首个充电站是在哪里以及如何建立的?

20世纪初,通用电气设在纽约街头的Electrant充电桩,是电动汽车城市化梦想迈出的第一个具体步伐.
20世纪初,通用电气设在纽约街头的Electrant充电桩,是电动汽车城市化梦想迈出的第一个具体步伐.

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最早的充电站于20世纪初在纽约等城市建立,包括通用电气生产的街头式"Electrant"装置、经销商和车库充电点,以及吸引富裕顾客的商店充电站; 世纪之初,在纽约等城市,通用电气生产的街边式"Electrant"装置、经销商和车库充电点,以及为吸引富裕顾客而设立的商店充电站相继建成; 而家庭充电才是真正的支柱. 电力公司在照明网络的基础上建设了基础设施,甚至还尝试了电池更换——但汽油的可携带性让这套网络黯然失色. 本页讲述这段被遗忘的基础设施故事,从它的建立到给现代带来的启示.

亮点

  • 第一辆美国电动汽车由William Morrison于1891年制造; 最高时速为14 mph.
  • 通用电气于世纪之初为纽约生产了名为Electrant的街头充电装置.
  • 现存已知最古老的车库式充电站位于Thomas Edison建于1908年的混凝土车库中.
  • 电池更换理念于1896年被提出; Hartford Electric Light Company于1910–1924年间将其付诸实施.
  • 到了1930年代,电动汽车已基本从道路上消失.

从插座开始的基础设施: 家庭与车库充电

电动汽车的第一代充电网络与今天的快充地图相反,遵循着一种截然相反的逻辑: 先有家庭,然后才有一切. 到1910年,房主已经可以在自己的房产上安装充电装置,并将车辆整夜插在插座上充电. 这些早期壁挂式装置的电缆直接连接到车辆——就技术方案而言,与今天的家用充电桩并没有太大差距. 此外,城市中越来越多的修理店也开始提供充电作为附加服务.

这种做法的技术原因很简单: 早期电池容量低,充电时间长. Morrison于1891年制造的六座马车中的24个电池单元每行驶50英里就需要充电一次. 在这样的能量平衡下,"夜间充电、白天使用"的模式远比建设庞大的公共网络更高效.

整流器: 从交流电到直流电的第一座桥梁

家庭充电的关键部件是1902年开发的汞蒸气整流器. 这种阀门将电网的交流电转换为电池所需的直流电,是让充电过程在家庭规模上变得切实可行的关键组件. 从工程角度来看,20世纪初的家庭充电点与现代Level 2充电设备之间的差别不在基本功能上,而在于功率和控制电子技术.

最早的公共充电点: Electrant与城市车库

公共充电领域的先驱是通用电气. 世纪之初,该公司为纽约生产了名为Electrant的街头充电装置. 其设计理念出奇地现代化: Electrant可以安装在车辆能够停放的几乎任何地方,就像今天的240伏二级交流或直流快充装置一样. 此外,以城市为中心的商店区域为吸引富裕顾客——尤其是那些不想使用手摇曲柄的女性驾驶者——也建立了自己的充电站. 经销商充电点也在可选之列; 某些车型的电池可以拆卸,车辆可以停放在车库充电.

影像档案记录印证了这一基础设施的真实性: 1906年的一张照片展示了纽约一处早期的充电车库, 1912年的一张照片则展示了操作一台通用电气制造的巨型车辆充电器的一名工人. 关于这一已铺开网络的完整覆盖范围,并没有确切的数字; 关于1910年代美国公共充电站数量的常见说法,在未经一手资料证实之前仍然过于模糊,无法采信.

爱迪生的车库: 现存最古老的实例

这一基础设施故事中最具体的遗存,是托马斯.爱迪生于1908年下令建造的水泥车库. 这座建筑被认为是现存最古老的车库式电动汽车充电站的所在地. 爱迪生是对电动汽车的未来抱有信心的人物之一; 他与亨利.福特一起制造了至少一辆电动原型车. 但两人都认为汽油发动机的未来更加光明 - 而Edison开发更轻电池的努力则一再被推迟; 原因之一是镍铁电池始终未能及时兑现其作为笨重铅酸电池组替代品的承诺. 另一个因素则更具结构性: 在市中心以外,电力尚未普及.

我曾相信电动汽车会有未来; 但汽油发动机的未来更加光明.
托马斯.爱迪生,发明家

换电模式: 一个世纪前尝试的快速"补能"方案

New York'ta bir buz pateni pisti 1900'lerin başında pil değişim istasyonuna dönüştü; fikir çöktü ama bugünkü modellerin şeması çoktan çizilmişti.

针对充电时间长的问题,当时最激进的答案是电池更换. 这一构想最早于1896年提出,并在1910–1924年间由哈特福德电气照明公司通过GeVeCo电池服务付诸实施. 在这一时期,车辆和电池都被改装成适合快速更换的形式. 在纽约,Electric Vehicle Company走得更远: 它将一个溜冰场改造成了换电站——车辆驶入,耗尽的电池被充满电的电池组替换,然后车辆驶出. 这一业务到1907年便已崩溃,但其模式与今天的换电方案如出一辙. 结构性障碍也很明确: 备用电池按能量单位计算非常重,而这意味着要承担运输全部重量的物流.

电力公司为何要建设充电网络?

早期充电基础设施的缔造者既不是一项模糊的政府计划,也不是汽车制造商; 而是电力公司. 为照明和轻轨系统建立的商业发电与配电网络,构成了电动汽车所需基础设施的基础. 随着城市电网的扩展,充电点被叠加到这个网络之上——今天基础设施讨论中提出的"电网准备好了吗"这一问题,在当时的版本是:根本还没有电网; 先有电网,充电随之而来.

这一模式的边界也就是电网的边界. 汽油是一种可运输的燃料: 可以桶装运送到遥远的城镇. 而电力从产生地传输到一定距离之外时,还远不是人人都能获得的服务. 充电网络局限于城市,这并非单纯的技术失败,而是当时能源配送的地域格局使然.

汽油车是如何胜出的?

早期加油站其实也很稀少; 20 世纪初,驾驶者规划路线时必须记住加油站的位置,加油站在1930年代才普及开来. 也就是说,充电网络并不是唯一超越汽油的力量. 几个可衡量的因素共同作用,将电动车甩在了后面:

  • 1912年: Charles Kettering发明的电动启动机,其首次应用于1912年的Cadillac上,取消了手摇曲柄——汽油车最大的实际劣势被消除.
  • 1908年: Ford的Model T售价为850美元; 大多数电动汽车的价格至少贵一倍. 到1923年,Model T降到300美元以下,而电动车可能要贵10倍.
  • Texas发现的廉价原油压低了汽油价格; 而电动车可能贵2-3倍.
  • 随着道路向城外延伸,低速和短续航的电动汽车不再适合长途旅行.

结果来得很快: 到1930年,电动汽车已在道路上基本消失,到1935年则几乎完全消失. 充电网络比汽油网络建立得更早——但其载体所在的车辆市场消失了.

对比早期电动车早期汽油车
燃料/能源基础设施住宅、车库、Electrant、商店充电站稀少的加油站,1930年代普及
价格对比 (1908)至少是Model T的两倍Model T: 850美元
1923年价差贵至10倍低于300美元
续航限制短续航,低速度便携燃料支持长途行驶
关键技术1902年整流器,电池更换1912年电动启动机

从间歇期到EV1: 充电技术的漫长等待

1930年代之后,充电基础设施这一话题在长达六十年间淡出了人们的视野. 它的回归随着GM EV1而来——这是为响应加利福尼亚州零排放车辆强制要求于1996年开发的车型: 首批量产纯电池电动汽车,续航约60英里,最高时速80英里. 大约800辆车在1996-2003年间于Los Angeles、Tucson和Phoenix出租. EV1在充电方面的贡献不容忽视: 感应充电系统 - Magne Charge "paddle"技术 - 提供理论上80 kW的容量,车辆会向充电器发送电池类型和充电状态信息. 生产于2002年停止,但从EV1中吸取的经验塑造了后来的电池技术、消费者教育和基础设施发展.

现代链条的环节按以下顺序完成: AC Propulsion于1997年推出的锂离子电池版tzero; 2003年Eberhard和Tarpenning创立Tesla Motors; 马斯克接手tzero生产的提议被拒绝后对Tesla的投资; 以及2008年投入生产、成为首批单次充电续航200英里的车辆之一的Tesla Roadster. 而累计达到100万辆EV销量,则是在首批大众市场EV问世八年多之后才实现的. 一个值得注意的技术细节: 2011年之前,美国充电站数据库中的所有设备,都是为EV1等早期车辆服务的"legacy"充电设备.

一个世纪前的充电网络能给现代网络带来什么启示?

最引人注目的相似之处在于使用模式: 如今,与一个世纪前一样,车辆主要在家中充电; 在北美,超过80%的充电发生在家中. 也就是说,早期"以家为核心"的模式并非无效,只是中断后又回归了. 早期网络的弱点同样在当今依然存在: 没有车辆,基础设施无法生存;没有基础设施,车辆无法销售. 因此,在现代,充电使用与基础设施发展之间的平衡仍然是问题的核心; 基于上一年超过1亿次充电会话的数据显示,使用率落后于基础设施的发展.

公共充电领域的经济性也正经历与早期类似的成熟过程: 早期快速充电网络中有一些实现了盈利,大多数则没有,而快速充电的商业模式仍在发展中. 美国在2025年新增的公共充电点比前一年多出20%,创下纪录 - 但充电设施的普及程度仍被视为提升EV销量的重要障碍. 电力公司最初那次尝试的主要教训至今仍然适用: 基础设施必须在车辆之前建立; 但车辆市场支撑着基础设施. 两百年前这一平衡未能实现,一个网络崩溃了. 这一次,平衡的建立无论在车辆端还是电网上,都握着强大得多的手牌.

参考资料