新能源汽车综合经济性对比分析及预测研究

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.02.018

摘要/Abstract

摘要：

传统车辆经济性对比分析方法受车辆配置、大小、质量等因素影响，容易得出普通车辆经济性远高于豪华车辆的结论。为了对新能源汽车和传统燃油汽车的综合经济性进行深入客观的对比分析研究，本文中建立了一套搭载不同动力系统车辆的综合经济性预测模型，并基于该模型进行了新能源汽车（纯电动和燃料电池商用车）与传统燃油汽车的综合经济性对比分析及预测研究，从车辆的不同续驶里程和质量两个维度要求考虑，建立了搭载不同动力系统车辆的成本预测模型，并对纯电动汽车、燃料电池汽车、传统燃油汽车在当下、2025年、2030年、2035年的动力系统成本和全生命周期使用成本进行数据计算和经济性预测。预测结果表明：未来纯电动汽车和燃料电池汽车动力系统成本和全生命周期成本将会进一步下降，甚至会逐步优于传统燃油汽车；燃料电池汽车成本下降速度更快，在长续驶里程和高重载条件要求下，燃料电池商用车的全生命周期成本将逐步低于同类型传统燃油汽车和纯电动汽车，建议我国优先发展对续驶里程要求较长的重型商用车。

关键词: 纯电动汽车, 燃料电池汽车, 经济性, 预测

Abstract:

The traditional comparative analysis method of vehicle economy is influenced by vehicle configuration, size, weight and other factors, which is prone to draw the conclusion that the economy of ordinary vehicles is much higher than that of luxury vehicles. In order to conduct an in-depth and objective comparative analysis on the comprehensive economy of new energy vehicles and traditional fuel vehicles, a comprehensive economy prediction model of vehicles with different power systems is established and the comparative analysis and forecast of the comprehensive economy of the new energy vehicles (pure electric and fuel cell commercial vehicles) and the traditional fuel vehicles are made based on the model. In consideration of different driving range and different weight requirements of vehicles, the cost prediction model of vehicles with different power systems is established and data calculation and economy forecast are made on the power systems cost and the whole life-cycle use cost of pure electric vehicles, fuel cell vehicles (FCVs), and traditional fuel vehicles in the present, 2025, 2030 and 2035. The prediction results show that the power system cost and the whole life-cycle cost of pure electric vehicles and FCVs will decline further and be even lower than traditional fuel vehicles in the future, with FCVs cost declining even faster. The whole life-cycle use cost of FCVs will be gradually lower than that of pure electric vehicles and traditional fuel cars of the same type under the condition of long driving range and high heavy load, therefore, it is suggested that the development of heavy commercial vehicles with longer driving range requirements should be given priority to in China.

Key words: pure electric vehicles, FCVs, economy, prediction

朱成,刘頔,滕欣余,张国华,于丹,刘沙,胡苧丹. 新能源汽车综合经济性对比分析及预测研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(2): 333-340.

Cheng Zhu,Di Liu,Xinyu Teng,Guohua Zhang,Dan Yu,Sha Liu,Ningdan Hu. Comparative Analysis and Forecast Research on Comprehensive Economy of New Energy Vehicles[J]. Automotive Engineering, 2023, 45(2): 333-340.

图/表 7

表1

表2

2-20 t商用车能耗及动力系统维护费用表"

车辆总质量/kg	2 000	3 000	4 000	5 000	6 000	7 000	8 000
目前百公里电耗/（kW·h·100 km^-1）	23.00	31.00	37.00	44.00	50.00	56.00	63.00
2025预计百公里电耗/（kW·h·100 km^-1）	22.31	30.07	35.89	42.68	48.50	54.32	61.11
2030预计百公里电耗/（kW·h·100 km^-1）	21.64	29.17	34.81	41.40	47.05	52.69	59.28
2035预计百公里电耗/（kW·h·100 km^-1）	20.99	28.29	33.77	40.16	45.63	51.11	57.50
目前百公里氢耗/（kg·100 km^-1）	1.40	2.00	2.40	2.80	3.20	3.60	4.00
2025预计百公里氢耗/（kg·100 km^-1）	1.12	1.60	1.92	2.24	2.56	2.88	3.20
2030预计百公里氢耗/（kg·100 km^-1）	1.01	1.44	1.73	2.02	2.30	2.59	2.88
2035预计百公里氢耗/（kg·100 km^-1）	0.95	1.35	1.62	1.90	2.17	2.44	2.71
柴油车百公里油耗/（L·100 km^-1）	7.50	10.00	12.00	14.00	16.00	18.00	20.00
增程式燃料电池系统功率/kW	35	35	40	40	45	45	50
柴油车动力系统价格/元	30 000	30 000	40 000	50 000	60 000	70 000	80 000
车辆电机驱动系统功率/kW	70	75	80	85	90	95	100
纯电动汽车年维保费用/元	1 000	1 000	1 000	1 000	1 000	1 000	1 000
燃料电池汽车年维保费用/元	8 000	8 000	8 000	8 000	8 000	8 000	8 000
柴油车年维保费用/元	6 000	6 000	6 000	6 000	6 000	6 000	6 000
车辆总质量/kg	9 000	10 000	11 000	12 000	15 000	18 000	20 000
目前百公里电耗/（kW·h·100 km^-1）	69.00	75.00	82.00	88.00	100.00	110.00	125.00
2025预计百公里电耗/（kW·h·100 km^-1）	66.93	72.75	79.54	85.36	97.00	106.70	121.25
2030预计百公里电耗/（kW·h·100 km^-1）	64.92	70.57	77.15	82.80	94.09	103.50	117.61
2035预计百公里电耗/（kW·h·100 km^-1）	62.97	68.45	74.84	80.32	91.27	100.39	114.08
目前百公里氢耗/（kg·100 km^-1）	4.40	4.80	5.20	5.60	6.40	7.00	8.00
2025预计百公里氢耗/（kg·100 km^-1）	3.52	3.84	4.16	4.48	5.12	5.60	6.40
2030预计百公里氢耗/（kg·100 km^-1）	3.17	3.46	3.74	4.03	4.61	5.04	5.76
2035预计百公里氢耗/（kg·100 km^-1）	2.98	3.25	3.52	3.79	4.33	4.74	5.41
柴油车百公里油耗/（L·100 km^-1）	22.00	24.00	26.00	28.00	32.00	35.00	40.00
增程式燃料电池系统功率/kW	50	55	55	60	70	80	90
柴油车动力系统价格/元	90 000	10 0000	110 000	120 000	150 000	180 000	200 000
车辆电机驱动系统功率/kW	110	120	130	130	140	150	200
纯电动汽车年维保费用/元	1 000	1 000	1 000	1 000	1 000	1 000	1 000
燃料电池汽车年维保费用/元	8 000	8 000	8 000	8 000	8 000	8 000	10 000
柴油车年维保费用/元	8 000	8 000	8 000	8 000	8 000	8 000	10 000

表2

表3

表4

搭载不同动力系统车辆4时间段的动力系统和全生命周期价格模型"

纯电动汽车	细分条目	计算方式
动力系统成本	动力电池系统成本	能量型电池系统每千瓦单价×储电量（纯电动汽车一般采用能量型电池）
动力系统成本	驱动电机系统成本	电机驱动系统功率×电机系统每千瓦单价×2（驱动电机系统包括驱动电机与控制系统，控制系统价格约等于电机价格）
使用成本（按照10年60万km来计算纯电动汽车使用成本，不考虑在10年内更换其动力系统）	纯电动汽车维护费用	纯电动汽车年维保费用×10年
使用成本（按照10年60万km来计算纯电动汽车使用成本，不考虑在10年内更换其动力系统）	纯电动汽车充电费用	百公里电耗×每千瓦时的充电电费×600000/100
全生命周期成本		纯电动汽车动力系统成本+使用成本
燃料电池汽车	细分条目	计算方式
动力系统成本	燃料电池电堆系统成本	电堆功率×电堆系统每千瓦单价
	动力电池系统成本	能量功率型电池系统每千瓦时单价×储电量（燃料电池汽车所用动力电池一般采用能量功率型电池）
	氢气瓶成本	运输每千克氢气的氢气瓶单价×储氢量
	驱动电机系统成本	电机驱动系统功率×电机系统每千瓦单价×2（驱动电机系统包括驱动电机与控制系统，控制系统价格约等于电机价格）
使用成本（按照10年60万km来计算燃料电池汽车使用成本，不考虑在10年内更换其动力系统）	燃料电池汽车维护费用	燃料电池年维保费用×10年
使用成本（按照10年60万km来计算燃料电池汽车使用成本，不考虑在10年内更换其动力系统）	燃料电池汽车燃料费用	百公里氢耗×氢气价格×600000/100
全生命周期成本		燃料电池汽车动力系统成本+使用成本
传统燃油汽车	细分条目	计算方式
动力系统成本	柴油车动力系统价格	如表2数据所示
使用成本（按照10年60万km来计算传统燃油汽车使用成本，不考虑在10年内更换其动力系统）	传统燃油汽车维护费用	传统燃油汽车（柴油汽车）年维保费用×10年
使用成本（按照10年60万km来计算传统燃油汽车使用成本，不考虑在10年内更换其动力系统）	传统燃油汽车燃油费用	百公里油耗×柴油价格×600000/100
全生命周期成本		传统燃油汽车动力系统成本+使用成本

表4

图1

图2

图3

参考文献 22

1	陈力维，高润泽．我国新能源汽车技术发展现状分析［J］.交通节能与环保，2021，17（6）：14-19．
	CHEN Liwei， GAO Runze. Analysis on the current status of China’s new energy vehicle technology development ［J］. Transport Energy Conservation ＆ Environmental Protection， 2021， 17（6）：14-19.
2	孟照鑫，何青，胡华为，等．我国氢能产业发展现状与思考［J］．现代化工，2022，42（1）：1-6．
	MENG Zhaoxin， HE Qing， HU Huawei， et al. Development situation and consideration of hydrogen energy industry in China ［J］. Modern Chemical Industry， 2022， 42（1）：1-6.
3	谭旭光，余卓平．燃料电池商用车产业发展现状与展望［J］．中国工程科学，2020，22（5）：152-158．
	TAN Xuguang， YU Zhuoping. Development status and prospects of fuel cell commercial vehicle industry ［J］. Strategic Study of CAE， 2020， 22（5）：152-158.
4	王菊，朱心怡．国内外燃料电池汽车示范与应用情况综述［J］．太阳能，2017（8）：31-34．
	WANG Ju， ZHU Xinyi. Summary of fuel cell vehicle demonstration and application at home and abroad ［J］. Solar Energy， 2017（8）： 31-34.
5	滕欣余，朱成，于丹，等．京津冀地区燃料电池汽车示范运行研究［J］.综合运输，2021，43（2）：122-132．
	TENG Xinyu， ZHU Cheng， YU Dan， et al. Fuel cell vehicle demonstration operation in Beijing-Tianjin-Hebei region ［J］. China Transportation Review， 2021， 43（2）：122-132.
6	滕欣余，于丹，朱成，等．佛山市燃料电池汽车示范运行研究［J］.综合运输，2021，43（4）：1-8．
	TENG Xinyu， YU Dan， ZHU Cheng， et al. Research of fuel cell vehicle demonstration operation in Foshan ［J］. China Transportation Review， 2021， 43（4）： 1-8.
7	滕欣余，朱成，于丹，等．郑州市燃料电池汽车示范运行研究［J］.综合运输，2021，43（8）：139-144．
	TENG Xinyu， ZHU Cheng， YU Dan， et al. Research of fuel cell vehicle demonstration operation in Zhengzhou ［J］. China Transportation Review， 2021， 43（8）： 139-144.
8	于广欣，纪钦洪，刘强，等．氢能及燃料电池产业瓶颈分析与思考［J］.现代化工，2021，41（4）：1-4．
	YU Guangxin， JI Qinhong， LIU Qiang， et al. Analysis and consideration on bottlenecks of hydrogen energy and fuel cell industries ［J］. Modern Chemical Industry， 2021， 41（4）：1-4.
9	赵梅梅，吴永国，王振华，等．氢产业现状及展望［J］.煤炭加工与综合利用，2021，41（4）：1-10．
	ZHAO Meimei， WU Yongguo， WANG Zhenhua， et al. The status quo of hydrogen preparation field and application prospect ［J］. Coal Processing & Comprehensive Utilization， 2021， 41（4）： 1-10.
10	邢璐．氢能重卡应用示范的经济性分析和商业模式探讨［J］.当代石油石化，2021，29（8）：6-11．
	XING Lu. Economic analysis and business model discussion of hydrogen heavy truck application demonstration ［J］. Petroleum & Petrochemical Today， 2021， 29（8）： 6-11.
11	王佳，方海峰．我国燃料电池汽车战略定位、补贴政策和试点示范政策的思考［J］.汽车与配件，2019（1）：47-49．
	WANG Jia， FANG Haifeng. The strategic positioning， subsidy policy and pilot demonstration polic yof fuel cell vehicles in China ［J］. AUTOMOBILE&PARTS， 2019（1）： 47-49.
12	邱彬，禹如杰，刘勇，等．基于学习率的纯电动与燃料电池汽车分场景经济性比较研究［J］.汽车工程，2021，43（2）：296-304．
	QIU Bin， YU Rujie， LIU Yong， et al. A comparative study on economy of battery and fuel cell electric vehicles of different application scenarios based on learning rate ［J］. Automotive Engineering， 2021， 43（2）：296-304.
13	曹红斌．基于运营商视角的燃料电池插电式混合动力电动客车成本研究［D］. 西安：长安大学，2020．
	CAO Hongbin. Cost analysis of fuel cell plug-in hybrid electric buses from operators’perspective ［D］. Xi’an： Chang’an University， 2020.
14	孔德洋，唐闻翀，柳文灿，等．燃料电池汽车能耗、排放与经济性评估［J］.同济大学学报（自然科学版），2018，46（4）：498-503．
	KONG Deyang， TANG Wenchong， LIU Wencan， et al. Energy consumption， emissions and economic evaluation of fuel cell vehicles ［J］. Journal of Tongji University（Natural Science）， 2018， 46（4）： 498-503.
15	卢兵兵，黄真．基于TCO分析氢气价格对燃料电池重卡经济性的影响［J］.上海汽车，2021（9）：15-21．
	LU Bingbing， HUANG Zhen. The economy effect analysis of hydrogen price of fuel cell heavy truck based on TCO ［J］. Shanghai Automobile， 2021（9）： 15-21.
16	刘佳慧．氢燃料电池汽车生命周期评价研究［D］. 西安：长安大学，2020．
	LIU Jiahui.Life cycle assessment of hydrogen fuel cell vehicle ［D］. Xi’an： Chang’an University， 2020.
17	梁媚．新能源汽车和传统燃油汽车环境影响与生命周期成本研究［D］. 北京：中国石油大学，2020．
	LIANG Mei. Environmental impact and life cycle cost analysis of new energy vehicles and traditional fuel vehicles ［D］. Beijing： China University of Petroleum， 2020.
18	杨凡．中国氢能发展路径的成本收益分析［D］. 北京：中国石油大学，2020．
	YANG Fan. Cost and benefit analysis of hydrogen energy development pathway in China ［D］. Beijing： China University of Petroleum， 2020.
19	中国汽车工程学会．节能与新能源汽车技术路线图2.0［M］．北京：机械工业出版社，2020．
	China Society of Automotive Engineers. Energy saving and new energy vehicle technology roadmap 2.0 ［M］. Beijing： China Machine Press， 2020.
20	赵洪雪，李枭，庞知非，等．氢燃料电池汽车发展现状浅析［J］.交通节能与环保，2020，16（78）：11-15．
	ZHAO Hongxue，LI Xiao，PANG Zhifei， et al. Analysis on current development of fuel cell vehicles ［J］. Transport Energy Conservation & Environmental Protection， 2020， 16（78）： 11-15.
21	郭朋彦，周鹏．燃料电池客车产业化现状与展望［J］.汽车实用技术，2017（18）：257-258．
	GUO Pengyan， ZHOU Peng. Status and prospect of industrialization of fuel cell buses ［J］. Automobile Applied Technology， 2017（18）： 257-258.
22	赵东江，马松艳．燃料电池汽车及其发展前景［J］.绥化学院学报，2017，37（5）：143-147．
	ZHAO Dongjiang， MA Songyan. The development prospects of fuel cell vehicles ［J］. Journal of Suihua University， 2017， 37（5）： 143-147.

项目	目前价格	2025目标	2030目标	2035目标
商用车电堆系统价格/（元·kW^-1）	10 000	2 500	1 000	400
氢气瓶价格/（元·（kgH₂）^-1）	8 000	6 000	4 000	3 000
氢气价格/（元·kg^-1）	60	40	25	25
能量型电池系统价格/（元·（kW·h）^-1）	1 000	640	550	470
功率型电池系统价格/（元·（kW·h）^-1）	2 500	1 700	1 370	1 000
能量功率型电池系统价格/（元·（kW·h）^-1）	1 600	857	753	670
电机系统价格/（元·kW^-1）	100	58	50	40
充电电费/（元·（kW·h）^-1）	1.5	1.5	1.5	1.5
柴油价格/（元·L^-1）	6.5	6.5	6.5	6.5

续驶里程	车质量2 000 kg		车质量5 000 kg		车质量8 000 kg		车质量12 000 kg
续驶里程	纯电动汽车储电量/（kW·h）	燃料电池汽车储氢量/kg	纯电动汽车储电量/（kW·h）	燃料电池汽车储氢量/kg	纯电动汽车储电量/（kW·h）	燃料电池汽车储氢量/kg	纯电动汽车储电量/（kW·h）	燃料电池汽车储氢量/kg
100 km	23.00	0	44.00	0	63.00	0	88.00	0
200 km	46.00	1.40	88.00	2.80	126.00	4.00	176.00	5.60
300 km	69.00	2.80	132.00	5.60	189.00	8.00	264.00	11.20
400 km	92.00	4.20	176.00	8.40	252.00	12.00	352.00	16.80
500 km	115.00	5.60	220.00	11.20	315.00	16.00	440.00	22.40
600 km	138.00	7.00	264.00	14.00	378.00	20.00	528.00	28.00
700 km	161.00	8.40	308.00	16.80	441.00	24.00	616.00	33.60
800 km	184.00	9.80	352.00	19.60	504.00	28.00	704.00	39.20
900 km	207.00	11.20	396.00	22.40	567.00	32.00	792.00	44.80
1000 km	230.00	12.60	440.00	25.20	630.00	36.00	880.00	50.40

[1]	孔维峰,方川,刘继红,李建秋,李飞强,黄圣涛,赵兴旺,石焱,袁殿,徐梁飞,孙鹏,周恩飞,欧阳明高. 基于单片阻抗一致性吹扫的燃料电池低温冷启动策略研究[J]. 汽车工程, 2024, 46(2): 260-268.
[2]	杨彪, 韦智文, 倪蓉蓉, 王海, 蔡英凤, 杨长春. 基于动作条件交互的高效行人过街意图预测[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 29-38.
[3]	王军年, 程川泰, 高菲, 付铁军, 任金东. 共享汽车驾驶员适宜H点和座椅参数实验研究[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 39-49.
[4]	张鹏博, 陈仁祥, 邵毅明, 孙世政, 闫凯波. 纯电动汽车电驱动系统故障诊断研究进展[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 61-74.
[5]	赵高士,陈龙,蔡英凤,廉玉波,王海,刘擎超,滕成龙. 融合复杂网络和记忆增强网络的轨迹预测技术[J]. 汽车工程, 2023, 45(9): 1608-1616.
[6]	梅润,褚端峰,高博麟,李克强,丛炜,陈超义. 基于云控系统的队列预测性巡航与换道决策[J]. 汽车工程, 2023, 45(8): 1299-1308.
[7]	连静,李硕贤,刘一荻,杨东方,李琳辉. 基于车道目标引导的车辆轨迹预测[J]. 汽车工程, 2023, 45(8): 1353-1361.
[8]	王明,唐小林,杨凯,李国法,胡晓松. 考虑预测风险的自动驾驶车辆运动规划方法[J]. 汽车工程, 2023, 45(8): 1362-1372.
[9]	高锋,冯德福,胡秋霞. 面向NMPC运动规划系统的数值优化加速技术[J]. 汽车工程, 2023, 45(8): 1438-1447.
[10]	胡启慧,蔡英凤,王海,陈龙,董钊志,刘擎超. 基于层次图注意的异构多目标轨迹预测方法[J]. 汽车工程, 2023, 45(8): 1448-1456.
[11]	陈国强,申正义,孙利,支梦帆,李彤. 基于BP神经网络优化遗传算法的智能座舱感性意象预测[J]. 汽车工程, 2023, 45(8): 1479-1488.
[12]	林程, 汪博文, 吕沛原, 宫新乐, 于潇. 面向变曲率道路的自动驾驶汽车换道博弈运动规划与协同控制研究[J]. 汽车工程, 2023, 45(7): 1099-1111.
[13]	高镇海, 鲍明喜, 高菲, 唐明弘. 基于LSTM概率多模态预期轨迹预测方法[J]. 汽车工程, 2023, 45(7): 1145-1152.
[14]	李军, 周伟, 唐爽. 基于自适应拟合的智能车换道避障轨迹规划[J]. 汽车工程, 2023, 45(7): 1174-1183.
[15]	查云飞,吕小龙,陈慧勤,易迎春,王燕燕. 基于路面附着系数估计的车辆轨迹跟踪控制[J]. 汽车工程, 2023, 45(6): 1010-1021.