电动汽车：不是如果，而是什么时候和多快
Battery EVs: Not If, But When and How Fast
电池电动汽车（BEV）已经开始在一个陡峭的部署增长曲线，这将极大地影响汽车和运输行业，但它将需要时间来发挥作用。一个多世纪以来，内燃机车（ICEV）一直主导着汽车行业，并将在未来十年或二十年内保持领先地位。在本专栏和下一篇专栏文章中，我将给你一些关于这场市场竞争的观点——首先是关于这两种技术及其所需基础设施如何叠加的大局，第2部分将分析为什么以及如何使BEV成为长期赢家。该数据仅集中于BEV，不包括基于燃料电池技术的插电式混合动力汽车（PHEV）或EV。
下表总结了ICEV和BEV的区别，它们的关键组件，优缺点，它们所需的基础设施和其他模块差异。
核心差异
很有意思的是，我们可以看到BEV和ICEV在两项核心技术——推进系统和车载燃料源方面的区别。bev有一个简单的推进系统，旋转的马达，但是一个非常复杂的燃料来源-数百到数千个小电池由大量的基于芯片的电子设备管理。ICEV则相反-相对简单的车载燃油储存在油箱中，燃油泵和蒸发排放系统控制来自油箱的气体蒸汽。发动机会产生复杂的上下旋转运动。汽车工业发展出的独创性和先进的技术使ICEV变得如此出色，这是惊人的。然而，ICEV是一种成熟的技术，更进一步的进展更难获得，开发和部署成本也更高。
与内燃机相比，BEV使用的电动机在简单性、生产成本、运动部件数量和总部件数方面具有主要优势。能源或电池技术一直是电动汽车的薄弱环节，其主要原因是电流成本过高。幸运的是，电池技术发展迅速，导致价格大幅下降。从2010年到2016年，一千瓦时（KWh）电池的成本从1000美元下降到275美元左右，或每年近20%。根据BloombergNEF的数据，到2019年，1千瓦时的成本下降到电池组的156美元。电池成本的下降仍在继续，但速度较慢。区别。
在新电池技术方面有大量投资，这些技术将在储能、成本、所用材料、安全性和充电速度等方面改善其特性。有三大客户群对电池容量的需求不断增长。个人电脑和智能手机等移动设备是推动当前电池技术需求的最初细分市场。BEV是第二个电池增长细分市场，现在是最大的消费细分市场。第三个增长点刚刚出现：太阳能电池板的储电量将随着时间的推移甚至超出供需周期——主要用于小容量存储，如消费型太阳能电池板。
人们普遍认为，这些在电池巨头工厂的投资和技术进步将使电动汽车在不久的将来与内燃机汽车在价格上具有竞争力，并最终低于内燃机汽车。
能量加油是每个汽车用户的一个重要因素，在加油网络和加油时间方面，icev比bev有优势。在家里充电是一个很好的功能，即使它需要很长的时间与220伏连接，甚至更长的115伏插座。广泛的公共电动汽车充电网络是未来电动汽车成功的必要条件。
在美国，汽油或柴油的燃料成本因国家和地区的不同而有很大的差异，而且每年都有很大的差异，因此未来的天然气价格也存在许多不确定性。美国和欧洲国家每加仑汽油的消费价格差别很大，在欧洲要贵4-6倍。
电价更为稳定，远低于每英里行驶的同等汽油价格——在汽油价格的50%至70%之间。然而，在美国，用于公路养护的税收是有限的，这种情况在未来有望改变。因此，随着各州开始按行驶里程征税，电动汽车的燃料成本优势预计将缩小——至少对电动汽车而言。
尽管汽车工业进行了大量投资，并在20年内成功地降低了排放量，但内燃机车产生的大量排放对社会的负面影响仍在继续扩大。要理解这个问题，你必须意识到，每一加仑汽油在汽车上使用，就会产生19.6磅的二氧化碳。柴油甚至更高，每加仑22.4磅二氧化碳。几乎所有的大城市都有或计划通过管制来减少冰上运载工具产生的二氧化碳。在COVID诱导的居家监管期间，二氧化碳的大量暂时性下降表明，冰毒是有害排放的主要来源。其结果是一个重大时刻，将加强监管，限制在一些城市使用内燃机车，并增加活动和奖励，以转向电动汽车的所有权。
优点和缺点
BEV的一个主要优点是在使用地点没有排放物。然而，在发电的地方也会产生排放，这与使用何种发电技术有很大的不同。
在ICEV和BEV的材料和系统供应链中存在复杂的排放问题，这些问题未在本专栏中涵盖。最好的例子是挪威，那里90%的电力来自水力发电。煤炭发电涉及大量的碳排放，这是不可取的。如果你的屋顶上有太阳能电池板，那么在车库里给你的电动汽车充电是一个环保的解决方案。
回收利用是环境问题的另一个重要因素。目前，由于电池回收工作有限，ICEV行业比BEV做得更好。电动汽车行业需要更好的计划和解决方案来解决电池回收问题。
在过去的几十年里，由于在产品设计、工厂、营销和销售渠道上的大量投资，成为一家汽车原始设备制造商（OEM）的创业者已经非常困难。但最困难的可能是从获得设计和生产可靠内燃机的专业知识。因此，最近很少有ICEV初创公司。中国是一个主要的例外，在中国，大多数新的原始设备制造商与来自欧洲、日本、韩国和美国的主要原始设备制造商签订了许可证或建立了合资企业。
电动汽车市场的出现为汽车初创企业打开了大门，因为汽车技术专业知识已经很成熟。结果是有很多的BEV初创公司。这有助于领先的ICEV原始设备制造商放慢进入BEV市场的步伐。现在这一动态已经改变，主要的ICEV原始设备制造商正以令人印象深刻的计划和大量投资进军BEV市场。这一趋势正在迅速关闭BEV初创公司的机会之窗。
这场讨论的结果是，ICEV的销量已经达到顶峰，而且随着BEV成为长期赢家，开始缓慢下滑。多种因素推动了这一趋势，但随着五年左右，BEV与ICEV的采购价格将达到平价，这将成为一个主要原因。
BEV和ICEV之间的战争并不是一场新的战争。一个多世纪前，在汽车工业的形成年代，BEV获得了一席之地。然而，由于其巨大而迅速的发展，ICEVs将bev抛在了尘土中。电池技术在过去的十年里有了很大的进步，主要是由于移动设备行业的需要而开始的。我们现在正在重演BEV和ICEV之间的较量，这一次BEV看起来像是长期的赢家——但并非没有一场旷日持久、伤痕累累的战斗。
电池电动汽车（BEV）和内燃机汽车（ICEV）背后的市场力量正在迅速变化。这是对BEV和ICEV市场之争的第二个部分的考察。这两种技术是如何组合起来的，它们的区别和独特的特性。提供分析和观点，从长远来看，为什么以及如何才能赢得胜利。
电动汽车有两种方法-BEV和PHEV。在BEV中，推进系统仅基于电池。插电式混合动力电动汽车（PHEV）同时使用电池和内燃机。本专栏关注的是bev，因为它是长期的赢家。中型和重型卡车也开始使用电池或燃料电池，但不包括在本分析中。
在五年左右的时间里，BEV将达到使其具有竞争力或优于内燃机车（ICEV）的主要标准：购买价格平价、大多数情况下的车型多样性以及比ICEV低得多的运营成本。一个大型的公共充电基础设施接近加油站的覆盖范围将需要更长的时间，但家庭充电将是一个巨大的好处，将足以满足大部分潜在买家。下表介绍了大多数潜在的BEV购买者可能有的关键话题和问题。
从2010年到2019年，电池成本大幅下降，降幅约87%，预计未来几十年电池价格还会进一步下降。BloombergNEF在2019年12月的一篇博客中说，电池组水平的1千瓦时（KWh）从2010年的1000美元下降到了156美元。
这一趋势表明，1千瓦时的电池成本将在2025年或更早的时候达到100美元。人们普遍认为，当电池成本达到每千瓦时100美元时，BEV的购买价格将相当于ICEV的购买价格。
许多BEV车型需要覆盖所有车辆段，以满足所有购买者的需求和使用情况。因此，BEV车型必须适用于大型和小型车辆、轿车、卡车、SUV和其他车辆领域。到目前为止，还没有几款BEV车型，但在过去的三年里，计划引进的车型数量大幅增加。在2025年左右，可能会有足够的车型种类来满足大多数买家的使用情况。大多数主要汽车制造商将在2025年或之后不久推出10到20款BEV车型。
降低运营成本
另一个主要的优势是低运营成本。较低的BEV运营成本是由于较低的维护成本和较低的燃料成本。BEV的运动部件和液体少得多，这意味着与ICEV相比，可节省大约50%的维护费用。在美国，电动汽车每英里行驶一英里的平均电力成本约为汽油成本的50%，每加仑2.50美元。在欧洲，汽油成本要高得多，电动汽车的燃料成本节约得更好。从长远来看，由于特斯拉和通用汽车都在谈论电池续航100万英里，因此在行驶里程方面，bev的续航时间也可能更长。
与ICEV的换料时间只有3-5分钟相比，BEV的充电时间较长是一个显著的缺点。通过更高功率和更快的充电系统，加上未来电池技术和更快的充电时间，BEV充电正在得到改善。这不足以匹配ICEV的加油时间。
家庭充电的选择是一个巨大的好处，但主要是为拥有车库的电动汽车车主。为了使电动汽车取得成功，每个国家都需要一个大型的电动汽车充电网络。充电站的位置策略对于减少电动汽车长时间充电的影响非常重要。现有的加油站网络肯定会增加电动汽车充电点，以获得这项业务，尤其是潜在的更高的产品销售，从汽车业主。随着电动汽车加油时间的延长，可盈利的产品销量可能会大于内燃机车。
电动汽车充电网络也需要在那些地方，电动汽车车主经常花一个小时左右的时间。这包括工作场所、购物中心、餐馆和其他娱乐场所。看来特斯拉将这种方法作为充电网络定位策略的一部分。
改进BEV的新兴技术
有两种新兴技术将有助于改善BEV充电时间与ICEV燃料优势。无线充电在智能手机中越来越流行，类似的技术也可用于bev，但还没有准备好批量部署。由于产生的热量较少，大多数无线充电技术比有线充电效率更高。我来看看你电脑的温度是什么意思。然而，部署无线充电基础设施比有线充电更为复杂。还必须对BEV进行改装，以包括用于无线充电的电子设备。无线充电有许多优点，如充电时用电量少，使用方便。
还有另一项有趣的技术，可以更快地为bev充电-超级电容器。把超级电容器想象成类似于高速缓存如何加速计算机的性能。超级电容器可以是电动汽车电池和充电网络之间或充电网络和电力网络之间的“缓存电池”。超级电容器未来有可能改善BEV充电时间，但时间和使用情况对预测有太多的不确定性。
充电频率也很重要，取决于年行驶里程和BEV里程。IHS Markit跟踪全球销售的所有车型的动力总成规格，包括最全面的数据库和BEV规格预测，包括每款车型的电池尺寸。2019年销售的电动汽车的平均电池容量约为52千瓦时，预计到2030年将增长到70千瓦时以上。目前最新推出的BEV车型的行驶里程通常为250英里，但一些BEV车型的行驶里程可达400英里。未来的电动汽车的使用范围将大大增加。
根据2019年联邦公路管理局（Federal Highway Administration）的数据，美国每辆车每年平均行驶里程为13500英里。如果我们假设BEV的续航里程为300英里，平均每250英里充电一次，结果大约是每周充电一次（54次）。然而，距离焦虑可能会产生更多的充电事件。在家充电的电动汽车车主也可能会更频繁地充电。
BEV使用的技术可以提供出色的驾驶性能。电动机提供几乎瞬时的转矩，转化为卓越的加速度，通常超过高性能的内燃机车。蓄电池的位置可以均匀地分布在车辆底部，并提供低重心，从而提供出色的操控特性。
与每加仑汽油产生19.6磅二氧化碳的内燃机车相比，使用电动汽车的汽车二氧化碳排放量最小是一大优势。发电可能在其产生的地方产生二氧化碳，但因使用何种技术而有很大差异。有人可能会说，大城市的二氧化碳排放量较低，但却牺牲了发电的边远地区。
限制内燃机车使用的法规正在一些城市出现，特别是在欧洲，柴油车的市场份额最高。一些国家已经确定了ICEV不再销售的暂定日期，但这些日期可能会推迟。这种ICEV监管趋势将增加未来在许多城市环境中的BEV部署。
购买BEV的激励措施已经产生了影响，并将继续发挥作用。当电动汽车的价格远高于内燃机车时，购买激励是最重要的。不同国家和地区的激励措施差别很大。随着电动汽车价格溢价的下降，购买动机就不那么重要了。但在未来几年内，BEV的激励措施仍将十分重要，但其影响将下降，并可能在2025年后消失。
使用BEV不会产生太多税收来支持道路网的维护和改进。ICEV通过支持路网升级的汽油费征税。毫无疑问，使用BEV很快就会为他们的道路使用征税。最有可能的计税方法是里程费，但其他税种也有可能，并因地区而异。这种未来的BEV税将降低BEV相对于icev的运营成本优势。
BEV未来的销售成功一直是一个关键的问题，基于预测的积极性，有各种各样的答案。由于我熟悉IHS Markit的预测并了解他们的方法，我将使用他们的预测趋势。IHS Markit根据汽车制造商目前的BEV车型和未来的车型计划预测了BEV的销量。这种方法给出的BEV预测反映了汽车行业的生产计划观点。由于汽车原始设备制造商的BEV计划在过去几年中大幅增加，IHS Markit的BEV预测也有所增长。随着汽车原始设备制造商在其产品组合中增加更多的BEV车型，未来的BEV预测可能会更大。IHS Markit BEV全球销量估计约占轻型车总销量的2.3%。2030年，BEV全球市场份额跃升至13%以上。如果包括PHEV，2030年的市场份额约为21%，高于2019年的3.2%。
归纳总结
高科技界有句俗语“没有什么比过时的技术更容易消亡”，这可能适用于冰上运载火箭的剩余寿命。当然，ICEV并没有过时，而且还会继续流行。与一二十年前相比，ICEV技术的进步更难实现，开发和部署成本也更高。bev正在迅速改进，并正朝着成为汽车和其他轻型车辆领域的主导推进技术迈进。剩下的问题是，这将以多快的速度发生。