Tesla Prima: Perché le ibride e la RAV4 EV hanno abbandonato presto l'elettrico?

Nell'epoca pre-Tesla l'automobile elettrica nacque due volte e due volte si ritirò: la forza della zero emissioni della California generò pionieri completamente elettrici come la Toyota RAV4 EV e la Honda EV Plus mentre l'ascesa della tecnologia ibrida e la concentrazione in un'unica mano dei brevetti delle batterie nickel-metal-hydride (NiMH) posero fine a questa prima ondata elettrica all'inizio degli anni 2000. La strada si riaprì solo nel 2008 con la Tesla Roadster agli ioni di litio. Questa pagina racconta, con dati tecnici, come si svolse quel periodo di transizione e perché l'automobile elettrica fu rimandata ancora una volta.

La regola che generò l'elettrico: l'obbligo ZEV della California

Se negli anni '90 le automobili completamente elettriche tornarono sul tavolo non fu per domanda di mercato, ma per pressione normativa. Il California Air Resources Board (CARB), con il regolamento sui veicoli a basse emissioni adottato nel 1990, impose che il 10% delle vendite di nuovi veicoli fosse a zero emissioni. La cronologia era concreta: dal 1998 il 2% delle vendite di nuovi veicoli leggeri all'interno dello stato dei grandi produttori doveva essere a emissioni azzerate.

I produttori dovettero sviluppare prodotti reali per raggiungere questa quota. GM EV1, Toyota RAV4 EV e Honda EV Plus sono i prodotti di questo periodo. I punti in comune sono notevoli: tutti e tre limitati alla California, tutti e tre offerti principalmente in leasing e tutti e tre con la vita terminata all'inizio degli anni 2000. Cioè l'automobile elettrica nacque non come prodotto di consumo, ma come esito di una normativa - il che determinò tutto ciò che venne dopo.

Toyota RAV4 EV: l'esempio più concreto dell'elettrico precoce

La RAV4 EV è il veicolo prodotto in questo periodo che, guardandolo da oggi, rimane il più significativo; perché aveva inserito una reale usabilità quotidiana in una carrozzeria SUV compatta. La tabella tecnica parla chiaro: nel pacchetto c'erano 24 celle Panasonic NiMH da 12V 95Ah con una capacità totale di circa 27 kWh. L'autonomia EPA era di 95 miglia (153 km), la velocità massima era limitata tra 78 e 85 mph, e il tempo da 0 a 60 mph era di circa 18 secondi. Con il sistema induttivo Magne Charge, l'unità di ricarica da 6 kW completava la carica completa in circa 5 ore.

Anche l'affidabilità era notevole. Alcune RAV4 EV percorsero oltre 150.000 miglia (240.000 km) con il pacchetto batteria originale; la Toyota testò il veicolo in Giappone per 300.000 miglia in due anni prima di introdurlo negli USA. Il fatto che a metà 2012 circa 500 veicoli di prima generazione fossero ancora in uso sulle strade della California dimostra che la chimica NiMH era tecnicamente sufficiente per un EV - il problema non era nell'ingegneria, ma nell'economia e nella struttura dei brevetti, come vedremo più avanti.

Numeri di produzione e modello di noleggio

Le prime consegne alle flotte 1997 fu messo a noleggio; nel 2001 fu aperto il leasing a flotta mono-veicolo per le piccole imprese e a marzo 2002, con un cambiamento di politica aziendale, iniziò la vendita al pubblico. Ma l'apertura al pubblico rimase simbolica: solo 328 unità furono vendute o date in leasing al pubblico - c'erano liste d'attesa, eppure il programma fu terminato. Alcuni degli ultimi 328 veicoli furono completati manualmente con pezzi di ricambio a causa della mancanza di componenti; le consegne continuarono fino a settembre 2003. Il totale 1997-2003 fu di circa 1.900 unità: di cui circa 1.500 negli Stati Uniti (1.484 in California), 400 in Giappone.

Anche la struttura dei prezzi spiega la difficoltà del programma: il prezzo di listino era 42.000 USD ; con le sovvenzioni ZIP della California di 9.000 USD (ridotte a 5.000 nel 2003) e il credito d'imposta federale di 4.000 USD, il costo effettivo scendeva a circa 29.000-33.000 USD. Toyota sostenne che erano necessarie decine di migliaia di ordinazioni per continuare o riprendere la produzione. Iniziò a ritirare e demolire i veicoli i cui contratti di noleggio erano scaduti; nel 2005 un accordo raggiunto con DontCrush.com (in seguito Plug In America) fermò la demolizione. La fine del programma fu annunciata un giorno dopo che il CARB nel 2003 rimosse la maggior parte del mandato ZEV, sostituendolo con le categorie Partial Zero-Emission Vehicle (PZEV) e SULEV. La tempistica dimostra senza dubbio che la causa era normativa.

Honda EV Plus: la versione breve dello stesso scenario

Honda, tra il 1997 e il 1999, provò l'EV Plus sulla scena del noleggio in California e negli Stati Uniti noleggiò circa 300 veicoli, per un totale di 330 veicoli. La produzione fu interrotta nel 1999 - subito dopo l'annuncio della Insight, il primo veicolo ibrido di Honda. Alla scadenza dei contratti di noleggio, quasi tutti i veicoli furono ritirati da Honda e la maggior parte fu riciclata; alcuni furono donati a università. La storia dal lato Honda è più breve ma lo schema è lo stesso: un esperimento limitato al noleggio, un sipario calato con l'arrivo dell'ibrido. Honda nel 2002 iniziò a noleggiare il suo veicolo a celle a combustibile FCX; quindi l'interesse dell'azienda per l'elettrificazione non cessò, ma l'EV interamente a batteria fu ancora una volta accantonato in quel decennio.

L'ostacolo delle batterie NiMH: affermazione o documentazione?

La voce più controversa nella lista delle cause della morte della prima ondata di veicoli elettrici è il blocco dei brevetti sulle grandi batterie NiMH automobilistiche. La catena degli eventi procede così: i diritti di brevetto mondiali della batteria NiMH EV-95 - acquistati da GM - passarono al controllo di Chevron con la fusione di Chevron con Texaco. La divisione di Chevron vinse 30.000.000 USD di risarcimento contro Toyota e Panasonic; la grande linea di produzione di batterie NiMH fu chiusa e smontata. La causa si concluse senza resa pubblica a causa dell'ordine di riservatezza imposto alle parti presso la Corte Internazionale di Arbitrato ICC. I brevetti rimasero in mano a Chevron fino alla fine del 2014 e in questo periodo si affermò che fu consentito solo l'uso di piccole batterie NiMH non idonee ai veicoli elettrici.

A questo punto è necessario fare una distinzione. La sentenza arbitrale segreta da 30 milioni di dollari e lo smantellamento della linea di produzione sono fatti documentati e concreti; invece l'affermazione che Chevron abbia portato avanti una strategia deliberata di soffocamento rimane un'interpretazione proveniente da ambienti di attivisti. Il inventore del NiMH, il dottor Stan Ovshinsky, opponendosi alla GM aveva compiuto un viaggio di 200 miglia con una EV1 dotata di batteria NiMH, volendo dimostrare che il NiMH era pratico per un veicolo elettrico. D'altra parte Toyota avanza motivazioni pratiche per la cessazione: la soglia di decine di migliaia di ordinazioni e l'obsolescenza della carrozzeria della RAV4 del 1996. Le due spiegazioni non si escludono a vicenda - la domanda di ritiro normativo ha prosciugato il mercato, mentre il consolidamento dei brevetti ha reso difficile l'ingresso sulla scena di produttori alternativi.

Prius e Ibrido: Una Via di Mezzo, Ma in Quale Direzione?

L'investimento di Toyota nell'ibrido non fu un caso ma una scelta ingegneristica deliberata. Secondo la narrazione storica dell'azienda stessa, il progetto fu ritardato in parte da un ostacolo: all'epoca non esisteva una batteria secondaria, cioè ricaricabile, in grado di soddisfare i requisiti prestazionali del veicolo ibrido. Lo sviluppo della Prius comportava serie difficoltà tecniche come la progettazione di un efficiente gruppo trasmissivo ibrido e la gestione della batteria. Il risultato fu un prodotto presentato nel 1997 che trasformò l'industria automobilistica - ma un'elettrificazione senza presa di ricarica.

Il processo di sviluppo della RAV4 EV resta all'ombra di questa scelta. Nelle valutazioni dei prototipi degli anni '90 fu preferita la versione NiMH con autonomia più elevata, mentre l'efficienza energetica era inferiore rispetto alla versione al piombo-acido (PbA). Toyota scelse il NiMH affermando che non era pratico sviluppare due tipi di batteria in un programma a volumi limitati; questa decisione portò a costi e prezzi di vendita più alti. I sostenitori dei veicoli elettrici sostenevano esattamente il contrario: la scelta del NiMH chiuse la strada ai veicoli elettrici a basso costo basati su PbA degli anni '90. La narrazione secondo cui i consumatori venivano indirizzati dai concessionari verso la Prius invece che verso un veicolo elettrico viene spesso ripetuta come uno dei fondamenti della tesi secondo cui l'ibrido ha ritardato l'EV. Il fatto misurabile è questo: la rivoluzione ibrida ha accumulato su scala di produzione di serie l'esperienza nella gestione delle batterie e nei gruppi trasmissivi elettrici necessari per l'EV - ma nello stesso decennio ha ritirato dai scaffali dei concessionari il veicolo completamente elettrico.

Come il Litio-ione Ha Aperto il Lucchetto: La Strada Verso la Tesla Roadster

La porta chiusa sul NiMH si è aperta altrove con il litio-ione. Tesla Roadster (2008) fu la prima automobile completamente elettrica di produzione di serie legale per strada prodotta con celle al litio-ione; la sua autonomia 392 km raggiunse - oltre due volte e mezza i 153 km della RAV4 EV. Il litio-ione in breve tempo scacciò nichel e piombo dai veicoli elettrici; mentre i brevetti NiMH in mano a Chevron scadevano alla fine del 2014, la scena era già cambiata.

Anche la scelta della batteria della Roadster riflette la logica dell'epoca: invece di grandi celle formattate su misura, celle cilindriche al litio-ione 18650 divenute economiche nel settore dell'elettronica di potenza celle cilindriche al litio-ione 18650 selezionata; il primo pacchetto fu prototipato in un garage unendo batterie di computer. Insomma, il segreto di Tesla non era inventare una nuova chimica, ma trasferire nel mondo dell'auto le economie di scala dell'elettronica di consumo. Toyota, da parte sua, è tornata in campo molto più tardi e in modo misurato: la seconda generazione della RAV4 EV, sviluppata tra il 2012 e il 2014 in collaborazione tra Tesla e Panasonic, fu venduta solo in California, con un limite di 2.600 unità: la produzione si concluse a settembre 2014 e fino ad aprile 2015 ne furono vendute 2.489.

Conclusione: lo stesso decennio, chi ha preparato e chi ha ritardato

Guardando con gli occhi di un ingegnere il periodo-ponte precedente a Tesla, due realtà sono vere allo stesso tempo. La prima: la Prius e la famiglia ibrida hanno maturato, su milioni di veicoli, l'esperienza nella gestione delle batterie, nella rigenerazione e nei gruppi motopropulsori elettrici, preparando il terreno per la Tesla Roadster. La seconda: il veicolo completamente elettrico - compresa la RAV4 EV, che era un prodotto solido - ha dovuto attendere altri dieci anni a causa dell'allentamento della normativa, del modello commerciale basato sul noleggio e della concentrazione dei brevetti NiMH in un'unica mano. I veicoli della prima ondata non fallirono dal punto di vista tecnico; fallirono la struttura commerciale e legale. La Roadster ne fu la prova: la stessa fisica, una batteria diversa, un modello di business diverso - e la seconda primavera dell'automobile elettrica.

Fonti

• Toyota RAV4 EV - Wikipedia
• Toyota RAV4 EV - Notizie sui veicoli elettrici
• Vincoli brevettuali delle grandi batterie NiMH automobilistiche - Wikipedia
• La rivincita delle batterie NiMH? - Plug In America
• Honda EV Plus - Wikipedia
• Capitolo III: Tecnologie e prodotti unici - Honda
• Voce 1. Sviluppo della Prius e strategia ibrida - Toyota Global
• Regolamentazione dei veicoli a zero emissioni - CARB
• Il mandato californiano sui veicoli a zero emissioni - eScholarship
• Come la Toyota Prius ha trasformato l'industria automobilistica - IEEE Spectrum
• Tesla Roadster (prima generazione) - Wikipedia
• Tesla Roadster - ScienceDirect Topics
• Toyota vs. auto elettriche - Green Car Reports