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傅雪峰

傅雪峰

汽车博主,特约汽车评论员。用平静而幽默的笔触解读汽车变革。

电动汽车100年前就比油车先进,却败给了汽油

2023-10-17 13:18
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  电动汽车为什么卷土重来?当下最优的汽车动力为什么是插混?插混的尽头为什么是增程(但不是现在你看到的那些增程)?电动汽车为什么一定会彻底取代燃油车?

  时隔百年,回望电动车与内燃机车争夺人类交通控制权的一段峥嵘岁月,会让人恍然悟到:车辆的机动化之路也许只是偶然拐向了内燃机;而“油电之争”的历史,有助于我们更清楚地看到:为什么汽车终究会走向电动化?油与电之间,为什么会有混动?插混为什么不能简单理解为混动的升级,而更像是一个新物种?

▲1899年,比利时人制造的La Jamais Contente电动车是第一辆时速破100公里的公路车辆


  这一系列话题,我们先从燃油车“偶然”战胜电动车说起。

“机动车”三强争霸

  1900年,上一个世纪之交,人类绝对主流的交通工具仍然是马车。《福特帝国》一书中写道:


  “1900年,全美共有1800万匹马,而汽车只有8000辆。”


▲1900年代初的纽约街头,马车仍是最重要的交通工具


  1900年,美国共制造了4192辆汽车,其中40%是蒸汽机汽车(1681辆),38%是电动汽车(1575辆),内燃机驱动的汽车仅占22%(936辆)。

  这个排序,恰恰也是这三种“自带动力”的新型车辆出现时间的次序。

  德国的卡尔·奔驰在1886年获得“以汽油为燃料的机动车(automobile)”专利,被公认为汽车的源头;然而,这是典型的“成王败寇”式误解,燃油车随之而来的霸主地位,让人们在有意无意中选择性忽视了蒸汽机和电动汽车的光辉岁月。

▲卡尔·奔驰和他制造的第一辆内燃机汽车


  众所周知,再往前推100余年,瓦特改良的蒸汽机让人类获得新的动力,开始进入机械时代,并开启了第一次工业革命。在此之前,人类的生产劳作,主要依靠自己或是牛马等牲畜的肌肉产生的力量。

  与此同时,蒸汽机顺理成章地被用于解决人类的交通问题,除用蒸汽机驱动火车和轮船之外,在19世纪上半叶,人们就尝试制造各种蒸汽机汽车,到内燃机汽车刚刚露头的1880年代,法、美等国已经出现了一批大的的蒸汽机汽车制造商。

  电动汽车,则与19世纪下半叶开始的第二次工业革命相伴而来。

  第二次工业革命的一个重要标志是电力的应用,而电机则是除照明之外电力最重要的应用方式。

  1799年,伏特发明了电池,人类从此可以获得稳定的电流;

  1820年代,法拉第发现的电磁感应现象,迅速推动了电机的发明热潮;

  1859年,可充电铅酸电池的发明,为车辆上的电能存储提供了可行方案;

  1881年,在奔驰的内燃机汽车问世前几年,世界上第一辆电动汽车跑上了巴黎街头。

▲1881年,法国人古斯塔夫·特鲁韦发明了第一辆电动汽车


内燃机胜出

  蒸汽机、内燃机、电机,三种汽车动力在上世纪初展开了自由竞争。

  蒸汽机汽车是当时最成熟的,但这种由锅炉蒸气产生动力的机械非常笨重,要花很长时间来启动,而且不时需要停下来加水。

▲蒸汽机汽车在上世纪初大行其道(图为1903年的一辆蒸汽机汽车)


  内燃机和蒸汽机都属于“热机”,用以把热能转化成机械能,而蒸汽机实际上就是燃烧在气缸外进行的“外燃机”。1876年,奥托发明四冲程内燃发动机,内燃机小巧、轻便而效率高,这种新型“热机”替代老式“热机”成为汽车动力,完全合乎逻辑。

  问题是,看上去更先进的电动汽车,为什么也被内燃机击败了?

  在1900年代的第一个10年中,电动汽车正处于自己的黄金年代,这种车启动简单,行驶安静,操作容易,被认为是马车最理想的替代品。

  当时生产的电动汽车豪华、舒适而优雅,深得欧美上流社会人士(尤其是女性)的欢心。

▲上世纪初,电动汽车受到西方富裕阶层女性的青睐


  在伦敦和巴黎,邮政部门拥有大量的电动车来运送邮件,而纽约90%的出租汽车是电动车;在欧美国家的城市中,电动货车开始替代马车,成为新的送货工具。

  甚至一些今天听上去很先进的概念,比如换电服务、插电式混合动力等,在当时都已经出现。超出很多现代人想象的是:100年前,电动汽车换电服务在欧美一些城市开始了成熟的商业运作,人们可以买一辆不带电池的电动车,然后向电池运营商租用电池,模式一如现在的蔚来汽车。

▲1906年,德国柏林一辆电动出租汽车正在更换电池


  相形之下,当时的内燃机汽车仍有太多尚待完善之处:启动需要用手去转动一个摇把,稍有不慎就可能打伤手臂;发动机运转时伴随着巨大的噪音和振动,还会排出难闻的尾气;驾驶时需要挂档换档,而早期汽车的换档操作复杂而且伴随着相当大的机械冲击。

  从1908年开始,亨利·福特制造出了伟大的福特T型车,并在随后的十几年中一举把美国送进汽车社会——而他的太太却一直开着一辆哈里森公司出品的电动汽车。

  相比两个竞争对手,电动汽车有太多明显优势,看上去是汽车动力的理想选择。实际上,在T型车一炮而红,销量疯狂增长的时候,亨利·福特和一位顶尖重量级人物合作,秘密进行电动汽车的研发。

  然而,在1910年代电动汽车达到了早期的巅峰时刻后,被燃油车快速超越。到了1920年代,大部分电动汽车公司关门歇业,再过十来年后,这个行业就几乎消失了。

电动汽车衰落的误解

  1912年,电动汽车在美国的销量达到顶峰。同在这一年,燃油车迎来了历史上一个重大革新:电启动首次装在了凯迪拉克汽车上,代替费力而危险的手摇启动。

  燃油车的启动从此变得简单轻松,这一事件后来被公认为燃油车刺向电动汽车的一把匕首。


▲手摇启动燃油车费力而且有一定危险性


  电,成为燃油车终结电动汽车的帮凶,这听上去有些讽刺。但实际上这只是后人的想象,虽然1912年就出现了电启动,但真正让燃油车得以普及的是福特T型车,而T型车大批量装备电启动是在1920年之后。

  后人从自己的角度,对100年前电动汽车的衰落原因进行了各种解读,除了油车装备电启动之外,常见的另一个说法是:电动汽车续航太短。

  这又是以今人之心,度昔人之腹。

  100年前,欧美只有城镇中才有像样的道路,乡间的路况非常差,路面到处是坑洼和车辙,一下雨就变得泥泞不堪,只适合车轮高而窄的马车通行。

  在机动车刚出现的年代,汽车能行驶的范围有限,通常只是在城里转悠。当时电动汽车冲满电一次能行驶50英里(80公里),长的接近100英里(160公里),根本不存在今人所谓的“续航焦虑”。



▲1910年的电动汽车广告,其中提到电池支持70到100英里续航(约110到160公里)


  早期的燃油车,加满油能跑100多公里,但由于质量不稳定,通常跑三四十公里就要停下来加水或者进行简单的维修调整。相比之下,电动汽车的续航能力也不落下风。

  从技术角度看,电动汽车效率高,操作简单,运行安静平顺,无论是性能还是驾乘体验,都完胜燃油车。

  而燃油车重要的技术进步,比如抑制发动机爆震、变速器同步器等,大多出现在1920年代以后。在此之前,电动汽车已经开始走向衰落。

  燃油车当年击败电动车,不是靠技术领先,而是另有隐情。

汽油给了电车致命一击

  真正让电动汽车逐步退出历史舞台的,是高昂的价格和使用成本。后者在今天听上去不可思议,那是因为很多人并不了解100多年前的电力供应。

  燃油车大获全胜,第一大功臣毫无疑问就是美国的亨利·福特;当然,他同时也是把美国推上“车轮上的国家”的关键人物。

  在福特T型车1908年上市之前,昂贵的汽车只是极少数富翁们的玩物,而T型车售价低廉,美国的农民家庭也买得起。T型车引爆了汽车市场,让汽车这一新的交通工具迅速在美国走向普及,并最终于1920年代彻底击败了马车。


▲福特T型车引领了美国家庭的汽车普及浪潮


  而电动汽车的价格一直高高在上,1910年前后,福特T型车的平均售价不到800美元(在当时也并不算便宜,大约相当于美国一名教师一年的工资),而电动汽车的平均售价在3000美元以上。

  另一个让今人深感匪夷所思的事实是,当时的电价堪称天价。

  在上个世纪初,电力供应在欧美也是刚刚起步,主要用于城市照明。当时美国一度电售价在20美分到40美分。

  相比之下,汽油售价当时则便宜得惊人,一加仑(约3.8升)仅在5美分左右。

  现在则完全反转过来。今天美国一度电售价便宜的仅十几美分,贵的也就20多美分;而大多数州一加仑汽油在3.7美元左右,贵的州则在一加仑5美元以上。

  当时的电动汽车,不光是买不起,实际上大多数人也用不起,更何况美国的农村地区根本没有电力供应。


  而汽油供应则如开闸放水一样,上世纪初,美国德克萨斯州等地陆续发现新油田,原油供应量暴增,汽油变得越来越便宜;1910年代初,美国出现第一批加油站,到了1920年,美国已是遍地加油站,开车的人们随处可以加到廉价的汽油。


▲1910年,福特T型车在美国一个加油站加油


福特的“廉价电动车”

  1913年,福特公司启用了流水线来制造T型车,当年的产量就暴增两倍多,到了1914年,T型车的销量超过了全球所有其它汽车销量的总和。

  鲜为人知的是,就在T型车获得巨大成功的时候,亨利·福特的电动汽车项目在悄然推进。

  1914年5月,亨利·福特对《纽约时报》透露:

  爱迪生先生和我多年来一直在研究一种廉价且实用的电动汽车。我希望,我们将在一年内开始生产电动汽车。


▲1914年,一辆基于福特T型车车身的电动汽车正在测试


  亨利·福特打算把电动汽车售价降到550美元到700美元之间。这一价格比以廉价著称的T型车高(1914年T型车售价约440美元),但比市面上大多数汽油车便宜。

  爱迪生是享有世界声誉的发明家,也是电力普及的先驱。在造车之前,亨利·福特曾在底特律爱迪生照明公司担任工程师,他打算制造内燃机汽车的想法,也得到了爱迪生的肯定。

  但实际上爱迪生始终认为,嘈杂、肮脏而故障频出的内燃机并不靠谱,安静清洁的电动汽车才是正道。

  上世纪初,爱迪生已经在蓄电池方面取得了进展,开发出比铅酸电池更轻便耐用的镍铁电池,并且向电动汽车制造商供货。亨利·福特与老东家秘密合作,恰恰正是想使用这种新型电池制造电动汽车。

▲爱迪生站在一辆电动汽车旁,手里拿着一块为电动汽车开发的电池


  这一项目隐秘进行了好几年,亨利·福特为此投入了巨额资金,但由于镍铁电池内阻大,导致低温等环境下汽车无法正常使用,项目约于1915年搁浅。此时正值T型车的销售如日中天,亨利·福特的精力彻底转向了燃油车。

汽油跑赢电力

  石油的商业化开采,可以追溯到1850年代。但当时开采石油的目的,是从中蒸馏出煤油,用以替代鲸油去照明。

  奥托发明四冲程内燃发动机的时候,使用的燃料并不是汽油,而是煤气。卡尔·奔驰的第一辆汽车,也不是由汽油来驱动,在发动机里燃烧的是石油醚——一种当时在药店里出售的清洁剂。早期的福特T型车,发动机的胃口很杂,同时支持煤油、汽油和乙醇。

  在1900年代初期,汽油仍然只是生产照明用煤油的副产品;在内燃机汽车销量大增之后,汽油的产量在1910年代超过煤油,成为主流油品。1910年以前,美国人开车到杂货铺、五金店或是药店去购买汽油;到1920年代,美国的加油站已是遍地开花。

▲1930年左右的一个美国加油站


  而当时的电力供应尚在拓荒,不但电价高,发电设施和电压也没有标准化,还存在交直流之间的激烈争斗。在1910年代,你可以买到一辆电动汽车,但怎么充电是个大麻烦,不像今天,你随便找个插座就能喂饱自己的电车。

  美国大规模向农村供应电力,是在1930年代以后,此时,电动汽车制造商已经基本消失了。

  100年前,汽油跑赢了电力,这也直接导致内燃发动机跑赢了电机,从此独霸汽车动力百余年。

偶然与必然

  今人谈论起百年前的汽车油电之争,往往忽略当时汽车的生存环境——路、油、电等等,如果以现在的眼光,很容易简单地把电车之败归结为续航能力不足。

  1920年代以后,美国城市之间的路网迅速完善,跨城移动确实对汽车的续航能力提出了新要求。但在道路改善和长途行驶的需求出现之前,电动汽车已经开始衰落,显然,这个锅不该由续航能力来背。


▲1917年,美国西雅图附近的道路状况


  从技术角度看,百年前的电动汽车无疑明显领先于内燃机。在爱迪生看来,它可以悄然启动,不会发出让人心惊的轰鸣和颤动,没有复杂而不时传出怪响的机械结构,也用不着故障频出的水冷散热,还不会遍体油污并排出难闻的气味——爱迪生不止一次公开表示,电动汽车将成为家庭的主流交通工具。

  人类几次技术革命的历程,是机械时代——电力时代——信息时代,从这个角度看,电动汽车确实也更符合技术逻辑和潮流。

  回头来看,内燃机排挤掉电机,并独霸汽车动力百余年,确实有一定的偶然性。

  假如上世纪初没有在美国德克萨州等地发现储量巨大的油田,就不会有充足而廉价的汽油供应,当汽油是稀缺而昂贵的燃料时,内燃机还有机会成为大众化动力吗?

  哪怕这些油田晚发现二三十年,在电力广泛普及后,电动汽车就有可能占了先机,挤压内燃机的生存空间。

  假如亨利·福特和爱迪生合作的电动汽车项目没有半途而废,在1910年代研发出便宜、轻便的电动汽车,油、电两种动力会不会在接下来的百年中并驾齐驱?

▲现代汽车媒体对比测试100年前的福特T型车(右)和底特律电动车(左)


  也许你觉得电动汽车技术尤其是电池技术发展太缓慢,导致了被燃油车快速超越,但试想如果当年电动汽车成为主流,全球天量的资金和研发资源集中到这个领域,结果会如何?

  也许你觉得这些假设没有意义,但人类的技术路线正如物种演化,不但充满偶然性,而且深受周边生态的影响。你想养一群羊,必须找到一片水草丰美的草场,燃油车碰巧先找到了那片草场;而以人工智能为代表的第四次技术革命已经来临,燃油车的草场明显开始退化,时隔百年后,电动汽车如今又找到了适合生存的大草原。

  汽车的电动化之路说来话长,下一个话题,打算聊聊油电混合动力的缘起,和混动技术的“基因突变”。

  转载自傅雪峰微信公众号

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