今天的電動汽車可以滿足大多數日常駕駛需求

通用汽車公司正在開發全電動2017雪佛蘭螺栓,其行駛里程約為200里程。 通用汽車通用汽車公司正在開發全電動2017雪佛蘭螺栓,其行駛里程約為200里程。 通用汽車

電氣化運輸是顯著減少車輛溫室氣體排放的最有希望的方法之一,但所謂的範圍焦慮 - 擔心被困不起電池 - 仍然是電動汽車採用的障礙。 鑑於目前的汽車和充電基礎設施,範圍焦慮是否合理?

這是我的研究小組和我在一篇發表在論文中的論文中提出的問題 自然能源,通過新模型仔細研究這個問題。

具體來說,我們問到:從鳥瞰俯視美國的地理區域時,即使沒有白天充電,每天有多少私人車輛可以用低價電池電動車代替? 據我們所知,我們的分析是迄今為止最廣泛而詳細的研究,研究當前和未來改進的電動汽車技術如何衡量人們的能源消耗行為。

我們發現,道路上近90%的車輛可以被當今市場上的低成本電動車取代。 更重要的是,這個數字在從紐約到休斯敦到洛杉磯等不同城市非常相似。 也就是說,在美國密集和更廣闊的城市中,汽車電氣化的可能性很高。

然而,要實現這一潛力,必須始終滿足未來電動車駕駛員的需求,即使是高能量駕駛員,例如需要長途旅行的日子。

兩項關鍵創新可以實現這一點。 首先是預測駕駛員可能超出汽車行駛里程的日子,我們的模型就是這樣做的。 第二個是機構或商業模式創新,以便在高能耗日提供替代性遠程車輛。 例如,傳統汽車和最終的低碳遠程替代品可能會在點擊按鈕時出現在用戶的門口。 即使電池技術改進和充電基礎設施擴展,這種需求也可能持續一段時間。

車輛範圍不是單一數字

電動車輛的範圍通常被認為是固定數量,但是單次充電所覆蓋的英里數量會隨著行駛速度和風格以及室外溫度等因素而變化。 要了解 一輛車的範圍 我們需要超越汽車本身以及人們的行為方式。

在我的研究小組的過去四年中,我們建立了一個模型(稱為“TripEnergy”),該模型描述了美國各地人們的第二次駕駛行為,他們如何在他們的使用中使用加熱和冷卻系統。如果以這種方式駕駛,各種電動和傳統車輛將如何消耗能量。

這種方法給了我們一個 電動汽車范圍的概率論。 例如,對於Nissan Leaf,我們發現74里程是中位數範圍 - 根據駕駛模式,美國道路上一半的汽車可以行駛這麼遠,一半不行。 (福特福克斯電動車的表現同樣如此。)在這個範圍內有一個分佈,它表明了實際性能的變化範圍。 例如,我們估計,一次​​充電不能覆蓋5%的58英里行程,而且90英里行程的百分之五也可以。

評估電動汽車技術對駕駛行為的影響

有了TripEnergy模型,我們詢問道路上有多少輛汽車可以用現在的低成本電動汽車取代。 我們考慮過一個司機每天只能收費一次的情況,例如在家過夜。 這使我們能夠研究這樣一種情況,即現有的公共充電基礎設施只需要進行有限的改變,而汽車可以使用能夠在一夜之間閒置的發電廠。

我們發現,考慮到人們如何駕車穿越美國,平均每天87百分比的汽車可以被當前一代的低成本電動汽車取代,每天只需一次充電。 這是基於美國數百萬人在不同城市和社會經濟階層的駕駛行為。

即使採用當今基於化石燃料的供應組合,從傳統車輛轉向這些車輛的電動車輛也將減少30的排放量。 總的來說,這些汽車的行程大約占美國汽油消耗量的60%

在密集和更加龐大的美國城市中,這種巨大的日常採用潛力非常相似 84%至百分之X​​NUMX.

雖然人們都是如此 各城市之間的行為不同 - 在 他們如何使用公共交通工具,他們是否擁有一輛車,以及如何擁有 他們經常開車 他們擁有 - 當他們開車時,我們發現不同城市的相同數量的汽車都屬於低成本電動汽車所提供的範圍。

技術改進的回報

如果電池改進,並允許更長的驅動範圍,與現有的鋰離子電池成本相同,會怎樣?

聯邦研究機構 ARPA-E設定了目標 對於電池來說,儲存的電能大約是電動汽車當今電池重量的兩倍。 如果達到該技術目標,我們估計87每日採用潛力百分比將上升至98百分比,並且汽油替代潛力將從61百分比上升至88百分比。 與今天的日產Leaf相比,2017雪佛蘭Bolt和2018特斯拉3預計將以更高的成本實現大致相似的潛力增長,儘管這些成本仍然接近新車的平均成本。 特斯拉Model S的行程更進一步,但成本更高。

然而,即使有大量電池改進,也需要其他類型的動力總成技術來覆蓋能耗最高的那些日子。 這種需求可能會持續一段時間,即使在擴展的充電基礎設施的情況下,由於少量非常高能量的天數。

範圍限制的結果

為了讓人們克服範圍焦慮並且購買電動車感覺舒適,他們需要知道他們的需求將在所有日子裡得到滿足,包括高能量日。 預測何時發生這種情況 - 並且在購買車輛時預先確定會發生多少天 - 這是我們的模型非常適合的。

我們的模型可以通過對旅行距離,時間和位置的有限輸入,預測超出汽車范圍的概率,並指出駕駛員需要轉向其他更遠程車輛的日子,例如與家庭,甚至社區內並通過商業車共享計劃。 結果還揭示了人口水平所需的遠程汽車數量,這是私營部門創新以及國家和地方政策所填補的空白。

合理的融資有助於在汽車的使用壽命期間分配前期成本並增加收費機會,即使每天只有一次,也會鼓勵採用電動汽車。

總而言之,我們的分析表明,目前的電動汽車可以滿足美國大多數日常駕駛需求。改進共享的遠程運輸,以及更先進的電池和汽車以及脫碳電力,為通向大部分脫碳的私人車輛提供了途徑艦隊。

關於作者

Jessika E. Trancik,工程系統助理教授, 麻省理工學院

這篇文章最初發表於 談話。 閱讀 原創文章.

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