电动汽车历史悠久,它的发展史甚至比燃油汽车的历史还要长。世界上第一辆机动车就是1834年诞生的第一辆电动汽车,它比1886年问世的世界上第一辆内燃机汽车,要早半个世纪。
世界上第一辆电动汽车
1834年,美国发明家T. Davenport发明了世界上第一辆真正意义上的电动汽车,这辆电动汽车采用不可充电的简单玻璃封装蓄电池驱动,只能行驶一小段距离。1839年,苏格兰的罗伯特·安德森给四轮马车装上了电池和电动机,将其成功改造为世界上第一辆靠电力驱动的车辆。
1881年,法国工程师G.Trouve装配了以铅酸电池为动力的电动汽车,成为世界上第一辆以可充电电池为动力的电动汽车。
G.Trouve和他的电动汽车
1886年,F. J. Sprague设计生产出有轨电车,法国人M. A. Darracq提出了再生制动技术,作为那个时期电动汽车最重要的发明,这一技术较大幅度地提高了电动汽车的能量效率。1899年5月,比利时人C. Jenatzy驾驶的子弹头式的电池电动赛车“Jamais Contente(永不满足号)”创下了110km/h的纪录,成为历史上第一辆时速超过100km/h的汽车。
永不满足号电动汽车
从19世纪末到20世纪初,在欧美等发达国家的新兴城市里,马车和自行车等交通工具已逐步为电动汽车、内燃机车及蒸汽机车所取代。电动汽车变得流行起来,并进入了一个商业化的发展阶段。美国、英国和法国先后涌现出一批著名的电动汽车制造公司,如最早的电动汽车制造厂Morris和Salom电动客车和货车公司,以及Pope制造公司、Riker电动汽车公司、BGS公司等,甚至英国伦敦的电动出租车公司也生产了15辆电动汽车。到1912年,美国约有34000辆注册的电池电动汽车,几乎涵盖了各种车型。这一时期也成为早期电动汽车发展的全盛时期。
1897年伦敦电动出租车
1886年,也就是在N. A. Otto发明往复活塞式四冲程内燃机引擎之后的第20年,德国人C. F. Benz制造出了第一辆单缸发动机汽车。在电动汽车发展的初期阶段,由于当时各国的城市间道路发展尚不具规模,对电动汽车的续航里程要求相对不高。但随着各国道路建设的不断发展,同时,由于内燃机及相关燃油汽车的发明和技术的进步,电动汽车的不足就逐渐显现出来。电动汽车由于每次行驶都要长时间充电,并且运行距离受车上电力储备的影响,因而逐渐被燃油汽车取代。1911年,美国人Kettering发明的燃油汽车电起动器使燃油汽车更具吸引力,这也使得电动汽车的发展遭受了一个巨大的挑战。而H. Ford公司大规模生产工艺的进步,使每辆福特T型车的价格从1909年的850美元锐减到1925年的260美元,更加速了电动汽车的消失。因此,从20世纪30~60年代,电动汽车步入了冬眠期。
福特T型车
至于混合动力电动汽车,其历史也与其他类型的汽车一样悠久,只是当时混合动力电动汽车设计的目的并不是要降低燃油消耗,而是要提高当时并不完善的内燃机汽车的性能,或者增加内燃机汽车的续航里程。第一辆油电混合动力电动汽车在1897年由美国费城电池公司首席工程师J. B. Entz制造,但可惜的是,在进行试验测试时,由于电火花引燃了油箱而导致整辆汽车的报废。在1899年的Paris Salon展览会上首次出现了两款混合动力电动汽车:比利时Pieper制造公司的并联混合动力电动汽车以及法国Vendvelli和Priestly电动汽车公司制造的串联混合动力电动汽车。
同年,德国人波尔舍发明了轮毂电动机,以替代当时在汽车上普遍使用的链条传动。随后开发了Lohner-Porsche电动车,该车采用铅酸蓄电池作为动力源,由前轮内的轮毂电动机直接驱动。波尔舍在Lohner-Porsche的后轮上也装载两个轮毂电动机,由此诞生了世界上第一辆四轮驱动的电动车。波尔舍1902年在这辆电动车上又加装了一台内燃机来发电驱动轮毂电机,这也是世界上第一台混合动力汽车。
波尔舍和他的混合动力电动汽车
在其后的十余年间,多款混合动力电动汽车被设计制造出来,但由于当时的电力驱动系统主要用于提高内燃机的性能,随着内燃机技术的快速发展,其成本、体积、效率已逐步满足了当时驱动要求,同时随着混合动力电动汽车技术而来的电动机、电池的硬件成本增加,以及当时不成熟的电力电子驱动技术,使得混合动力电动汽车同电池电动汽车一样失去了竞争力,在20世纪30年代后逐渐消失。
燃料电池的思想最早是W. Grove于1839年提出的。但直到1889年,C. Langer和L. Mond才设计出第一块具有实用价值的燃料电池。1959年,燃料电池才第一次由H. K. Ihrig作为一种全新的电力能源系统应用于电动汽车的驱动。随着在美国宇航局的推动下,燃料电池迅速发展,并成功应用于多个太空项目。但作为电动汽车的驱动电源,燃料电池电动汽车由于氢气生产、贮存和运输存在的巨大挑战而一直发展缓慢,至今距离市场化仍然有很长的路要走。
20世纪70年代初,中东爆发的石油危机迅速蔓延至全球,一场能源革命随之到来。这场石油危机,让靠燃油生存的普通汽车第一次面临着新的挑战。对于普通汽车来说,燃油是唯一的驱动能源,没有了石油,汽车就变得“寸步难行”。于是,各国政府和科研人员不得不重新思考和寻找新的能源以及相应的载体。电动汽车因为其接近零污染,电动机比内燃机简单可靠,电动机的转速和扭矩也比内燃机更易控制等因素,重新进入了各国政府和科研人员的视野。电动汽车也由此重新复苏。
在1976年,美国颁布了关于电动汽车的研究、开发和应用的法律规范。同时,欧洲、亚洲等各国也逐渐投入大量的人力物力开始重新致力于电动汽车的开发和研究。美国三大汽车制造商通用、福特、克莱斯勒都开发了相应的电动汽车,欧洲和日本的汽车制造商也不甘落后,各种类型的电动汽车重新上路。在学术界,全面研发电动汽车的时机亦已到来,各国的科研机构和大学纷纷投入大量人力物力,开发与电动汽车相关的技术,为电池电动汽车的发展铺下了坚实的基础。
但是,在电动汽车还没有全面商用化之前,20世纪70年代末和80年代,能源危机和石油短缺问题得到缓解,政府机构更多提倡汽制造商加大燃油的利用率和减小污染排放。相应地,电动汽车的商用化也失去了动力,电动汽车的发展又变得缓慢,再次步入低谷。
从20世纪90年代开始,在能源和环境的双重压力下,电动汽车的研究开发再次进入了一个活跃期。在这近20年期间,随着各种科学技术的高速发展,电动汽车的许多技术难点逐渐得到了解决。世界各大汽车制造商纷纷推出各自的电动汽车产品。目前,在欧美以及亚太的主要城市,客户都可以买到各大主要汽车制造厂商的电动汽车。在美国,通用、福特、克莱斯勒、特斯拉等汽车公司,在电动汽车的发展中起着非常重要的作用。在日本,几乎所有的汽车生产商,如丰田、本田、日产、马自达、三菱、铃木、大发、五十铃等汽车公司都制定了各自的商业化电动汽车发展规划。欧洲的许多国家,尤其是法国、德国、意大利和英国都纷纷进入电动汽车市场,其中较活跃的汽车公司有雪铁龙、雷诺、宝马、奔驰、奥迪、沃尔沃、大众、欧宝、菲亚特等。这些汽车制造商都开始生产自己品牌的电动汽车或者开始涉及电动汽车领域。汽车生产商在积极涉足电动汽车领域的同时,一些电力公司和电池生产商也起着积极的推动作用,其目的都是为了促进以充电电池为动力的电动汽车的商业化,并力图也取得相关的利益。电动汽车因为具有能源利用率高、能源多样性和环保的优点,还得到了能源和环保机构的积极参与和发展推动,以助其早日商业化和普及化。另外,科研机构和大学也不断研究电动汽车的新技术,期望电动汽车能够逐渐媲美燃油汽车,从而可以逐步与燃油汽车相竞争。