微型短途電動汽車產(chǎn)品電池類型選擇的成本量化對比研究

劉宗巍，馬雨晴，郝 瀚，趙福全

（1.清華大學(xué) 汽車產(chǎn)業(yè)與技術(shù)戰(zhàn)略研究院，北京 100084；2.清華大學(xué) 汽車安全與節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

經(jīng)過多年的國家財(cái)政補(bǔ)貼及政策扶持，我國新能源汽車市場近期取得了較快發(fā)展，其中，純電動汽車占據(jù)主導(dǎo)地位。對純電動汽車產(chǎn)品，國家有明確的標(biāo)準(zhǔn)界定，基本要求是“雙一百”（續(xù)駛里程在100 km以上、最高車速在100 km/h以上）[1]。以未來智能大交通體系的視角進(jìn)行展望，微型短途高品質(zhì)電動汽車雖然不符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，也不享受補(bǔ)貼和政策支持，卻具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值。其不僅為清潔能源在更廣范圍內(nèi)得到低成本應(yīng)用提供了可行的解決方案，還極有可能與汽車共享等創(chuàng)新商業(yè)模式相結(jié)合，成為解決城市“最后一公里”出行問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2]。這將是一個巨大的藍(lán)海市場，既有別于目前技術(shù)含量較低、不夠環(huán)保的低速電動汽車，又不同于官方認(rèn)定為新能源汽車但成本較高的純電動汽車[3]，因此，應(yīng)對該市場予以高度關(guān)注和深入研究。

實(shí)際上，目前低速電動汽車在沒有國家政策認(rèn)可和激勵的情況下，已經(jīng)在我國農(nóng)村及三、四線城市獲得高速增長。這種快速發(fā)展，除了由于產(chǎn)品售價(jià)低廉外，更源自于居民出行的剛性需求，是中小城市及農(nóng)村居民生活水平提高、消費(fèi)升級的重要體現(xiàn)。但是，當(dāng)前我國低速電動汽車市場呈現(xiàn)出市場火熱而管理混亂的局面。2016-2017年，低速電動汽車的年產(chǎn)銷量均超過百萬輛，山東、河南等地為產(chǎn)銷大省。其中，僅山東省2016年低速電動汽車產(chǎn)銷量就超過60萬輛，2017年更達(dá)到了75萬輛以上[4]。但目前存在的最主要問題是產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及管理辦法的缺失，由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊、可靠性差、配置簡陋；由于管理辦法缺失，導(dǎo)致路權(quán)管理失位，無牌照、無駕駛證、無保險(xiǎn)的“三無”現(xiàn)象嚴(yán)重，違規(guī)也無處罰依據(jù)[5]。顯然，迅速增長的產(chǎn)業(yè)規(guī)模與極其混亂的管理狀態(tài)，都要求國家盡快出臺規(guī)范低速電動汽車產(chǎn)品的相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，而這些法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該面向上文提及的微型短途高品質(zhì)電動汽車來制定。也就是說，現(xiàn)行主流的低質(zhì)量、低技術(shù)的低速電動汽車產(chǎn)品并非未來的發(fā)展方向，政府應(yīng)以有效的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)其升級。不過，升級不是要提升其續(xù)駛里程和最高車速，這將偏離該類產(chǎn)品的適宜用途，而是要提升其安全、環(huán)保性能以及產(chǎn)品質(zhì)量，使升級后的低速電動汽車能夠真正成為在未來交通體系中承擔(dān)重要角色的微型短途高品質(zhì)電動汽車。

當(dāng)前，在低速電動汽車產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，有關(guān)電池類型的規(guī)定一直是業(yè)界爭議的焦點(diǎn)之一，即是否明確限定低速電動汽車只能使用鋰電池。一方認(rèn)為鉛酸電池的耐用性好、電池控制系統(tǒng)及布置要求簡單，且成本低廉，真正符合現(xiàn)階段大部分城鄉(xiāng)居民的購車需求，如果強(qiáng)制使用成本高的鋰電池，很可能導(dǎo)致售價(jià)大幅度提升，扼殺現(xiàn)有低速電動汽車市場，使這部分出行升級的剛需無法得到滿足。而另一方則持反對意見，其理由是鉛酸電池現(xiàn)階段的回收情況差、污染嚴(yán)重，且各企業(yè)的回收技術(shù)水平參差不齊，短期內(nèi)難以改變，所以應(yīng)使用鋰電池以減輕污染，同時(shí)也有利于促進(jìn)動力電池的技術(shù)進(jìn)步。目前市場上約95%的低速電動汽車使用鉛酸電池[6]，很多廠商對鋰電池的高成本心存疑慮。為此，本文專門從電池成本入手，通過量化計(jì)算，全面比較了不同情境下鉛酸電池與鋰電池應(yīng)用于低速電動汽車即微型短途電動汽車產(chǎn)品的成本差異。

1 低速電動汽車電池成本計(jì)算模型

1.1 電池成本計(jì)算模型總體框架

在本研究中，將低速電動汽車電池總成本分解為兩個主要部分：電池的購置成本和使用成本[7]。購置成本即購置電動汽車時(shí)消費(fèi)者為電池付出的成本，使用成本則包含使用過程中產(chǎn)生的電力消耗成本和可能的電池更換成本。

如圖1所示，電池購置成本通過電池容量與單價(jià)的乘積獲得，使用成本中電力成本與低速電動汽車的百公里耗電量及行駛里程直接相關(guān)，電池更換成本與電池壽命及日均行駛里程直接相關(guān)。電池成本模型計(jì)算如式（1）和式（2）所示。

圖1 低速電動汽車電池成本計(jì)算模型框架

式中：Ca為低速電動汽車電池總成本；Co為電池購置成本；Cu為電池使用成本；Cun為電池使用過程中的電池更換成本；Cur為電池使用過程中的電力消耗成本。

1.2 購置成本計(jì)算模型

電池購置成本等于電池容量與單價(jià)的乘積。可以根據(jù)低速電動汽車在一定工況下行駛時(shí)消耗的能量，以及該車的續(xù)駛里程估算所需要的電池容量[8]，即：

式中：S為行駛里程，km；R為電池容量，kWh；0ηs為充電深度，根據(jù)文獻(xiàn)及目前市場實(shí)際應(yīng)用情況的調(diào)研，本文取80%；Fd為車輛行駛阻力，N。

低速電動汽車尚無標(biāo)準(zhǔn)測試工況，本研究選擇勻速行駛工況進(jìn)行計(jì)算，旨在比較兩種電池的成本差異，只要工況相同就有代表意義，且勻速工況便于計(jì)算[9]。汽車在平地上勻速行駛時(shí)受滾動阻力和空氣阻力的影響，根據(jù)車輛動力學(xué)有如下關(guān)系：

式中：Fr為滾動阻力；Fw為風(fēng)阻；m為車輛滿載質(zhì)量，kg；f為滾動阻力系數(shù)；Cd為空氣阻力系數(shù)；A為車輛迎風(fēng)面積，m2；ρ為空氣密度，kg/m3；u為車輛行駛速度，m/s；Vi為i年電池質(zhì)量能量密度，kWh/kg；b為低速電動汽車除去電池質(zhì)量的最大載重量，kg。

則電池購置成本為：

式中：Co,i為i年低速電動汽車電池購置成本；Wi為i年電池單價(jià)，元/kWh。

1.3 使用成本計(jì)算模型

1.3.1 電池更換成本計(jì)算模型

在車輛使用周期內(nèi)，如果電池壽命耗盡，則需更換電池，從而產(chǎn)生電池更換成本。顯然，該成本與電池的壽命即其循環(huán)次數(shù)以及低速電動汽車的使用年限有關(guān)。由于電池壽命跨度時(shí)間相對較長，因此需要考慮經(jīng)濟(jì)學(xué)中的貼現(xiàn)率[10]。貼現(xiàn)率是將未來有限期預(yù)期收益折算成現(xiàn)值的比率。在本研究中，選擇年貼現(xiàn)率為1.5%，這是根據(jù)中國目前的一年定期存款利率選取的。同時(shí)，由于本文中使用的低速電動汽車數(shù)據(jù)取自2016年，所以貼現(xiàn)也以該年為基準(zhǔn)。

考慮在滿足N年出行需求的情況下所需支付的電池更換成本。假設(shè)年行駛天數(shù)為365天，則電池更換成本計(jì)算模型如式（9）～（12）所示。

式中：Co,k為自2016年起第k年的電池購置成本；r為貼現(xiàn)率，此處為1.5%；Y為電池使用年數(shù)；Wk為自2016年起第k年的電池單價(jià)，元/kWh；N為總使用年數(shù)，本文中計(jì)算10年；Re為電池循環(huán)次數(shù)；Sd為日均行駛里程，km。

1.3.2 電力成本計(jì)算模型

電力成本主要計(jì)算低速電動汽車在使用過程中支付的電費(fèi)。假設(shè)年行駛天數(shù)為365天，則計(jì)算公式如式（13）～（15）所示。

式中：Cur,year為每年的平均電力成本；Pele為電費(fèi)單價(jià)，元/kWh，由于低速電動汽車大多是在家中充電，所以在此選擇居民用電的平均電價(jià)，2016年居民用電平均電價(jià)約為0.55 元/kWh[11]；EA為每百公里耗電量，Wh/100 km。

2 基本參數(shù)確定

2.1 低速電動汽車基本車型參數(shù)

低速電動汽車目前尚無國家標(biāo)準(zhǔn)，也無權(quán)威組織對低速電動汽車數(shù)據(jù)進(jìn)行全國性的收集和統(tǒng)計(jì)，加上存在產(chǎn)品規(guī)格參差不齊的現(xiàn)象，因此車型參數(shù)并無定論。為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及代表性，本研究選擇2016年低速電動汽車市場主流品牌的近70款車型，并從各品牌的官方網(wǎng)站上獲取其產(chǎn)品的相關(guān)參數(shù)[12]。這些廠商都擁有較完善的產(chǎn)業(yè)鏈及生產(chǎn)線，并且提供了相對完整的產(chǎn)品參數(shù)，包括車型尺寸、整備質(zhì)量、續(xù)駛里程、最高車速以及電池相關(guān)參數(shù)，如電池容量、種類等。不過多數(shù)車型未提供軸距信息，所以本研究以車長及整備質(zhì)量作為橫縱坐標(biāo)軸，由此繪制的部分車型數(shù)據(jù)圖如圖2所示。

圖2 部分品牌低速電動汽車（代表性車型）參數(shù)

由圖2可知，不同品牌的產(chǎn)品有不同的側(cè)重點(diǎn)，雷丁及陸地方舟低速電動汽車是相對較大型的產(chǎn)品，御捷低速電動汽車產(chǎn)品相對較小，道爵、躍迪等品牌的產(chǎn)品則相對分布較廣。以上述數(shù)據(jù)取均值，獲得低速電動汽車的基本參數(shù)見表1。其中，低速電動汽車整備質(zhì)量為800 kg，不含電池質(zhì)量約為600 kg，最大裝載質(zhì)量為300 kg。而滾動阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)和空氣密度來自于多文獻(xiàn)調(diào)研[13]。

表1 低速電動汽車基本車型參數(shù)

2.2 動力電池基本參數(shù)

動力電池經(jīng)過一百多年的發(fā)展，種類不斷擴(kuò)展，性能顯著提升。其中，鉛酸電池發(fā)明至今已有一百多年的歷史，應(yīng)用時(shí)間較長，技術(shù)成熟，具有安全性好、大電流放電性能好、工作溫度范圍大以及性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)，是目前最成熟的充電電池，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用[14]。但它也具有比能量較低、自放電率高、循環(huán)壽命低和質(zhì)量較大等缺點(diǎn)，并且在生產(chǎn)和回收過程中可能產(chǎn)生環(huán)境污染，之前主要應(yīng)用于電動自行車、汽車啟動蓄電池等對動力性要求較低的領(lǐng)域，只是由于具有較高的成熟度和性價(jià)比，且低速電動汽車對于動力性的要求相對較低，所以逐漸在低速電動汽車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

而鋰離子電池（簡稱鋰電池）于20世紀(jì)80年代開發(fā)成功，被視為未來電池的主要發(fā)展方向[15]。傳統(tǒng)鋰電池主要應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品市場，但隨著國家對新能源汽車的大力推動，應(yīng)用于汽車的鋰電池也進(jìn)入了快速發(fā)展通道。根據(jù)專業(yè)文獻(xiàn)及行業(yè)研究報(bào)告[16-17]，確定了現(xiàn)階段鉛酸電池及鋰電池的主要性能指標(biāo)范圍，見表2。

表2 鉛酸電池與鋰電池的主要性能指標(biāo)

在性能和成本方面，鉛酸電池的技術(shù)和市場都已經(jīng)非常成熟，因此預(yù)期未來不會有顯著變化。而鋰電池則正處于高速發(fā)展期，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模擴(kuò)大，預(yù)計(jì)未來幾年其性能和成本都將得到顯著改善。兩種電池的能量密度與成本數(shù)據(jù)見表3，其中，鉛酸電池的數(shù)據(jù)取表2中的均值；鋰電池的數(shù)據(jù)則源自工信部最新發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》[18]，該權(quán)威文獻(xiàn)描述了鋰電池性能及成本的現(xiàn)狀（2016年），并預(yù)測了2020年、2025年鋰電池的性能及成本，其它年份數(shù)據(jù)按相同的復(fù)合增長率插值獲得。

表3 鉛酸電池及鋰電池的能量密度及成本

2.3 勻速工況車速及續(xù)駛里程參數(shù)

勻速工況車速的選擇主要考慮道路設(shè)計(jì)車速、安全性及實(shí)際使用情況等因素。目前，低速電動汽車主要在農(nóng)村及三、四線城市銷售，一些地區(qū)明確規(guī)定其不能行駛在高速路和主干路上。根據(jù)國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ 37—2016）中的道路分級及設(shè)計(jì)規(guī)范[19]，我國道路按照其在道路網(wǎng)中的地位、交通功能及對沿線建筑物的服務(wù)功能等，分為快速路、主干路、次干路和支路四類。各類道路的設(shè)計(jì)車速要求見表4。

設(shè)計(jì)車速的定義是，當(dāng)氣候條件良好，交通密度小，汽車運(yùn)行只受道路本身?xiàng)l件影響時(shí)，中等駕駛技術(shù)的駕駛員能保持安全舒適行駛的最大行駛速度。由表4可知，次干路的最高設(shè)計(jì)車速為50 km/h，而中小城市的主干路設(shè)計(jì)車速也不高于50 km/h。有統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，正常情況下，駕駛員的平均日常行駛車速約為設(shè)計(jì)車速的80%～90%[20]，由此可認(rèn)定低速電動汽車的日常平均行駛車速基本不高于40 km/h。

表4 各類道路的設(shè)計(jì)車速

在安全性方面，RICHARDS等[21]曾為倫敦交通部門做過一項(xiàng)有關(guān)行駛車速與致死率之間關(guān)系的研究，通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：行人如與車輛發(fā)生碰撞，當(dāng)車速低于30 km/h時(shí)，生存機(jī)會超過90%，而車速高于30 km/h時(shí)，生存機(jī)會以指數(shù)方式下降，風(fēng)險(xiǎn)則以指數(shù)方式上升。同時(shí)，主流研究認(rèn)為，速度超過56 km/h后，行人在碰撞后生存的概率接近于0[22]。低速電動汽車經(jīng)常行駛在人車混雜的路況下，且其自身安全性能也遠(yuǎn)遜于普通燃油汽車及高速電動汽車，因此從安全性能出發(fā)，低速電動汽車的平均行駛車速顯然也不會太高。

最后，根據(jù)對低速電動汽車使用車主的調(diào)研以及廠家提供數(shù)據(jù)的分析，目前低速電動汽車以25 km/h左右的速度行駛時(shí)經(jīng)濟(jì)性最佳，同時(shí)，由于低速電動汽車沒有與汽車類似的循環(huán)測試工況標(biāo)準(zhǔn)，許多低速電動汽車廠家在產(chǎn)品開發(fā)過程中，往往直接以35 km/h左右的勻速行駛作為測試工況。總體來看，目前市場上低速電動汽車的最高車速一般不超過70 km/h，而其日常駕駛速度集中在20～40 km/h的范圍內(nèi)。

綜上所述，本研究設(shè)定了三種情景下低速電動汽車的勻速工況車速，以此輸入電池成本模型進(jìn)行測算。在續(xù)駛里程方面，根據(jù)低速電動汽車產(chǎn)品參數(shù)和實(shí)際使用情況調(diào)研，確定續(xù)駛里程的研究范圍為20～80 km，同樣設(shè)定了三種不同情景，具體見表5。

表5 勻速行駛工況及續(xù)駛里程的情景參數(shù)設(shè)定

3 電池購置成本與使用成本分析

3.1 購置成本

將第2節(jié)中確定的各參數(shù)帶入模型，按照鉛酸電池能量密度40 Wh/kg，成本1元/Wh，鋰電池能量密度110 Wh/kg，成本2.2元/Wh進(jìn)行計(jì)算，可得到電池購置成本隨續(xù)駛里程的變化情況，如圖3所示。由圖3可知，續(xù)駛里程對電池成本有較大影響；現(xiàn)階段鋰電池購置成本明顯高于鉛酸電池，在基準(zhǔn)勻速工況（30 km/h）和基準(zhǔn)續(xù)駛里程（50 km）下，鋰電池購置成本約比鉛酸電池高3 500元左右，且兩者的差值隨續(xù)駛里程增加而顯著增大。

圖3 不同勻速工況下電池購置成本與續(xù)駛里程的關(guān)系

對圖3進(jìn)行求導(dǎo)可以進(jìn)一步獲得電池購置成本變化率與續(xù)駛里程的關(guān)系，如圖4所示。該變化率表征的是每增加1 km的續(xù)駛里程需要增加的電池購置成本，可以看到在基準(zhǔn)續(xù)駛里程下，單位里程的鋰電池購置成本約為130元，鉛酸電池約為60元，兩者相差70元，而兩者的差值隨續(xù)駛里程的變化不大。

線條表面平滑而呈黑色，這種腹中線沒有腹壁斷裂，只是體質(zhì)原因?qū)е潞谏爻练e而已，并非孕婦特有，未孕育人群也可發(fā)生。

圖4 不同勻速工況下電池購置成本變化率與續(xù)駛里程的關(guān)系

為觀察電池購置成本隨時(shí)間的變化情況，將表2中電池性能及成本隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)帶入模型計(jì)算，可以分別獲得鋰電池與鉛酸電池購置成本隨時(shí)間的變化如圖5所示。由圖5可知，在基準(zhǔn)勻速工況下，三種續(xù)駛里程的情況存在一定的差異。但總體上，隨著鋰電池的進(jìn)步，鉛酸電池的購置成本優(yōu)勢將迅速減小，且續(xù)駛里程越大，兩者的購置成本差值下降得越明顯。而至2020年及以后，鋰電池甚至將比鉛酸電池更具購置成本優(yōu)勢，且優(yōu)勢會日趨增大。實(shí)際上，如果鋰電池的進(jìn)步速度比預(yù)期的更快，其與鉛酸電池購置成本的逆轉(zhuǎn)時(shí)間點(diǎn)還可能提前。

圖5 基準(zhǔn)勻速工況（30 km/h）下鋰電池與鉛酸電池的購置成本差值

3.2 使用成本

3.2.1 電池更換成本

電池在車輛使用期間是否需要更換以及需要更換的次數(shù)，與車輛的使用年限、使用強(qiáng)度以及電池的循環(huán)次數(shù)有關(guān)。通常汽車平均使用10年后會進(jìn)行替換或報(bào)廢，低速電動汽車作為一類特殊的汽車產(chǎn)品，可沿用這一數(shù)據(jù)作為使用年限。使用強(qiáng)度則可以通過日均行駛里程來表征，根據(jù)低速電動汽車用戶調(diào)研統(tǒng)計(jì)，日均行駛里程不足30 km的用戶占比86%[23]，可知日均行駛30 km對于低速電動汽車而言屬于相對較高強(qiáng)度。據(jù)此設(shè)置了三種不同的使用強(qiáng)度，見表6。電池的循環(huán)次數(shù)參考表2，鉛酸電池和鋰電池分別取500次和1 000次。

表6 低速電動汽車日均行駛里程設(shè)定

將上述數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型，計(jì)算基準(zhǔn)勻速工況下低速電動汽車電池的更換次數(shù)和成本，結(jié)果如圖6所示。圖6a為低速電動汽車使用10年間所需的電池更換次數(shù)。由圖可知，由于鉛酸電池壽命短，所以在相同情景下所需的更換次數(shù)明顯高于鋰電池，并且隨著日均行駛里程的增加，兩者的差距日趨明顯。相應(yīng)的，圖6b顯示了電池更換成本的情況，其規(guī)律與圖6a類似。在高日均行駛里程（30 km）和高續(xù)駛里程（80 km）的情況下，鋰電池在低速電動汽車使用期間根本不需要更換，而鉛酸電池的更換成本則高達(dá)1萬元以上。

3.2.2 電力成本

在30 km/h的基準(zhǔn)勻速工況和10年的標(biāo)準(zhǔn)車輛使用年限下，分別計(jì)算使用鉛酸電池和鋰電池所需付出的電力成本，結(jié)果如圖7所示。

圖6 基準(zhǔn)勻速工況下低速電動汽車電池的更換次數(shù)和成本

圖7 使用鉛酸電池和鋰電池付出的電力成本

由圖7可知：（1）低速電動汽車的日均行駛里程越高，所需付出的電力成本就越高，且增幅非常明顯，這個結(jié)果理所當(dāng)然。（2）低速電動汽車的續(xù)駛里程越高，所需付出的電力成本就越高，但增幅并不顯著，因?yàn)楦呃m(xù)駛里程需要增加電池容量，導(dǎo)致整車質(zhì)量增加，所以行駛相同的里程會消耗更多的能量。（3）對于鉛酸電池和鋰電池而言，電力成本的差異并不大，但鋰電池仍有一定優(yōu)勢，因?yàn)楹笳叩哪芰棵芏雀撸酝惹闆r下的整車質(zhì)量較輕，能耗也就較低。

將電池更換成本與電力成本相加，即可獲得鉛酸電池與鋰電池低速電動汽車的電池使用成本，具體如圖8所示。

由圖8可知，使用鋰電池的低速電動汽車在使用期間更具有成本優(yōu)勢，且使用強(qiáng)度越高，這種優(yōu)勢就越明顯。在本研究的高使用強(qiáng)度情況下，兩者差值高達(dá)9 000～10 000元，即使在中使用強(qiáng)度情況下，兩者差值也在5 000～6 000元。

圖8 鉛酸電池與鋰電池低速電動汽車的電池使用成本

4 電池總成本分析

將電池購置成本與使用成本相加，可以獲得電池總成本。圖9a顯示了各部分成本在電池總成本中所占的比例，圖9b和圖9c顯示了兩種電池低速電動汽車的電池總成本及其差值情況。

由圖9a可知，對于鉛酸電池而言，電池購置成本波動較大，平均約在30%左右；電池更換成本在多數(shù)情況下占據(jù)較大比重，平均占比約50%；而電力成本占總成本比例相對穩(wěn)定，約在19%上下。對于鋰電池而言，電池購置成本大多占據(jù)較高比重，平均占比大于50%，很多情況下超過70%；電池更換成本占比較低，多數(shù)情況下因無需更換電池而為0；而電力成本比重高于鉛酸電池，平均在25%左右。

圖9 鉛酸電池與鋰電池低速電動汽車的電池總成本

由圖9b和圖9c可知，即使在當(dāng)前條件下，綜合考慮購置和使用成本，鋰電池總體上也并不處于劣勢。僅在使用強(qiáng)度較低（日均行駛里程10 km）且續(xù)駛里程較高（50 km及80 km）的情況下，鉛酸電池的電池總成本才低于鋰電池。其它情況下，均為鋰電池總成本占優(yōu)勢，特別是在高使用強(qiáng)度（日均行駛里程30 km）的情況下，鋰電池的優(yōu)勢更為明顯，在不同續(xù)駛里程下可節(jié)省5 000～7 500元的總成本。實(shí)際上，如前所述，后續(xù)鋰電池還有很大的提升空間，其成本還將進(jìn)一步下降，因此，低速電動汽車使用鋰電池的成本優(yōu)勢會越來越大。

5 總結(jié)與討論

本文建立了鉛酸電池和鋰電池低速電動汽車的電池成本模型，基于當(dāng)前低速電動汽車主流產(chǎn)品數(shù)據(jù)及應(yīng)用情況的相關(guān)調(diào)研和文獻(xiàn)分析，設(shè)定了各項(xiàng)輸入?yún)?shù)，由此量化計(jì)算了使用兩種不同電池的典型低速電動汽車的電池購置成本、使用成本及總成本，并逐一進(jìn)行了對比，研究結(jié)果如下。

（1）單從購置成本看，現(xiàn)階段鋰電池仍高于鉛酸電池，但隨著鋰電池性能和成本的不斷改善，兩者差距將逐漸縮小。按照《節(jié)能與新能源技術(shù)路線圖》中預(yù)測的鋰電池進(jìn)步速度，至2020年及以后，鋰電池的購置成本將會低于鉛酸電池。

（2）從使用成本看，鉛酸電池明顯高于鋰電池。一方面，由于鋰電池壽命高于鉛酸電池，因此，若以低速電動汽車滿足10年使用年限估算，鋰電池的更換成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鉛酸電池；另一方面，鋰電池的能量密度也高于鉛酸電池，相同情況下車輛需要搭載的電池質(zhì)量較低則耗電少，因此，其電力成本也有一定優(yōu)勢。當(dāng)然，如果低速電動汽車的平均使用年限不足10年，則鋰電池在使用成本方面的優(yōu)勢就要大打折扣。不過低速電動汽車作為大宗民生消費(fèi)品，以汽車通常的10年使用期作為設(shè)計(jì)要求是合理的，而且如果低速電動汽車的設(shè)計(jì)壽命過低，對社會資源和能源也是一種浪費(fèi)。

（3）從總成本來看，即使在當(dāng)前情況下，低速電動汽車使用鋰電池的總成本也已經(jīng)可以和鉛酸電池相比較，甚至在本研究設(shè)定的多數(shù)情況下，鋰電池的總成本反而更占優(yōu)勢，而且后續(xù)的優(yōu)勢只會日益顯著。這說明與通常的主觀想法不同，低速電動汽車使用鋰電池成本遠(yuǎn)高于鉛酸電池其實(shí)是一個偽命題，這并非構(gòu)成可能扼殺低速電動汽車市場的理由。因此，汽車行業(yè)在制定低速電動汽車電池的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，無需顧及成本因素，完全可以從環(huán)保、技術(shù)等維度出發(fā)來加以考慮。而車企在開發(fā)低速電動汽車產(chǎn)品時(shí)也應(yīng)充分考慮這一結(jié)論，而不是想當(dāng)然地堅(jiān)持鉛酸電池方案。

（4）在上述研究中發(fā)現(xiàn)，相對而言，續(xù)駛里程對于電池總成本是最敏感的影響因素。無論使用何種電池，續(xù)駛里程的增加都會明顯提升低速電動汽車的電池成本。考慮到低速電動汽車的使用場景及其對成本的高度敏感性，建議后續(xù)出臺的低速電動汽車產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不宜硬性規(guī)定較高的續(xù)駛里程門檻。實(shí)際上，在滿足需求的前提下，續(xù)駛里程越低越好，一般而言只要不低于50 km便可滿足使用。這樣可以有效減少電池成本，使企業(yè)將注意力集中在提高整車設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品質(zhì)量上，從而促進(jìn)低速電動汽車向微型、短途、環(huán)保、高品質(zhì)產(chǎn)品的方向發(fā)展，在未來承擔(dān)起城市大交通體系中共享出行及接駁工具的重任。

：

[1] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部. 新能源汽車產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)定 [EB/OL].(2017-1-6)[2018-3-7]http//www.gov.cn/gongbao/content/2017/content_5216432.htm.Ministry of Industry and Information Technology of the People’s Republic of China. New Energy Vehicle Manufacture Enterprises and Product Access Regulations[EB/OL].(2017-1-6)[2018-3-7] http//www.gov.cn/gongbao/content/2017/content_5216432.htm.(in Chinese)

[2] 趙福全，趙世佳，劉宗巍. 中國低速電動車產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀、問題與未來發(fā)展策略 [J]. 汽車工程學(xué)報(bào)，2017，7(5)：313-320.ZHAO Fuquan，ZHAO Shijia，LIU Zongwei. Current Situation，Problems and Future Development Strategy of China’s Low-speed Electric Vehicle Industry [J]. Chinese Journal of Automotive Engineering，2017，7(5)：313-320. (in Chinese)

[3] FRANK A A. A Technical Solution for Future Transportation Using the Existing Roadway and Urban/Suburban Infrastructure and Policies [C]// SAE Technical Papers，961663，1996.

[4] 郭文蓮. 低速電動車交通管理思路研究 [J]. 汽車工業(yè)研究，2017(1)：32-35.GUO Wenlian. Research on Traffic Management of Low Speed Electric Vehicles [J]. Auto Industry Research，2017(1)：32-35. (in Chinese)

[5] 周建中. 淺談低速電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 商品與質(zhì)量(學(xué)術(shù)觀察)，2012(7)：284-285.ZHOU Jianzhong. Talking About the Development of Low Speed Electric Vehicle Industry [J]. The Merchandise and Quality(Academic Observation)，2012(7)：284-285. (in Chinese)

[6] 劉宗巍，陳銘，趙福全. 基于網(wǎng)聯(lián)化的全天候汽車共享模式效益分析及實(shí)施路徑 [J].企業(yè)經(jīng)濟(jì)，2015(7)：44-48.LIU Zongwei，CHEN Ming，ZHAO Fuquan. Benefit Analysis and Implementation Path of All-weather Car Sharing Model Based on Network Connection [J]. Enterprise Economy，2015(7)：44-48. (in Chinese)

[7] 任玉瓏，李海鋒，孫睿，等. 基于消費(fèi)者視角的電動汽車全壽命周期成本模型及分析 [J]. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2009，28(11)：54-58.REN Yulong，LI Haifeng，SUN Rui，et al. Analysis on Model of Life Cycle Cost of Electric Vehicle Based on Consumer Perspective [J]. Technology Economics，2009，28(11)：54-58. (in Chinese)

[8] PETROV R L. Original Method for Car Life Cycle Assessment (LCA) and its Application to LADA Cars [C]//SAE Technical Papers，2007-01-1607，2007.

[9] 劉宗巍，劉斐齊，王悅，等. CAFC、NEV雙積分與碳配額法規(guī)綜合研究與組合政策思考 [J]. 汽車工程學(xué)報(bào)，2017，7(1)：1-9.LIU Zongwei，LIU Feiqi，WANG Yue，et al. Integrated Study and Combined Policy Suggestions on CAFC，NEV and Carbon Credits [J]. Chinese Journal of Automotive Engineering，2017，7(1)：1-9. (in Chinese)

[10] HUO Hong，ZHANG Qiang，HE Kebin，et al. Vehicleuse Intensity in China：Current Status and Future Trend[J]. Energy Policy，2012，43(3)：6-16.

[11]谷靖，歐陽明高，盧蘭光，等. 輪轂電機(jī)驅(qū)動式微型電動車參數(shù)的合理選擇 [J]. 中國公路學(xué)報(bào)，2013，26(1)：177-183.GU Jing，OUYANG Minggao，LU Languang，et al.Parameters Selection of a Micro Electric Vehicle Driven by In-wheel Motors [J]. China Journal of Highway and Transport，2013，26(1)：177-183. (in Chinese)

[12] 朱妮，歐陽明高，盧蘭光，等. 中低速電動汽車盈虧敏感性分析 [J]. 汽車工程，2012，34(9)：859-863.ZHU Ni，OUYANG Minggao，LU Languang，et al. A Bene fi t Sensitivity Analysis of Medium/Low Speed Electric Vehicle [J]. Automotive Engineering，2012，34(9)：859-863. (in Chinese)

[13] 谷靖，歐陽明高，盧蘭光，等. 微型純電動汽車的系統(tǒng)構(gòu)型與關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì) [J]. 汽車工程，2013，35(1)：7-12.GU Jing，OUYANG Minggao，LU Languang，et al.System Configuration and Key Parameters Design of a Micro Electric Vehicle [J]. Automotive Engineering，2013，35(1)：7-12.(in Chinese)

[14] 王金良，馬扣祥. 鉛和鉛蓄電池工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 電池工業(yè)，2005，10(6)：364-368.WANG Jinliang，MA Kouxiang. Status and Development Trend of Lead and Lead-acid Battery Industry [J]. Chinese Battery Industry，2005，10(6)：364-368.(in Chinese)

[15] 李驕陽，王莉，何向明. 動力鋰電池的未來發(fā)展 [J]. 新材料產(chǎn)業(yè)，2016(3)：25-30.LI Jiaoyang，WANG Li，HE Xiangming. Future Development of Power Lithium Battery [J]. Advanced Materials Industry，2016(3)：25-30.(in Chinese)

[16] 韓業(yè)斌. 鉛酸電池與鋰電池全生命周期對比研究 [J]. 蓄電池，2014(4)：186-189.HAN Yebin. Life Cycle Comparative Study of Lithium Batteries and Lead-acid Batteries [J]. Chinese Labat Man，2014(4)：186-189.(in Chinese)

[17] GRUNDITZ E A， THIRINGER T. Performance Analysis of Current BEVs Based on a Comprehensive Review of Specifications [J]. IEEE Transactions on Transportation Electri fi cation，2016，2(3)：270-289.

[18] 雷洪鈞. 節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖 [J]. 時(shí)代汽車，2017(1)：12-15，18.LEI Hongjun. Energy-saving and New Energy Vehicle Technology Road Map [J]. Auto Time，2017(1)：12-15，18 . (in Chinese)

[19] CJJ37—2016. 城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范 [S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1991.CJJ37—2016. Urban Roads Design Standards[S]. Beijing：China Building Industry Press，1991.(in Chinese)

[20] 劉海青. 公路設(shè)計(jì)的計(jì)算行車速度 [J]. 中外公路，1997(4)：41-46.LIU Haiqing. Calculated Driving Speed of Road Design [J].Journal of China & Foreign Highway，1997(4)：41-46. (in Chinese)

[21] RICHARDS D， CUERDEN R. The Relationship Between Speed and Car Driver Injury Severity [J]. Road Safety Web Publication， 2009(9)：3-16.

[22] 石秀麗，李金庫. 關(guān)于汽車正面碰撞的研究 [J]. 交通科技與經(jīng)濟(jì)，2006，8(5)：106-108.SHI Xiuli，LI Jinku. Research on Automotive Frontal Collision [J]. Technology & Economy in Areas of Communications，2006，8(5)：106-108. (in Chinese)

[23] 黃海燕，張大龍，葉強(qiáng). 我國典型低速電動車市場消費(fèi)者調(diào)查 [J]. 汽車工業(yè)研究，2011(8)：16-18.HUANG Haiyan，ZHANG Dalong，YE Qiang. Consumer Survey of Typical Low Speed Electric Vehicle Market in China [J]. Auto Industry Research，2011(8)：16-18.(in Chinese)