Giấc mơ xe điện mà Ford và Edison đã từ bỏ

Chia sẻ trang này
Henry Ford và Thomas Edison đã cùng nhau thực hiện một dự án phát triển chiếc ô tô điện rẻ tiền và thực dụng vào đầu thập niên 1910; chiếc xe đã đi đến giai đoạn hai nguyên mẫu nhưng chưa bao giờ được đưa vào sản xuất. Đằng sau sự thất bại của dự án không phải là một âm mưu dầu mỏ hay một vụ hỏa hoạn lịch sử: thủ phạm là giao điểm giữa điện trở nội bộ cao của pin nikel-sắt của Edison và sự ngoan cố của Ford khi từ chối bất kỳ loại pin nào khác. Dưới đây là bài toán kỹ thuật về lý do dự án này - vốn từng củng cố vị thế của xe điện so với xe xăng trong thời kỳ hoàng kim đầu tiên của ô tô điện - lại thất bại và di sản mà nó để lại.
Điểm nổi bật
- Năm 1900, 28% phương tiện tại Mỹ là xe điện; năm 1899 đã sản xuất 1.575 ô tô điện.
- Ford đã đầu tư 1,5 triệu đô la (khoảng 31,5 triệu đô la theo giá trị hiện nay) vào dự án.
- Theo những tin đồn về dự án, giá bán được nói là 500–750 đô la, mục tiêu quãng đường mỗi lần sạc là 50–100 dặm.
- Năm 1912, ô tô xăng đã lên tới 650 đô la, còn xe roadster điện thì lên tới 1.750 đô la.
- Ngay trước khi dự án bị hủy, Ford suýt đặt mua 100.000 pin từ Edison.
Vì Sao Xe Điện Từng Thắng Lại Được Trong Một Thời Gian?

Lịch sử của ô tô điện cũ hơn nhiều so với điều hầu hết mọi người nghĩ. Thomas Davenport đã phát triển động cơ điện đầu tiên của Mỹ vào năm 1834; còn William Morrison thì chế tạo chiếc ô tô điện đầu tiên hoạt động được vào năm 1891. Năm 1897, Pope Manufacturing Company trở thành nhà sản xuất và nhà bán ô tô điện đầu tiên của Mỹ, và trong cùng năm đó, dịch vụ taxi điện đầu tiên tại London đã chở khách. Nói cách khác, dự án của Ford và Edison không ra đời từ khoảng trống nào mà từ một thị trường đã trưởng thành.
Những con số cũng xác nhận điều đó: đến năm 1900, 28% phương tiện trên đường tại Mỹ là xe điện, một số ước tính còn đưa tỷ lệ này lên trên một phần ba một chút. Riêng điều tra dân số Mỹ năm 1899 đã ghi nhận sản lượng 1.575 ô tô điện. Vào thời điểm đó, lý do kỹ thuật của xe điện rất rõ ràng: xe êm lặng, không có mùi khói xăng và rung động, không phải xoay tay quay khởi động và dễ sử dụng. Đây là một giải pháp hợp lý hơn về mặt kỹ thuật so với xe xăng cho các quãng đường ngắn trong thành phố.
Điểm yếu lại tập trung vào duy nhất một bộ phận: pin. Quãng đường bị giới hạn, tốc độ thường dưới 20 dặm mỗi giờ, còn pin vừa nặng vừa đắt để bảo dưỡng. Chính ràng buộc bộ ba này là toàn bộ phương trình mà sau này sẽ quyết định cả số phận dự án Ford–Edison.
Vì Sao Ford và Edison Chọn Xe Điện?
Đường đời của hai con người này giao nhau vào năm 1891: Ford bắt đầu làm kỹ sư tại Edison Illuminating Company trong năm đó. Năm 1896, khi Ford giới thiệu chiếc Quadricycle do chính ông chế tạo cho Edison, Edison đã khuyến khích ông tiếp tục với chiếc xe xăng và nói với ông những lời sau:
Người trẻ, chính là nó... Chiếc xe của anh tự nó là đủ.
Lời khuyến khích này có vẻ lạ; vì chính Edison lại là người ủng hộ phía xe điện. Năm 1895, ông đã chế tạo chiếc ô tô điện đầu tiên được hỗ trợ bằng pin, và từ năm 1899 bắt đầu phát triển pin lưu trữ kiềm, tức là nikel-sắt, cho ô tô. Ông đã thử nghiệm pin của mình qua những hành trình 100 dặm mỗi ngày, lên tới 5.000 dặm, và pin nikel-sắt được đưa ra thương mại vào năm 1903. Năm 1912, Edison cùng với bằng sáng chế ô tô điện của mình đã chế tạo ba chiếc xe; nhưng những chiếc xe này cũng không bao giờ đạt đến giai đoạn sản xuất.
Còn động cơ của Ford cũng chính là logic kinh tế đứng sau Model T. Model T được giới thiệu vào năm 1908 với giá 850 đô la; Ford muốn áp dụng logic giá cả của chiếc xe xăng được làm rẻ nhờ sản xuất hàng loạt cho chiếc xe điện. Mối quan tâm của Edison về không khí trong lành và quan điểm của ông về nguồn nhiên liệu hóa thạch hữu hạn đã mang lại cho dự án một nền tảng ý thức hệ vượt ra ngoài mục tiêu kỹ thuật. Điều hai người này có chung thật đơn giản: xe điện là một ý tưởng hay, vấn đề chỉ là một chiếc pin rẻ tiền và đáng tin cậy - và Edison đang nghiên cứu chính xác điều đó.
Giải phẫu chiếc nguyên mẫu: Những thí nghiệm năm 1913-1914
Khoảnh khắc dự án trở nên cụ thể là ngày 11 tháng 1 năm 1914: Ford xác nhận dự án và tuyên bố rằng họ đã cùng Edison làm việc nhiều năm trên một chiếc ô tô điện rẻ và thực dụng. Sau đó, hai chiếc nguyên mẫu được chế tạo. Nguyên mẫu đầu tiên được chụp ảnh bên ngoài nhà máy Highland Park vào năm 1913: nó có cấu trúc với tay lái tiller, và pin được đặt dưới ghế ngồi. Thiết kế động cơ do kỹ sư điện Fred Allison đảm nhận, hệ thống điện và thiết kế tổng thể do phó chủ tịch Gray & Davis Alexander Churchward, còn công việc cơ khí tổng thể do cựu thành viên của Cadillac Samuel Wilson đảm nhiệm.
Nguyên mẫu thứ hai vào năm 1914 thực dụng hơn: nó sử dụng khung xe, hệ thống treo và cầu trước của Model T, tay lái của Model T và cầu sau có bánh răng trục vít; kiến trúc sư của khung xe là Eugene Farkas. Đây là một nước đi khôn ngoan về mặt kỹ thuật - chỉ hệ thống dẫn động được thay đổi trên một khung xe đã được chứng minh. Một nguồn mô tả nguyên mẫu nặng 1.100 pound, tức khoảng 500 ký; và bổ sung rằng trong đó có 405 pound, tức gần một nửa, là thiết bị pin. Ngay cả sự phân bổ trọng lượng cũng báo trước câu hỏi quan trọng nhất của dự án.
| Thông số | Giá trị |
|---|---|
| Tổng trọng lượng | 1.100 pound (khoảng 500 kg) |
| Trọng lượng thiết bị pin | 405 pound |
| Giá mục tiêu | 500-750 đô la |
| Phạm vi mục tiêu | 50-100 dặm mỗi lần sạc |
| Vốn đầu tư dự án | 1,5 triệu đô la |
Những chi tiết chỉ dừng ở mức tin đồn cho thấy dự án nghiêm túc đến mức nào: Người ta khẳng định rằng Edsel Ford được đưa lên đứng đầu dự án, một nhà máy điện tại Thác Niagara và một khu vực sản xuất trên đại lộ Woodward đã được mua. Mục tiêu giá tương đương khoảng 10.000-15.000 đô la theo tiền ngày nay chứng tỏ họ đang nhắm đến việc biến xe điện thành phương tiện đại chúng.
Khiếm khuyết kỹ thuật làm đắm dự án: Điện trở nội cao
Cho đến đây, câu chuyện diễn ra như giấc mơ của một kỹ sư; rồi điện hóa bước vào. Ford khăng khăng rằng xe chỉ được vận hành bằng pin nikel-sắt của Edison. Tuy nhiên, các pin niken-sắt có điện trở nội rất cao và trong hầu hết các trường hợp thực tế, chúng không thể cấp điện cho một chiếc ô tô điện. Thuật ngữ này có thể được giải thích một cách đơn giản: càng điện trở nội của pin tăng cao, năng lượng tiêu hao dưới dạng nhiệt trên đó càng lớn, và công suất hữu ích có thể truyền từ pin đến bánh xe càng giảm. Pin của Edison bền bỉ nhưng đó là lựa chọn điện hóa sai lầm cho các yêu cầu công suất tức thời của ô tô.
Sau Ford, các pin chì-axit kinh điển hơn cũng đã được thử nghiệm; chúng hoạt động về mặt điện, nhưng chiếc xe trở nên nặng nề đến mức trở nên cồng kềnh. Khi biết được tình hình, phản ứng của Ford rất gay gắt và dự án đã bị hủy bỏ. Hai nguyên mẫu đang hoạt động; điều đã kết thúc dự án là không loại pin nào có thể vừa nhẹ vừa mạnh. Ngay trước khi từ bỏ, Ford đã suýt mua 100.000 pin từ Edison - có nghĩa là việc hủy bỏ không phải do sự yếu đuối của ý tưởng, mà là do thất bại vật liệu trong mắt xích quan trọng nhất của chuỗi cung ứng.
Có một câu hỏi thường gặp: Đám cháy nuốt chửng phòng thí nghiệm và nhà máy của Edison tại West Orange, New Jersey vào ngày 9 tháng 12 năm 1914 có kết thúc dự án không? Câu trả lời là không. Đối với Edison 67 tuổi, đám cháy gây ra thiệt hại lớn hơn nhiều so với những gì bảo hiểm có thể bù đắp là một thảm họa, nhưng nghiên cứu ô tô điện nằm ở Dearborn, Michigan; các tờ báo thời đó cũng viết rằng ngọn lửa đã bỏ qua hai tòa nhà có thể liên quan đến ô tô điện. Edison đã cho xây dựng lại cơ sở này cho đến mùa xuân năm sau. Các thuyết âm mưu gán đám cháy cho các cartel dầu mỏ không thể đứng vững trước dữ liệu về vị trí và dòng thời gian.
Xăng Đã Thắng Như Thế Nào: Phương Trình Ba Yếu Tố
Sự sụp đổ của dự án Ford-Edison là một phần của bước ngoặt mà cuộc cạnh tranh chung giữa ô tô điện và ô tô xăng trải qua trong cùng thời kỳ đó. Ba yếu tố quyết định người chiến thắng có thể được đọc rõ ràng bằng các con số:
- Giá: Đến năm 1912, một chiếc ô tô xăng có giá 650 đô la, trong khi một chiếc roadster điện có giá 1.750 đô la. Sản xuất hàng loạt của Ford càng làm widened khoảng cách này.
- Hiệu suất và tầm hoạt động: Các phương tiện chạy xăng bắt đầu đi được xa hơn và nhanh hơn; khi phủ nhận được các ưu điểm nội đô của xe điện, chúng đã giành lấy ưu thế.
- Dễ sử dụng: Điểm đau lớn nhất của xe xăng là tay quay đề bằng tay; các hệ thống đề điện và chiếu sáng được phổ biến vào khoảng năm 1912 đã loại bỏ hoàn toàn nhược điểm này.
Một chi tiết trớ trêu liên quan đến các nhân vật của yếu tố cuối cùng này: Khi Ford chuyển hệ thống đề điện và chiếu sáng sang các phương tiện chạy xăng của mình vào năm 1919, chính Churchward và Allison - những người đã làm việc trên nguyên mẫu điện - lại có ảnh hưởng trong quá trình chuyển đổi này. Chuyên môn thu được trong thiết kế xe điện đã tạo ra thành phần hoàn tất chiến thắng của xe xăng. Như đã được tóm tắt trong triển lãm của Smithsonian, đến thời điểm này, động cơ xăng đã trở nên dễ sử dụng như xe điện, thậm chí dễ khởi động và lái hơn cả động cơ hơi nước; tính đa năng, tốc độ, tầm hoạt động và thể thao đã trở thành yếu tố quyết định.
Bằng Chứng Còn Lạii Hiện Trường: Garage của Edison và Detroit Electric
Sau dự án, những chiếc xe tại nhà của cả hai bên còn tiếp tục duy trì cuộc cạnh tranh. Ford chọn chiếc Model T năm 1916 tặng cho Edison dưới dạng phiên bản 4 xi-lanh, 20 hp, có thể chạy bằng kerosene; xe đạt tốc độ khoảng 45 mph. Trong garage của Edison còn có một trạm sạc gia dụng sản xuất năm 1908 - được biết đến là trạm sạc trong garage lâu đời nhất còn tồn tại ngày nay. Nghĩa là концепt sạc tại nhà có nguồn gốc từ cả một thế kỷ trước.
Chiếc Detroit Electric Model 47 Brougham năm 1914 của vợ Edison được quảng cáo với phạm vi hoạt động 80 dặm với tốc độ 20 mph; đây là mẫu xe Ford mua tặng vợ và tại nhà cũng lắp đặt một trạm sạc. Những ví dụ này cho thấy xe điện trong thập niên 1910 không phải là công nghệ đã hoàn toàn chết, mà chỉ thua trong cuộc cạnh tranh giá đại chúng. Thực tế còn được ghi nhận rằng Tổng thống Woodrow Wilson và đội vệ sĩ cũng di chuyển bằng xe điện.
Từ 1914 đến 2008: EV1, Lithium-ion và Tesla Roadster
Cuộc sống thứ hai của xe điện đến vào cuối thế kỷ 20. đến vào cuối thế kỷ. EV1 mà GM ra mắt năm 1996 được coi là ô tô điện sản xuất hàng loạt hiện đại đầu tiên theo mục đích chuyên biệt, và việc sản xuất kéo dài đến năm 1999. Năm 2003, GM phớt lờ phản đối của khách hàng và chấm dứt chương trình; xe bị thu hồi từ chủ sở hữu và chủ sở hữu đã phản kháng. Phía sau hậu trường là việc quy định khí thải nghiêm ngặt được mong đợi không hề xuất hiện. Việc hủy bỏ cho đến nay vẫn là một trong những quyết định gây tranh cãi nhất trong lịch sử ô tô; bộ phim tài liệu "Who Killed the Electric Car?" sản xuất năm 2006 đã đưa quá trình này đến với số đông. Một chi tiết cần lưu ý: GM không hoàn toàn từ bỏ xe điện; khối kiến thức của chương trình mở đường cho các nghiên cứu pin nhiên liệu và hãng tung ra mẫu hybrid Volt năm 2010.
Bước ngoặt thực sự đến khi thành phần còn thiếu vào năm 1914 được giải quyết: pin. Tesla Roadster ra mắt năm 2008 trở thành ô tô thể thao điện sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới được trang bị công nghệ pin lithium-ion. Gói pin của Roadster là một trong những gói lithium-ion lớn nhất và tiên tiến nhất về mặt kỹ thuật thời bấy giờ; Tesla đã chọn một định dạng cell tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến nhằm chia sẻ việc giảm chi phí cho toàn ngành. Việc chuyển từ cell niken-sắt vật lộn với điện trở nội tại cao sang các cell có mật độ năng lượng cao hơn gấp bội, có nghĩa là cuối cùng phương trình từng đánh chìm dự án cách đây 94 năm đã được đảo ngược.
Câu chuyện phía bên Ford cũng được kết thúc: năm 2010 hãng công bố khoản đầu tư 135 triệu đô la vào xe điện và đặt mục tiêu 10-25% đội xe của mình sẽ chạy điện vào năm 2020. Tên của chương trình phát triển xe điện cũng đầy tính biểu tượng: "Team Edison". Tên của ý tưởng mà Edison nắm lấy vào năm 1914, một thế kỷ sau đã được chính thức ghi vào chương trình của Ford.
Sự trở lại của chiếc pin bị lãng quên
Vào đầu năm 2026, các nhà khoa học đang đánh giá lại chiếc pin niken-sắt của Edison; các tiêu đề "sự trở lại của chiếc pin bị lãng quên" xuất hiện trên các trang tin công nghệ. Điều đáng được ghi nhận rất rõ ràng: pin có tuổi thọ cực kỳ lâu dài - xe điện của Edison vẫn còn chạy được - và đặc tính này giúp nó có lợi thế trong các trạm lưu trữ năng lượng cố định. Điểm yếu của nó cũng rõ ràng không kém: vẫn nặng, sạc chậm và có cấu trúc mật độ năng lượng thấp; tiết ra khí hydro trong quá trình sử dụng, mất dung tích ở nhiệt độ thấp.
Bức tranh này là dữ liệu tóm tắt tốt nhất di sản của dự án Ford-Edison. Công nghệ không sai, chỉ là bị ép vào một ứng dụng sai - một chiếc ô tô có nhu cầu công suất cao. Cùng một hóa điện ấy, sau một thế kỷ, đang được đánh giá lại trong các ứng dụng cố định không đòi hỏi công suất bánh xe. Một bài học thường gặp trong lịch sử kỹ thuật: thành công của một bộ phận không nằm ở bản thân nó, mà ở nhiệm vụ được giao cho nó.
Kết luận: Cơ Hội Bị Đánh Mất 94 Năm Trước
Dự án của Ford và Edison là bằng chứng cho thấy xe điện không phải là điều bất khả thi, mà là pin đúng đã được tìm kiếm quá sớm. Hai nguyên mẫu được sản xuất, 1,5 triệu đô la được đầu tư, đã đến ngưỡng cửa cung cấp 100.000 pin - nhưng nội trở cao, trọng lượng và sự cứng đầu của Ford với việc chỉ dùng một nhà cung cấp đã hợp lại khiến dự án sụp đổ. Xăng, với giá cả và mô tơ đề, đã lấp đầy khoảng trống này và giành gần một thế kỷ. Năm 2008, Tesla Roadster với gói pin lithium-ion cuối cùng biến mục tiêu tầm xa và logic giá cả của năm 1914 thành hiện thực, còn tên của Edison được ghi vào chương trình xe điện của Ford. Đôi khi ý tưởng thua cuộc chỉ đơn giản là được sinh ra quá sớm.
Tài liệu tham khảo
- Ford, Edison and the Cheap EV That Almost Was - WIRED
- Edison's Historical Garage - Thomas Edison Innovation Foundation
- Thomas Edison Built his own Electric Car in 1912 - IMSA
- Ford & Edison's Electric Car Influence in America 1890-1914
- History of the electric vehicle - Wikipedia
- The History of the Electric Car - U.S. Department of Energy
- Technological Choices - Smithsonian
- EVs Were Outselling Gas Cars 100 Years Ago - TomTom
- Electric vs Gasoline Cars - MotorTrend
- Edison Battery - 1903 - National MagLab
- A forgotten battery design from Thomas Edison - TechXplore
- General Motors EV1 - Wikipedia
- Driving the future, then and now: the story of the EV1 - GM News
- Mythbusting: The truth about the GM EV1 - Hagerty
- Tesla Roadster: The Seismic Shift - Green Car Journal
- The Tesla Roadster Battery System - Stanford
- Who Killed the Electric Car? - Wikipedia
- Electric Cars Were a Big Deal Over a Hundred Years Ago - The New York Times