Tesla davor: Hybride und RAV4 EV – Warum das Elektrozeitalter früh aufgegeben wurde?

In der Zeit vor Tesla erlebte das Elektroauto zwei Mal sein Leben und wurde zwei Mal wieder zurückgezogen: Kaliforniens Null-Emissions-Vorschrift brachte vollelektrische Pioniere wie den Toyota RAV4 EV und den Honda EV Plus hervor, während der Aufstieg der Hybridtechnologie und die Bündelung der Nickel-Metallhydrid-Patente (NiMH) in einer Hand diese frühe Elektrowelle Anfang der 2000er beendeten. Der Weg wurde erst 2008 mit dem lithium-ionen-betriebenen Tesla Roadster wieder geöffnet. Diese Seite erklärt mit technischen Daten, wie diese Übergangsphase verlief und warum das Elektroauto ein weiteres Mal aufgeschoben wurde.

Die Regel, die das Elektroauto hervorbrachte: Die ZEV-Vorschrift Kaliforniens

Der Grund, warum vollelektrische Autos in den 1990er Jahren wieder auf den Tisch kamen, war nicht die Marktnachfrage, sondern der regulatorische Druck. Das California Air Resources Board (CARB) schrieb mit seiner 1990 verabschiedeten Low-Emission-Vehicle-Verordnung vor, dass 10% der Neuwagenverkäufe emissionsfrei sein mussten. Der Zeitplan war konkret: Ab 1998 mussten 2% der in-State-Neuwagenverkäufe großer Hersteller emissionsfrei sein.

Die Hersteller mussten echte Produkte entwickeln, um diese Quote zu erfüllen. Der GM EV1, der Toyota RAV4 EV und der Honda EV Plus sind Produkte dieser Ära. Ihre Gemeinsamkeiten sind bemerkenswert: Alle drei waren auf Kalifornien beschränkt, alle drei wurden hauptsächlich über Mietmodelle angeboten und das Leben aller drei endete Anfang der 2000er. Das Elektroauto entstand also nicht als Konsumprodukt, sondern als Output von Gesetzgebung - was alles Weitere bestimmte.

Toyota RAV4 EV: Das Konkreteste Beispiel des frühen Elektroautos

Der RAV4 EV ist das in dieser Zeit gebaute Fahrzeug, das aus heutiger Sicht am überzeugendsten wirkt; denn er brachte eine echte Alltagstauglichkeit in einer kompakten SUV-Karosserie unter. Die technische Bilanz spricht eine klare Sprache: Im Paket steckten 24 Panasonic-NiMH-Zellen mit 12V und 95Ah , die Gesamtkapazität betrug etwa 27 kWh. Die EPA-Reichweite lag bei 95 Meilen (153 km), die Höchstgeschwindigkeit war auf 78-85 mph begrenzt und die Beschleunigung von 0 auf 60 mph dauerte etwa 18 Sekunden. Mit dem induktiven Magne-Charge-System vervollständigte die 6-kW-Ladeeinheit eine volle Ladung in etwa 5 Stunden.

Auch bei der Haltbarkeit war er beeindruckend. Manche RAV4 EV fuhren mit dem originalen Akkupaket über 150.000 Meilen (240.000 km) ; Toyota hatte das Fahrzeug vor der Einführung in den USA in Japan zwei Jahre lang über 300.000 Meilen getestet. Dass Mitte 2012 noch etwa 500 Fahrzeuge der ersten Generation auf kalifornischen Straßen im Einsatz waren, zeigt, dass die NiMH-Chemie für den EV technisch ausreichend war - das Problem lag nicht in der Ingenieurskunst, sondern in der Wirtschafts- und Patentstruktur, wie wir unten sehen werden.

Produktionszahlen und Mietmodell

Die ersten Flottenauslieferungen 1997 zur Vermietung angeboten; 2001 wurde kleinen Unternehmen die Flottenvermietung mit Einzel Fahrzeugen eröffnet und im März 2002 begann mit einer Änderung der Unternehmenspolitik der Verkauf an die Öffentlichkeit. Doch der Börsengang blieb symbolisch: nur 328 Exemplare wurden verkauft oder vermietet - es gab Wartelisten, dennoch wurde das Programm beendet. Einige der letzten 328 Fahrzeuge wurden mangels Teilen manuell aus Ersatzteilen vervollständigt; die Auslieferungen dauerten bis September 2003. Die Gesamtzahl 1997-2003 beträgt etwa 1.900 Exemplare: davon etwa 1.500 in den USA (1.484 in Kalifornien), 400 in Japan.

Die Preisstruktur erklärt auch die Schwierigkeit des Programms: Der Listenpreis betrug 42.000 USD ; mit 9.000 USD Kalifornischen ZIP-Zuschüssen (2003 auf 5.000 gesenkt) und 4.000 USD Bundessteuergutschrift sanken die effektiven Kosten auf etwa 29.000-33.000 USD. Toyota erklärte, für die Fortsetzung oder Wiederaufnahme der Produktion seien zehntausende Bestellungen erforderlich. Man begann, Fahrzeuge nach Ablauf der Mietverträge zurückzunehmen und zu verschrotten; 2005 beendete eine Vereinbarung mit DontCrush.com (später Plug In America) die Verschrottung. Das Ende des Programms wurde einen Tag nachdem die CARB 2003 den Großteil der ZEV-Vorschrift aufhob und stattdessen die Kategorien Partial Zero Emission Vehicle (PZEV) und SULEV einführte, verkündet. Das Timing beweist zweifellos, dass die Gesetzgebung der Grund war.

Honda EV Plus: Die Kurzversion desselben Szenarios

Honda erprobte zwischen 1997 und 1999 den EV Plus auf der Kalifornien-Bühne und vermietete etwa 300 Fahrzeuge in den USA, insgesamt 330 Fahrzeuge. Die Produktion wurde 1999 eingestellt - unmittelbar nach der Ankündigung von Honda erstem Hybridfahrzeug, dem Insight. Nach Ablauf der Mietverträge wurden fast alle Fahrzeuge von Honda zurückgenommen und die meisten recycelt; einige wurden Universitäten gespendet. Die Geschichte auf Hondas Seite ist kürzer, aber die Vorlage ist dieselbe: ein auf Vermietung beschränkter Versuch, dessen Vorhang mit der Ankunft des Hybrids fiel. Honda begann 2002, das FCX-Brennstoffzellenfahrzeug zu vermieten; das Interesse des Unternehmens an Elektrifizierung endete also nicht, doch das vollelektrische EV wurde in diesem Jahrzehnt einmal mehr auf Eis gelegt.

NiMH-Batterie-Hindernis: Behauptung oder Fakt?

In der Liste der Todesursachen der frühen elektrischen Welle ist der umstrittenste Eintrag das Patenthindernis der großen Automobil-NiMH-Batterien. Die Ereigniskette verläuft so: Die weltweiten Patentrechte der NiMH EV-95-Batterie - von GM gekauft - gingen durch Chevrons Fusion mit Texaco in Chevrons Kontrolle über. Chevrons Einheit gewann gegen Toyota und Panasonic 30.000.000 USD Schadensersatz; die große NiMH-Batterie-Produktionslinie wurde geschlossen und demontiert. Der Prozess endete ohne öffentliche Bekanntmachung aufgrund einer den Parteien auferlegten Geheimhaltungentscheidung am Internationalen Schiedsgericht der ICC. Die Patente blieben bis Ende 2014 in Chevrons Besitz, und in dieser Zeit wurde behauptet, dass nur kleine NiMH-Batterien erlaubt waren, die für Elektrofahrzeuge nicht geeignet waren.

An diesem Punkt muss eine Unterscheidung getroffen werden. Die geheime Schiedsentscheidung über 30 Millionen Dollar und die Demontage der Produktionslinie sind dokumentierte, konkrete Ereignisse; dagegen bleibt die Behauptung, Chevron habe eine bewusste Unterdrückungsstrategie verfolgt, eine Interpretation aus Befürworterkreisen. NiMH-Erfinder Dr. Stan Ovshinsky widersetzte sich GM, unternahm eine 200 Meilen lange Fahrt mit einem EV1 mit NiMH-Batterie und wollte damit zeigen, dass NiMH für Elektrofahrzeuge praktikabel ist. Andererseits führt Toyota praktische Gründe für die Einstellung an: die Schwelle von zehntausenden Bestellungen und die Tatsache, dass die Karosserie des RAV4 von 1996 veraltet war. Die beiden Erklärungen schließen sich nicht gegenseitig aus - der regulatorische Rückzug trocknete die Nachfrage aus, während die Patentkonsolidierung es alternativen Herstellern erschwerte, auf die Bühne zu treten.

Prius und Hybrid: Der Mittelweg, aber in welche Richtung?

Toyotas Investition in den Hybrid war kein Zufall, sondern eine bewusste ingenieurtechnische Entscheidung. Laut der eigenen Geschichtserzählung des Unternehmens verzögerte sich das Projekt teilweise durch folgendes Hindernis: Zu jener Zeit gab es keine Sekundär-, also wiederaufladbare Batterie, die den Leistungsanforderungen eines Hybridfahrzeugs genügte. Die Entwicklung des Prius beinhaltete ernsthafte technische Herausforderungen wie den Entwurf eines effizienten Hybridantriebs und das Batteriemanagement. Das Ergebnis war ein 1997 vorgestelltes Produkt, das die Automobilindustrie veränderte - aber eine Elektrifizierung ohne Ladeanschluss.

Der Entwicklungsprozess des RAV4 EV steht im Schatten dieser Entscheidung. Bei den Prototypenbewertungen in den 1990er Jahren wurde die NiMH-Version mit höherer Reichweite bevorzugt, während die Energieeffizienz niedriger war als bei der Blei-Säure-Version (PbA). Toyota wählte NiMH mit der Begründung, dass die Entwicklung zweier Batterietypen in einem Programm mit geringem Volumen nicht praktikabel sei; diese Entscheidung führte zu höheren Kosten und einem höheren Verkaufspreis. EV-Befürworter argumentierten genau das Gegenteil: Die Wahl von NiMH schnitt den in den 1990er Jahren kostengünstigen PbA-basierten Elektrofahrzeugen den Weg ab. Die Erzählung, wonach Kunden in den Autohäusern statt zum EV zum Prius gelenkt wurden, wird häufig als ein Stützpfeiler der These wiederholt, der Hybrid habe den EV verzögert. Messbare Fakten sind: Die Hybridrevolution sammelte die für den EV notwendige Erfahrung im Batteriemanagement und bei elektrischen Antrieben in Serienproduktionsgröße - aber im selben Jahrzehnt wurde das vollelektrische Fahrzeug aus den Regalen der Autohäuser gezogen.

Wie Lithium-Ionen die Sperre öffnete: Der Weg zum Tesla Roadster

Die Tür, die über dem NiMH geschlossen wurde, öffnete sich für Lithium-Ionen an anderer Stelle. Tesla Roadster (2008) war das erste straßenzugelassene Serien-Reinelektroauto, das mit Lithium-Ionen-Zellen hergestellt wurde; seine Reichweite 392 km erreichte - was mehr als das Zweieinhalbfache der 153 km des RAV4 EV ist. Lithium-Ionen verdrängte Nickel und Blei in kurzer Zeit aus den Elektrofahrzeugen; während die NiMH-Patente in Chevrons Besitz Ende 2014 ausliefen, hatte sich die Bühne bereits verändert.

Auch die Batteriewahl des Roadster zeigt die Logik jener Zeit: Statt einer speziellen großen Formatzelle kamen verbilligte 18650 zylindrische Lithium-Ionen-Zellen aus dem Leistungselektronik-Sektor ausgewählt; das erste Paket wurde in einer Garage aus Computerakkus zusammengeprototypisiert. Teslas Geheimnis war also nicht die Erfindung einer neuen Chemie - es war die Übertragung der Skaleneffekte der Unterhaltungselektronik auf das Automobil. Toyota tat auf seiner Seite viel später eine bescheidene Rückkehr: Der zweite Generation RAV4 EV, entwickelt in Zusammenarbeit zwischen Tesla und Panasonic zwischen 2012 und 2014, wurde nur in Kalifornien verkauft, 2.600 Stück Produktionsgrenze endete im September 2014 und bis April 2015 wurden 2.489 Stück verkauft.

Fazit: Ein und dasselbe Jahrzehnt - vorbereitend und verzögernd

Blickt man als Ingenieur auf die Brückenära vor Tesla, sind zwei Dinge gleichzeitig wahr. Erstens reifte der Prius und seine Hybridfamilie das Wissen über Batteriemanagement, Rekuperation und elektrischen Antrieb mit Millionen Fahrzeugen und bereitete so das Fundament für den Tesla Roadster. Zweitens musste das vollelektrische Fahrzeug - eingeschlossen dem soliden Produkt RAV4 EV - ein weiteres Jahrzehnt warten, wegen der Nachlässigkeit der Gesetzgebung, des auf Leasing basierenden Geschäftsmodells und der Bündelung der NiMH-Patente in einer Hand. Die Fahrzeuge der ersten Welle waren technisch nicht gescheitert; gescheitert waren die kommerzielle und rechtliche Struktur. Der Roadster war der Beweis dafür: dieselbe Physik, andere Batterie, anderes Geschäftsmodell - und der zweite Frühling des Elektroautos.

Quellen

• Toyota RAV4 EV - Wikipedia
• Toyota RAV4 EV - Nachrichten über Elektrofahrzeuge
• Patentrechtliche Belastung großer Automotive-NiMH-Batterien - Wikipedia
• Rückkehr der NiMH-Batterien? - Plug In America
• Honda EV Plus - Wikipedia
• Kapitel III: Einzigartige Technologien und Produkte - Honda
• Punkt 1. Entwicklung des Prius und Hybridstrategie - Toyota Global
• Null-Emissions-Fahrzeug-Verordnung - CARB
• Die Kalifornische Null-Emissions-Fahrzeug-Vorschrift - eScholarship
• Wie der Toyota Prius die Autoindustrie veränderte - IEEE Spectrum
• Tesla Roadster (erste Generation) - Wikipedia
• Tesla Roadster - ScienceDirect Topics
• Toyota vs. Elektroautos - Green Car Reports