氧化碳捕集和封存（CCS）、核电和新的运输技术都需要得到广泛推广，各主要国家和经济部门必须参与。如果我们要确保现在做

出的投资决定从长期来看不会使我们受制于次优技术，那么任务也是非常紧迫的。

人们越来越多的认识到，迫切需要把政治声明和分析工作变成具体行动。为激发这一运动，在八

国集团的要求下，国际能源署正在为一些最重要的技术制定一系列路线图。这些路线图提供了坚实的

分析基础，使国际社会能够在具体技术上向前推进。每个路线图都为一种特定的技术制定了从今天开

始到2050年的增长道路，并确定了实现该技术全部潜力所需达成的技术、融资、政策和公众参与里程碑。路线图还特别关注技术的发展和向新兴经济体的传播。国际合作对于实现这些目标至关重要。

《电动汽车和插电式混合电动汽车技术路线图》首次介绍了这些类型车辆及其市场渗透演变的详

细情景，年产量从数千辆到2050年的上亿辆。路线图发现，未来十年是电动汽车和插电式混合电动汽

车“生死攸关”的时期：政府、汽车工业、电力公司和其他利益相关者必须共同努力，以协调统一的

方式推广车辆和基础设施，并确保迅速增长的消费者市场做好购买的准备。路线图结束时提出了利益

相关者实现路线图愿景将需要采取的一套近期行动。国际能源署希望本路线图能够增加对电动汽车作

为一种技术解决方案之重要性的国际讨论的关注和迫切性。

田中伸男（Nobuo Tanaka）

国际能源署总干事

免责声明：

本报告原文为英语，最初写于2009年。此后，对一些数字进行了更新，并在中文译文中

反映了这些变化。因此，此中文翻译和英语原文之间会有一些差异。

1

目录

路线图主要结论 (5)

引言 (7)

路线图范围 (7)

路线图愿景 (7)

路线图宗旨和内容 (7)

当今电动汽车和插电式混合电动汽车发展状况 (9)

概述 (9)

电动汽车技术 (9)

插电式混合电动汽车技术 (10)

电池：电动汽车和插电式混合电动汽车关键技术 (12)

电动汽车和插电式混合电动汽车推广：市场影响预测和CO2减排潜力 (15)

蓝图情景目标和假设纵览 (15)

车型类型和车型销售市场增长预测 (17)

对燃料使用和CO2排放的影响 (23)

汽车和电池制造企业的伙伴关系和生产目标 (23)

技术发展：战略目标、行动和里程碑 (26)

1、设定电力驱动汽车销售目标 (26)

2、制定协调统一的战略，支持市场引入电动汽车 (26)

3、改进行业对消费者需求和行为的理解 (27)

4、制定性能指标对车辆进行特征定性 (28)

5、培养能量存储研发与示范倡议，以削减成本和解决资源相关的问题 (30)

6、开发和落实充电基础设施 (32)

附加建议：行动和里程碑 (34)

使用提供清晰框架和平衡利益相关者利益的全面政策组合 (34)

从事国际合作的努力 (36)

鼓励政府在国家层面解决政策和行业需求 (37)

结论：利益相关者应采取的近期行动 (38)

附录一：参考资料 (43)

附录二：缩略语和首字母缩写词 (46)

2

致谢

本出版物由国际能源署可持续能源政策和技术理事会制作。能源技术政策处处长Peter Taylor以及能源技术路线图项目协调员Tom Kerr提供了重要的指导意见和建议。

Lew Fulton是《电动汽车和插电式混合电动汽车路线图》制定工作的协调员和本报告的主要作者。Jake Ward提供了写作和编辑帮助。其他做出贡献的人员包括Pierpaolo Cazzola、Fran?ois Cuenot和John Staub。本研究中使用的国际能源署移动模型及其数据库是由Pierpaolo Cazzola、Fran?ois Cuenot和Lew Fulton开发的。Annette Hardcastle 和Sandra Martin帮助准备了手稿。咨询公司Energetics,Inc.提供了技术编辑；Eddy Hill设计工作室和Services Concept提供了排版和图形设计支持。

这项工作得到了国际能源署能源研究和技术委员会的指导。委员会成员提供了重要的意见和建议，帮助对该文件进行了完善。国际能源署谨此对国际能源署于2009年1月主办的电动汽车和插电式混合电动汽车研讨会的参与者表示感谢，其中许多参与者也对最终的报告提供了评审意见。然而，最后的文件是国际能源署对此次研讨会的解读，还添加了一些信息以提供更完整的信息，并不一定完全代表研讨会与会者的意见。

电动汽车和插电式混合电动汽车研讨会参与者

Marcus Alexander，电力科学研究院车辆系统分析经理

Takafumi Anegawa，Tepco研发中心

Ragnhild Gundersen Bakken，挪威石油公司市场营销和制造部门项目负责人

Pamela Bates，美国国务院高级能源顾问

Carol Burelle，加拿大自然资源部能源研究和开发司清洁交通系统处助理项目主任

Jean-Pierre Cheynet，BNA主管、ISO/TC 22主席

Philippe Crist，国际交通论坛

Stephen Crolius，克林顿基金会

Julien Delaitre，EDF电动交通处

Jean-Michel Durand，EUROBAT & Saft/JC-S 战略和发展经理

3

Keith Hardy，阿贡国家实验室高级技术顾问、FreedomCAR和燃料伙伴关系代理主任Robin Haycock，商业、企业与管理改革部汽车司创新和技术助理司长

Markus Henke，大众汽车动力总成和传动研发部门

Gunter Hoermandinger，清洁空气及运输C.3部门环保总局政策主任

Michael Hurwitz，英国交通部环境政策和配送司长

Hisashi Ishitani，庆应义塾大学媒体和治理研究生院教授

Rob Jong，联合国环境署交通部门负责人

Gerald Killmann，丰田汽车欧洲动力总成研发总监

Haruhiko Kondo，尼桑国际公司企划总经理

Jean-Louis Legrand，法国混合动力和电动汽车项目

Phillippe Schulz，雷诺公司能源与环境高级经理

Hilde Str?m，挪威石油公司氢能业务发展经理

Robert Stüssi，EVS24主席、AVERE总裁

Tom Turrentine，美国加州大学运输研究所PHEU研究中心主任

Martijn van Walwijk，国际能源署混合动力汽车和电动汽车实施协议秘书

Peter Wright，国际汽联研究所汽车运动安全技术顾问

如需了解该文件的更多信息，请联系：

交通分析师

国际能源署可持续能源政策和技术理事会

9， Rue de la Fédération

75739 Paris Cedex 15

France

电邮：transportinfo@https://www.360docs.net/doc/8415135751.html,

4

路线图主要结论

依靠低温室气体排放发电的电动汽车和插电式混合电动汽车的规模推广在大幅降低石油和其他高

二氧化碳排放运输燃料的消耗方面有很大潜力。《电动汽车和插电式混合电动汽车路线图》的愿景是：到2050年实现电动汽车和插电式混合电动汽车的广泛采用和使用，两者总共占到全世界轻型汽车年销

量的50%多。除了建立愿景，本路线图还设定了实现愿景的战略目标，并明确了实现这些目标所需采取

的步骤。本路线图还概述了不同利益相关者的角色和合作机会，显示了政府政策如何能够支持愿景的

总体实现。

到2050年实现在全世界广泛采用和使用电动汽车和插电式混合电动汽车的战略目标，涵盖一直到2030年都要在全世界开发电动汽车和插电式混合电动汽车市场，并涉及到与稳定温室气体浓度的全球

目标一致的目标。这些针对具体技术的目标包括：

?设定电力驱动汽车销售目标。为实现路线图的愿景，行业和政府必须共同努力实现电动汽车和插电式混合电动汽车销售的综合份额到2050年时至少占全世界轻型汽车销售的50%。到2020年，全球每年至少应销售500万辆电动汽车和插电式混合电动汽车。实现这些里程碑将要求国家政府通过与“早期采用者”的大都会地区合作、针对车队市场和通过政府——行业伙伴关系支持教育项目和示范项目领导战略规划工作。此外，电动汽车和插电式混合电动汽车销售和开发配套基础设施应首先在具有可用的低温室气体排放发电的地区的精选城区开展。

?制定协调一致的战略，以支持电动汽车的市场引入。没有强大的政策支持，在接下来的五到十年电动汽车就不太可能取得成功，特别是在两个领域：使汽车成本可与内燃机竞争，确保充足的充电基础设施到位。政府需要协调电动汽车和插电式混合电动汽车销售的扩张，帮助提供充电基础设施，并和电力公司一道确保充足的电力供应。

?改进行业对消费者需求和行为的了解。更广泛的使用电动汽车和插电式混合电动汽车将要求改善对消费者需求和意愿的了解，以及对消费者愿意改变车辆购买和出行行为的了解。目前，并不熟知多数国家轿车购买者的状况；行业需要更好了解“早期采用者”和主流消费者，以确定不同特点(比如可行驶里程)和不同价格水平的车辆的销售潜力。这一信息还将为制定适当的政策、克服市场障碍和增加电动汽车需求提供信息。汽车制造企业定期搜集此类信息并愿意分享可以为政策制定者提供帮助。

?开发车辆特征描述性能指标。行业应制定统一的性能指标确保电动汽车和插电式混合电动汽车实现其潜力。这些包括与车辆性能(例如，可行驶里程)和技术特点(例如，电池要求)相关的指标。

电动汽车和插电式混合电动汽车在一些重要的方面是不同的；为此，必须根据每种技术分别定制性能指标。此外，政府应设定适当的能源使用指标、排放和安全标准，解决与电动汽车、插电式混合电动汽车和充电基础设施相关的具体问题。

?培育储能研发与示范倡议，以降低成本和解决资源相关的问题。降低电池成本的研发与示范对于电动汽车的市场进入和接受来说是至关重要的。为了实现与内燃机一样的盈亏平衡成本，必须把电池成本从当前的高容量储能时的500美元到800美元每千瓦时的估算范围到2020年时降低到300美元到400美元每千瓦时，或者更早实现。改善电池耐久性和接近车辆寿命的研发与示范也是必要的。

就中期而言，针对先进能量存储概念的强大研发与示范项目应该继续，以帮助把下一代能量存储技术引入市场，超越如今的各种锂离子概念。此外，行业需要把研发与示范工作集中在解决资源要求问题和建立安全的供应链。特别是，锂和稀土金属供应和成本是令人关注的领域，应在近期到中期进行监测，以避免供应瓶颈。政府应帮助抵消电池制造工厂启动努力的初期成本，帮助建立和发展这一供应链的重要环节。

?开发和落实充电基础设施。必须有可靠的电力供应用于电动汽车和插电式混合电动汽车充电，充电站必须方便进入。因此，了解一定数量的电动汽车和插电式混合电动汽车对每日电力需求、发

5

电和容量可能产生的影响，为电力公司提供充分的规划依据，就十分关键。尽管标准化车辆到电网界面是必要的，避免过度监管、允许创新也很重要。政策应培育低成本基础设施以便利插电式混合电动汽车和电动汽车的引入。其他需要探讨的有价值领域包括创新电力充电系统(例如，电池置换中心)、从电池向电网供电、智能计量、对司机和电力公司的影响。要使这些工作最有效，应明确电力公司和政府(包括政策制定机构和监管机构)在开发充电基础设施中的作用。

路线图概述了成功实现技术里程碑和战略目标所必须考虑的额外建议。这些建议如下：

?使用能够提供清晰框架和平衡利益相关者利益的全面政策组合。为了给利益相关者一个明确的观点，至少到2015年政府应建立明确的政策框架。政策要尽可能不偏向特定技术，但要促进好的性能。政策目标应植根于社会目标(例如，能源安全、，低CO2排放)。

?参与国际合作努力。行业和政府能够在国际层面共同努力，帮助降低成本，加速电动汽车和插电式混合电动汽车技术的传播。信息分享和合作的关键领域包括：研究计划；规范和标准；车辆测试设施；设定车辆销售目标；适当协同基础设施、充电和车辆系统；政策制定和落实不同方案的经验。追踪进步(例如，地区电动汽车和插电式混合电动汽车生产，基础设施投资，等等。)和使所有地区的所有利益相关者了解最新情况将是重要的。

?解决国家层面的政策和行业需求。成功落实本路线图要求世界各地的政府颁布政策，支持必要的技术开发和传播，可能通过本路线图中给政府提出的政策建议来实现。和本路线图一样，制定国家路线图能够设定国家目标和帮助利益相关者更好设定自己的适当目标，指导市场引入，了解消费者行为，推进车辆系统，开发能源，扩大基础设施，精心制定配套政策，并在可能的地方进行合作。通过制定共同的目标、目的和计划，国家和国际社会能够朝着建设电动交通未来的方向努力。

国际能源署将与政府和利益相关者组织持续合作，以协调本路线图中识别的活动，监督和报告所识别的目标和里程碑的工作进度。

6

引言

路线图范围

电动汽车和插电式混合电动汽车路线图是与政府、行业和非政府组织合作制定的。该方案在开始

回顾和评价了成员国政府和行业团体在电动汽车和插电式混合电动汽车技术开发和推广方面的现有国

内和国际合作努力。这些努力包括与将此技术从实验室推向广泛商业用途相联系的所有技术活动和政

策相关活动。

本路线图涵盖两种主要类型的轻型汽车电气化：纯电池电动汽车(英语缩写EV)和插电式混合电动

汽车(英语缩写PHEV)。非插电式混合动力汽车和当前内燃机车辆内的其他效率改进将会在一个单独的

路线图里进行讨论。

在近期，电动车将最有可能成为个人用车——轿车、轻卡、电动摩托和电动自行车。公共汽车也

可能成为比较早期的采用者，特别是在延长电动里程混合动力车和电车(即，电车可以脱离头顶的电线

系统，部分路程可以靠电池自主运行)等应用方面。然而，对于较重的运载工具，比如长途卡车、飞机

和轮船，电池的能量密度和里程局限有可能会阻碍市场高渗透率，直到可以在轻型、能量密度高的电

池(或其他能量存储)技术方面取得进一步的进展。正因为如此，本路线图主要关注乘用车以及利益相

关者可以采取哪些措施加速其电气化。

路线图愿景

本路线图的愿景是实现《能源技术展望》蓝图情景中概述的未来目标，其中电动汽车和插电式混

合电动汽车占轻型汽车到2050年CO2减排的大约30%(见下面的框)。一般地说，愿景是到2050年在全

世界实现电动汽车和插电式混合电动汽车的广泛采用和使用，如果可能，要大大提前，为了大幅减少

温室气体排放和石油使用。这些削减必须以经济可持续的方式实现，在这里电动汽车和插电式混合电

动汽车和它们相关的基础设施可以实现商业成功和满足消费者需求。

路线图宗旨和内容

纯电池电动汽车和插电式混合电动汽车的渗透率将受到一系列因素的影响：供应商技术和车辆供货、车辆特点、充电基础设施，还有这些的基础——消费者需求。政府政策会影响所有这些因素。本

路线图的主要作用是帮助为电动汽车和插电式混合电动汽车行业建立一个“宏图”愿景；设定近似的、可行的目标和里程碑；明确实现它们的步骤。本路线图还概述了不同利益相关者的作用，并描述了他

们如何共同努力以达到共同目标。

电动汽车/混合动力电动汽车路线图愿景

为了显著减少温室气体排放和石油使

用，到2050年要实现电动汽车和混合动力

电动汽车在全世界的采用和使用，如果可

能，在此很久之前就要实现。

7

《能源技术展望2008》蓝图情景

本路线图概述了一套定量措施和定性行动，界定了到2050年的电动汽车和插电式混合电动汽车全球推广路径。本路线图以国际能源署《能源技术展望》蓝图情景开始，该情景描述了到2050年如何进行能源技术转型，从而实现把CO2年排放量在2005年基础上削减一半的全球目标。

该模型是一种自下而上的MARKAL模型，考虑到自然资源供给有限，该模型利用成本优化来发现能源技术及燃料的最小成本组合，以满足能源需求。《能源技术展望》模型涉及全球十五个地区，可以分析贯穿于能源系统中的燃料及技术选择。该模型详细分析了众多技术方案，包含约1000项独立技术。而且，该模型已发展数年，已应用于全球能源部门的许多分析中。此外，《能源技术展望》模型还得到了详细需求侧模型的补充，适用于工业、建筑、交通行业的所有主要终端用途。

重要的是要清楚，蓝图情景中的一些变化率（例如，车辆技术销售每年的变化）在历史上是前所未有的。要实现此情景，将需要世界各地的政府采取强有力的政策。该情景还假设，如果不能取得很大的技术进步（例如，电池成本削减），将使实现目标更加困难。另一方面，一些未可预见的进展可能会有助于实现该情景或者其中的特定方面。

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当今电动汽车和插电式混合电动汽车发展状况 概述

电池为动力的电动汽车使用电动机进行推进，用电池进行电力存储。电池中的能量提供车上所有动力和辅助电源。电池从电网电力和制动能回收中进行充电，也可能来自非电网来源，比如充电中心的光伏板。

电动汽车为汽车温室气体和空气污染物零排放提供了前景，噪音也非常低。电动汽车和传统内燃机车辆相比的一个重要好处是，电动机效率非常高、成本相当低。主要的不足是对电池的依赖，和液体燃料相比，电池目前的能量和功率密度非常低。尽管如今生产的用于道路的电动汽车还很少（可能每年全世界只有几千辆），但许多制造企业已经公布了在未来二到三年开始正式生产的计划。

混合电动汽车既使用发动机，也使用马达，具有充分的电池容量(一般1千瓦时到2千瓦时)以存储发动机或制动能回收产生的电力。需要时电池会驱动马达，为发动机提供辅助动力或者甚至允许发动机关掉，比如在低速时。混合动力电动汽车在过去十年已经有销售，其市场渗透率在发达国家比如美国正接近3%。在过去十年，全世界销售的混合动力汽车超过150万辆。

如今的混合动力汽车还没有哪种具有充分的能量存储以保证来自电网电力的充电，动力总成架构也不允许车辆通过电动驾驶实现全部性能里程。然而，新一代插电式混合电动汽车的设计让两者皆可实现，主要是通过向混合系统大幅增加储能能力。新型插电式混合电动汽车结合了混合动力的车辆效率优势和依靠电网电力业余出行的机会，而不只是通过汽车的内部充电系统。

插电式混合电动汽车是减少轻型汽车化石燃料消耗和CO2排放潜在的重要技术，因为它们可以在每次充电后依靠电力行驶一定距离，根据电池能量存储容量的不同，预计一般在20公里和80公里。插电式混合电动汽车术语通常反映了这一点，例如，“PHEV20”在完全充满电之后可以行驶20公里，“PHEV80”在完全充满电后可行驶80公里。插电式混合电动汽车提供了更多依靠电力部门提供能源而同时保留今天的内燃机车辆行驶范围的机会。在世界范围内，有可能可以通过插电式混合电动汽车全电式里程满足大部分日常驾驶的需要。例如，在英国，估计97％的行程将低于80公里。在欧洲，50％的行程不到10公里，80％的行程小于25公里。在美国，约有60％车辆每天行驶距离不到50公里，约85％的汽车每天行驶不到100公里。1

尽管世界各地已发起了少数插电式混合电动汽车示范项目，但目前还没有一家制造商以商业规模生产插电式混合电动汽车，因此，插电式混合电动汽车目前的市场渗透率接近零。但是一些制造商已经宣布计划在未来数年启动插电式混合电动汽车的生产，还有一些车型已经作为示范车在非常小批量的生产。

电动汽车技术

电池为动力的电动汽车可以除去整个内燃机系统、动力总成系统和燃料箱，与插电式混合电动汽车相比，每辆车节省可高达4000美元；2然而，为了具有最低可接受行驶里程和高峰功率，电动汽车要求的电池容量要比插电式混合电动汽车高很多。电动汽车提供了大量的能源效率优势，高达传统内燃机车辆发动机和动力总成效率的三倍，超过混合电动汽车的两倍。在典型的零售电力价格，电动汽车每公里燃料成本能够远低于内燃机车辆。

1

估算来自国际能源署电动汽车和插电式混合电动汽车路线图研讨会上所做的评论。

2

本部分电动汽车、插电式混合电动汽车和电池的成本估算是根据国际能源署的分析(2009)。

9

电池成本

能量存储要求给电动汽车的成功造成了重大障碍。例如，如果司机需要跑500公里的里程(大约是如今车辆的最低里程)，即便是能够反复深度充电的非常有效的车辆和电池系统，电池容量也将需要至少75千瓦时。在预期的近期，高容量电池价格大约为500美元/千瓦时，每辆车仅电池的成本就在35000美元到40000美元。因此，为使电动汽车在近期能够买得起，多数最近公布的车型可行驶里程

较短(50公里到200公里)，需要的电池容量大大降低。

本路线图假设30千瓦时电池的电动汽车的平均行驶里程为150公里，这反映了其平均效率为

0.15千瓦时/公里到0.2千瓦时/公里，一些还有额外的备用电池容量。这辆车的电池成本就是15000

美元，燃料成本为2000到4000美元(要看发动机大小和传动系统类型)，这可以部分抵消电池成本。

然而，如果在车辆的寿命期内需要替换电池，寿命期电池成本将会高很多。

充电基础设施

世界各地的许多家庭已经有配备电力插头的停车位置。对于许多其他家庭，这种接入将需要新的

投资和电气系统的改造。如果充电部件比如转换器位于车辆上，许多车辆应能够使用标准的插座和家

用电子系统，至少用于慢速充电（比如隔夜充电）。

对于日间充电，将需要公共充电基础设施(例如在办公地点、购物中心和路边停车场)。目前，虽

然少数城市已经安装了大量基础设施作为试点项目和其他项目的一部分，但电动汽车公共充电基础设

施在大多数城市是非常有限或不存在的。为了实现和鼓励消费者广泛采用和使用电动汽车，有必要建

立具有足够公共充电站点的系统，让司机在日间可以定时充电。此类基础设施将会有效增加电动汽车

每天的可行驶里程(和插电式混合电动汽车靠电力可行使的里程)。

公共充电基础设施可以包括快速充电机会，可通过快速充电系统（兼容电池），或通过可以用充

好电的电池组快速更换放电后的电池组的电池交换站来实现。尽管电池交换系统会要求确保所有电池

之间具有完全兼容性和类似性能，但也有潜力通过创新商业模式帮助降低电动汽车消费者的电池拥有

成本，在这种模式下，电池交换收费会逐渐涵盖电力和电池“资本”成本。即使对于家用充电导向系统，电池成本也可以捆绑到日常的充电成本，让消费者随时间支付电池费用。把电池成本与车辆购买

成本脱钩可以使电动汽车以更具竞争力的价格出售，但这样做可能与基础设施开发和采用的相关商业

模式密切相连。3

插电式混合电动汽车技术

插电式混合电动汽车保留了完整的内燃机系统，但与混合电动汽车相比，增加了电池容量以便延

长电动机的运行。插电式混合电动汽车具有对充电基础设施依赖较少的优势，而且还可能比电动汽车

更便宜(要看电池成本和里程)，因此，在前几年销量目标可能会较高。尽管插电式混合电动汽车需要

的电池容量比纯电动汽车少很多，但它们需要的电池容量可能是如今的混合电动汽车的至少五倍。插

电式混合电动汽车还需要能够重复深度放电，不同于如今的混合电动汽车，一般是在近恒定的“充电

状态”模式运行，要防止经历深度放电充电周期。而且，由于电池容量水平依然远远低于纯电动汽车，需要更多功率导向的电池配置，以便发动机处于空闲状态或在加速爆发时产生运行车辆所要求的功率

水平。此外，功率导向电池每千瓦时容量要比能量导向电池贵很多。根据国际能源署出版物《走向可

持续发展的交通、能源和二氧化碳》(2009)，尽管插电式混合电动汽车的总体电池成本可能比电动汽

车低，但插电式混合电动汽车每千瓦时的电池成本比电动汽车高1.3到1.5倍，因为插电式混合电动

汽车的总电池容量要低很多。

3

见T. Becker的伯克利CET研究(2009年7月)。

10

假设近期锂离子电池大量生产的费用估算为将近750美元/千瓦时容量，中等里程的插电式混合电动汽车(例如，8千瓦时能量存储容量时可行驶里程为40公里)将需要大概6000美元的电池成本。插

电式混合电动汽车可能需要一个较大的马达，这会增加其成本。在没有贴现的情况下，一辆在生命期

内驾驶20万公里的汽车可能会节约4000美元的燃料成本；这一节约还不足以抵消如此高的电池成本。然而，如果插电式混合电动汽车电池成本在未来能够降低到大约500美元/千瓦时，则每辆中等里程的汽车所产生的电池成本(一个8千瓦时系统为大约4000美元)将会具有竞争力。成本竞争力还要看未来电力和石油价格和消费者为插电式混合电动汽车比类似内燃机车辆支付更多总体费用(或者有可能更少)的意愿。

表1：插电式混合电动汽车和电动汽车之间的主要差异

插电式混合电动汽车 电动汽车

基础设施：

?家庭充电将是多数消费者的前提；公共充电基础设施相比来说可能不重要，至少确保充足的可行驶里程，但一些消费者可能非常重视日间充电机会。 基础设施：

?更多需要公共基础设施以增加每日可行驶里程；快速充电以获得更长的旅程和短暂

停留；此类基础设施在早年可能会布局稀

疏，需要仔细协调。

规模经济：

?实现规模经济所需要的规模生产水平可能会低于电动汽车所需要的水平，例如，如果同一车型已经作为非插电式混合电动汽车的混合动力车大规模销售；然而，将需要高容量电池生产(跨越各种车型)。 规模经济：

?规模生产要达到每款车型每年5万到10万辆车，以实现合理的规模经济；对电池而言

可能还要高一点(尽管类似电池可能为一个以上车型服务)。

车辆可行驶里程：

?插电式混合电动汽车最佳电池容量(以及依靠电网供电的行驶里程)可能因市场和消费者群体不同而异。为额外电池和额外里程

买单的意愿将会成为一个关键的决定性因

素。 车辆可行驶里程：

?最低必要里程可能因地区而异——考虑到平均每日驾驶水平较低，欧洲和日本可能

远低于北美。100公里(62英里)到150公里

(93英里)可能是近期的典型目标里程。

消费者采用：

?因为是双燃料汽车，许多消费者可能愿意支付一定程度的价格溢价。这需要进一步

研究。

?对插电式混合电动汽车感兴趣的人可能更多关注液体燃料效率(每加仑行驶的英里

数)好处而非总体(液体燃料加电力)能源效率。指标应鼓励对两者都进行观察。

?应设定电动里程允许和个人每日出行匹配的最佳价格或允许个人设定自己的里程(例如，提把供可变电池容量作为一种购买选

项)。

消费者采用：

?早期的采用者可能是那些具有特定需求的人，比如主要是市区行驶，或者有一辆以

上的车，让电动车服务特定（较短）旅

行。需要更多的研究，以更好地理解驾驶

行为和可能的电动汽车购买模式和使用模

式。

?有了电池制造企业和电力公司的参与，消费者购买电动汽车可能会比传统车辆有更

广泛的融资方案（例如，电池成本可捆绑

到每月的电费）。

?电动汽车在不同的情况下(例如，天气)和位置(例如，科罗拉多州与加利福尼亚州)

将会有不同的表现；因此，电力和运行成

本可能差异很大。

11

插电式混合电动汽车 电动汽车

燃料标准：

?SAE J1711(测量混合动力电动汽车和传统重型汽车燃料经济和排放推荐做法)和UN-

ECER101(二氧化碳排放和燃料消耗)是测量插电式混合电动汽车燃料经济性的可能候

选标准。燃料标准：

?SAE J1634(动汽车能源消耗和里程试验规程)目前正在审议中，UN-ECE R101(二氧化碳排放和燃料消耗)是电动汽车测试规程的可能候选标准。

电池：电动汽车和插电式混合电动汽车关键技术

主要技术挑战

尽管很少有严重的技术障碍阻碍电动汽车和插电式混合电动汽车市场引入，但电池技术是这些车

辆不可或缺的一部分，仍然需要明显改善。为了改善总体车辆成本和性能，现有和近期(即，锂离子电池)电池技术都依然有众多问题需要解决。这些问题包括：

?电池存储容量——需要对电动汽车电池进行设计以优化它们的能量存储容量，而插电式混合电动汽车的电池一般需要较高的功率密度。这些差异可能导致要为电动汽车和插电式混合电动汽车开发和使用不同的电池技术。然而，规模经济可能会有利于开发一种单一的电池类型，而最终会在其他参数上有一些妥协，(例如，插电式混合电动汽车高峰功率较低，差距由增加内燃机的补充使用来填补)。

?电池工作（放电）循环——插电式混合电动汽车和电动汽车的电池具有不同的工作循环。除了发动机在混合模式下(类似于传统内燃机——混合电动汽车)会有经常的浅循环用于功率辅助和再生制动之外，插电式混合电动汽车电池要受深度放电循环(在全电模式)制约。电动汽车电池更可能受重复的深度放电循环影响，而没有许多的中等或浅循环。在两种情况下，这些需求都与传统内燃机——混合电动汽车上使用的电池大不相同，后者会几乎会只经历浅放电/充电循环。当前的电池深度放电耐久性将需要大幅改进，以处理电动汽车和插电式混合电动汽车的需求。

?耐久性、预期寿命和其他问题——电池必须在很多其他方面也进行改善，包括耐久性、预期寿命、能量密度、功率密度、温度敏感度、时间的减少和成本削减。电池耐久性和预期寿命或许是近期商业应用最大的技术障碍。

由于上述问题互相关联，核心挑战是创造在上述各方面性能都更卓越的电池，而不会完全的以此

换彼。例如，电池耐久性必须包括多种运行工况下的可靠性以及具有一致的长久电池寿命，这可能会

受到深度放电循环数量的不利影响。此外，所有这些剩余技术问题必须以最终能够降低电池成本或至

少不增加成本的方式解决。

电池技术比较

图1对一系列电池技术的比功率和比能进行了一般比较。虽然比能和比功率成反比关系（即，比能增加会造成比功率降低），当能量密度和功率密度进行了优化后，锂离子电池有明显超过其他电化学

方法的优势。

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图1：不同电池类型的比能和比功率

资料来源：Johnson Control – SAFT ，2005和2007。

在锂离子电池家族，有一系列不同的电池类型和配置。这些电池的特点比如电池寿命、能量、功率和偏差容许等都存在差异。表2总结了五种电池的化学特性及各自的优劣。 表2：不同化学特性的锂离子电池特点

锂钴氧化物 (LiCoO 2) 镍钴铝 (NCA) 镍锰钴 (NMC) 锂聚合物 (LiMn 2O 4) 磷酸铁锂 (LiFePO 4) 能量

瓦时/千克或升 好 好 好 一般 差

功率 好 好

好 好 一般

(电压较低) 低温 好 好

好 好 一般

日历寿命

一般

非常好（如果在4.0伏充电） 好

高于30°C时差 周期寿命 一般 非常好（如果在4.0伏充电） 好 一般

一般

安全*

差 差 差 一般 好 成本/千瓦时 较高 高 高 高 高 成熟度

高 高

高 高 低

资料来源：Guibert ，Anne de (2009)，《全电动汽车用电池和超级电容电池》，Saft Groupe SA 。

要点: 在各种电池技术中,当能量密度和功率密度进行了优化后，锂离子电池明显比其他方法具有优势。

电池技术的未来

近期，现有锂电池套装和一些其他类型的电池将优化并在插电式混合电动汽车和电动汽车中使用。在较长期（即，2015年之后），需要开发具有大幅提高能量密度的新电池化学性能，以开发和使用具

有较长全电里程的插电式混合电动汽车和电动汽车。预计，通过纳入高容量正极材料、合金电极和在

五伏时稳定的电解质，新的化学性能能够超越现有化学性能。美国能源部目前正在支持几个新锂离子

电池化学性能的探索性研究，调查锂合金/高压正极、锂硫和锂金属/锂离子聚合物的项目。对于开发

先进电池的额外支持可能会提高改进速度和帮助加速推广。

最终，能量密度增加的新电池化学性能将促进电池设计的重要变化。增加能量密度意味着能量存

储系统将需要较少的活性物质，减少电池单元和模块硬件。这些改进，反过来，将使得电池和电动汽

车/插电式混合电动汽车更轻、更小、更便宜。

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电动汽车和插电式混合电动汽车推广：市场影响预测和CO2减排潜力

蓝图情景目标和假设纵览

《能源技术展望2008》蓝图情景设定了全球能源相关的CO2排放到2050年在2005年的基础上削减50%的总体目标。在蓝图情景中，交通运输行业通过到2050年把CO2排放水平削减到比2005年水平低30%来为总体减排做出贡献。这一削减的实现部分是通过到2050年时完成大约5000万辆轻型电动汽车的年销量和5000万辆插电式混合电动汽车的年销量，这占到当年所有轻型汽车销售的一半以上。4电动汽车和插电式混合电动汽车路线图愿景反映了蓝图情景设定的未来电动汽车和插电式混合电动汽车市场目标。

实现蓝图情景要求用于轻型汽车的电动汽车和插电式混合电动汽车技术随时间迅速发展，一旦推广开始，就要有非常大的市场渗透率(见图2)。插电式混合电动汽车和电动汽车有望在2010年之后不久开始渗透，到2020年每年销售达到250万辆，插电式混合电动汽车到2020年每年销售达到将近500万辆(见图3、图5和表3)。到2030年，电动汽车销售预计会达到900万辆，插电式混合电动汽车预计会达到几乎2500万辆。在2040年以后，随着电动汽车(和燃料电池汽车)实现更大的市场份额，插电式混合电动汽车的销售有望开始下滑。最终目标是到2050年两种类型的汽车都实现每年5000万辆的销售。

图2：蓝图情景中不同技术类型的年度轻型汽车销售

要点：本路线图看到，随着时间的推移，轻型汽车技术迅速发展。

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已经为《走向可持续发展的交通、能源和二氧化碳》开发了稍加修改的交通蓝图情景(国际能源署，2009)。该情景保留了电动汽车和插电式混合电动汽车在满足《能源技术展望2008》中描述的2050年目标方面的重要作用，但除了侧重轻型汽车，该情景还承认在公共汽车和中型卡车行业可能会有一些电气化。

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表3：蓝图情景中2010-2030全球电动汽车和插电式混合电动汽车销售情况(百万辆每年)

2012 2015 2020 2025 2030 2040 2050 插电式混合电动汽车 0.05 0.7 4.7 12 24.6 54.8

49.1 电动汽车

0.03

0.5

2.5

4.4

9.3

25.1

52.2

资料来源：国际能源署，2009。

图3：蓝图情景中全球年度电动汽车和插电式混合电动汽车销售

资料来源：国际能源署，2009。

重要的是要注意到，对于上图中近中期(2010到2020)数据，蓝图情景在2009年进行了修订，以考虑2008年开始的经济危机（降低了预计的轿车销售）和自《能源技术展望》出版以来公布的插电式混合电动汽车/电动汽车产品计划，后者建议了直到2020年电动汽车实现更高水平销售的可能性(国际能源署，2009)。这是一个雄心勃勃但似是而非的情景，假定了强大的政策和明确的政策框架，包括提供充足的基础设施和激励。

尽管可能以其他方式达到CO 2目标，如果不引入这一依赖低碳电力的电动汽车和插电式混合电动汽车发展水平，那么将需要其他低CO 2排放解决方案。以这种方式改变战略蓝图可能会导致同样甚至更加困难的挑战。

蓝图假设

在蓝图情景中，对电动汽车和插电式混合电动汽车销售和所带来的CO 2削减影响有两个尤为重要的假设：

? 车辆车型种类和销售增长率。假设未来十年会有稳定数量的新车型引进，每种车型的最终销售目

标是10万辆每年。然而，还预期将需要时间达到这一销售速度。在2010至2015年期间，假设随着制造企业获得经验和对新设计进行测试，新电动汽车和插电式混合电动汽车车型将会以低产量引

要点：电动汽车和插电式混合电动汽车销售到2015年必须达到相当水平，此后迅速崛起。

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入。早期采用消费者有望会在销售方面发挥关键作用，由于多数消费者会等待观望技术和市场如何发展，预计每款车型的销量会相当低。结果，假设从2015年至2020年，随着企业走向完全商业化，现有车型数量和每种车型的销售增加幅度都会相当大。

? 车辆效率——假设电动汽车的平均里程为150公里(90英里)，插电式混合电动汽车的全电里程从40

公里(25英里)开始，由于电池技术改进和成本降低，效率一般会随时间而上升。这两种类型的汽车都假定平均使用中的燃料效率为约0.2千瓦时/公里（0.3千瓦时/英里）。 尽管汽车有可能会更加有效，这将会增加给定电池容量的里程或降低电池容量要求，所选的效率假设反映了一个更有可能发生的成果。

这些预测中的其他重要假设涉及电池里程和成本。该情景假设了平均150公里里程的电动汽车和40公里里程的插电式混合电动汽车，简化了这些平均值周围的可能变化范围。

对于插电式混合电动汽车，随着充电时间下降、充电基础设施扩展、电池日间充电机会增加，假

定依靠电力行驶的公里数的百分比会随时间增加5

。假定在大量生产(10万台规模)时电动汽车电池成本初始为大约500美元到600美元/千瓦时，到2020年降到不足400美元/千瓦时。由于较高的功率要求，假定插电式混合电动汽车的电池成本较高。对于大量生产，假定插电式混合电动汽车电池的价格从750美元/千瓦时开始，到2020年降到低于450美元。这些成本削减依靠累积生产和学习，所以，如果生产水平在未来十年保持在低水平，就会降低获得目标成本削减和从而达到蓝图推广目标的可能性。

车型类型和车型销售市场增长预测

为了实现表3中的推广目标，需要多种电动汽车和插电式混合电动汽车车型不断增加产量。图4展示了所能提供的车型数量和每种车型年销售量增加的一种可能路径。该情景可实现到2015年时电动汽车和插电式混合电动汽车每种车型产量达到5万辆，到2020年时达到10万辆。在所考虑的较短时间框架内(大约十年)，产量增长速度将是极具挑战性的。

然而，图4中电动汽车和插电式混合电动汽车新车型的数量能够比较容易的匹配世界各地的制造企业在这一时间段内提供的新车型或替代车型的总数量(世界各地可能会有数百款新车型)和每种车型典型汽车生产水平。一个更大的问题是，消费者需求是否足够强劲，足以支持电动汽车和插电式混合电动汽车销售如此迅速的增长。

图4：直到2020年能提供的电动汽车和插电式混合电动汽车车型数量以及每种车型的销售量

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D. M. Lemoine ， D. M. Kammen 和A.

E. Farrell 撰写的一片论文深入探讨了加利福尼亚在这方面的情况，考察了可能推动插电式混合电动汽车使用朝着更多电动或更多液体燃料使用方向发展的一系列因素。该论文可参考： http ：//https://www.360docs.net/doc/8415135751.html,/EJ/abstract/1748-9326/3/1/014003

要点：每种车型销售必须迅速崛起，达到规模经济，但引进的车型数量也必须迅速增加。