Tesla i wcześniejsze: hybrydy i RAV4 EV - dlaczego elektryki przyszły za wcześnie?

Udostępnij tę stronę
W okresie sprzed Tesli samochód elektryczny dwukrotnie się narodził i dwukrotnie się wycofał: Kalifornijski wymóg zerowej emisji zrodził w pełni elektrycznych pionierów, takich jak Toyota RAV4 EV i Honda EV Plus, natomiast wzrost technologii hybrydowej oraz skupienie patentów na akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe (NiMH) w jednych rękach zakończyły tę wczesną falę elektryczną na początku lat 2000. Droga została ponownie otwarta dopiero w 2008 roku dzięki Tesla Roadster z akumulatorem litowo-jonowym. Ta strona opisuje, na podstawie danych technicznych, jak działał ten okres przejściowy i dlaczego samochód elektryczny został raz odroczony.
Najważniejsze fakty
- RAV4 EV: w latach 1997–2003 wyprodukowano około 1 900 egzemplarzy, z czego 1 484 w Kalifornii
- Pakiet NiMH: 24 ogniwa, ~27 kWh, zasięg EPA 95 mil (153 km)
- Honda EV Plus: tylko ~300 wynajmów (USA), wstrzymano w 1999 roku na rzecz Insigha
- Wskaźnik CARB ZEV: 2% od 1998 roku; w 2003 roku większość wymogu została zniesiona
- Tesla Roadster, 2008: zasięg 392 km dzięki technologii litowo-jonowej
Zasada, która zrodziła elektryka: Kalifornijski wymóg ZEV
Powodem powrotu w pełni elektrycznych samochodów do dyskusji w latach 90. nie był popyt rynkowy, lecz presja regulacyjna. Kalifornijska Rada Zasobów Powietrza (CARB) w 1990 roku przyjęła regulację Pojazdów Niskoemisyjnych, która wymagała, aby 10% sprzedaży nowych pojazdów stanowiły pojazdy o zerowej emisji. Harmonogram był konkretny: od 1998 roku 2% sprzedaży nowych lekkich pojazdów dużych producentów w tym stanie musiała stanowić emisja zerowa.
Producenci musieli opracować prawdziwe produkty, aby spełnić ten wskaźnik. GM EV1, Toyota RAV4 EV i Honda EV Plus to produkty tego okresu. Ich wspólne cechy są uderzające: wszystkie trzy były ograniczone do Kalifornii, wszystkie trzy oferowane były głównie w formie wynajmu, a wszystkie trzy zakończyły swój żywot na początku lat 2000. Czyli samochód elektryczny narodził się nie jako produkt konsumencki, lecz jako efekt legislacyjny - co ukształtowało wszystko, co nastąpiło później.
Toyota RAV4 EV: Najbardziej namacalny przykład wczesnej elektryki
RAV4 EV to pojazd wyprodukowany w tym okresie, który z perspektywy dzisiejszego dnia wydaje się najbardziej znaczący; ponieważ w nadwoziu kompaktowego SUV-a umieszczono realną użyteczność na co dzień. Tabela techniczna mówi wyraźnie: w pakiecie znajdowały się 24 ogniwa Panasonic NiMH 12V 95Ah, a łączna pojemność wynosiła około 27 kWh. Zasięg EPA wynosił 95 mil (153 km), prędkość maksymalna była ograniczona do 78–85 mph, a czas przyspieszenia 0–60 mph wynosił około 18 sekund. System indukcyjny Magne Charge z ładowarką 6 kW completing pełne ładowanie w około 5 godzin.
Trwałość również była imponująca. Niektóre RAV4 EV przejechały na oryginalnym pakiecie akumulatorów ponad 150 000 mil (240 000 km); Toyota testowała pojazd w Japonii przez dwa lata, pokonując 300 000 mil, zanim wprowadziła go do USA. Do połowy 2012 roku około 500 pojazdów pierwszej generacji nadal jeździło po drogach Kalifornii, co pokazuje, że chemia NiMH była technicznie wystarczająca dla EV - problemem nie była inżynieria, lecz jak zobaczymy poniżej, ekonomia i struktura patentowa.
Liczby produkcyjne i model leasingu
Pierwsze egzemplarze flotowe w 1997 roku udostępniono w leasingu; w 2001 roku leasing jednojazdowy udostępniono małym firmom, a w marcu 2002 roku po zmianie polityki korporacyjnej rozpoczęła się sprzedaż dla ogółu publiczności. Jednak otwarcie dla publiczności pozostało symboliczne: jedynie 328 sztuk sprzedano lub wydzierżawiono publicznie - istniały listy oczekujących, a mimo to program zakończono. Niektóre z ostatnich 328 pojazdów zostały ręcznie ukończone z części zamiennych z powodu braku części; dostawy trwały do września 2003 roku. Łączna produkcja w latach 1997-2003 to około 1900 sztuk: z czego około 1500 w USA (1484 w Kalifornii), a 400 w Japonii.
| Rok | Około sztuk |
|---|---|
| 1997 | 69 |
| 1998 | 359 |
| 1999 | 255 |
| 2000 | 106 |
| 2001 | 160 |
| 2002 | 600 |
| 2003 (pierwsza połowa) | 28 |
Struktura cen również wyjaśnia trudność programu: cena katalogowa wynosiła 42 000 USD; Dzięki kalifornijskim dotacjom ZIP w wysokości 9.000 USD (w 2003 r. obniżonym do 5.000) oraz federalnemu kredytowi podatkowemu 4.000 USD koszt efektywny spadał do około 29.000–33.000 USD. Toyota twierdziła, że aby kontynuować lub wznowić produkcję, wymagane były dziesiątki tysięcy zamówień. Po zakończeniu okresów leasingu firma zaczęła odbierać i niszczyć pojazdy; w 2005 roku porozumienie zawarte z DontCrush.com (później Plug In America) zatrzymało niszczenie. Koniec programu ogłoszono dzień po tym, jak CARB w 2003 roku zniósł większość obowiązku ZEV, zastępując go kategoriami Częściowo Pojazdów o Zerowej Emisji (PZEV) i SULEV. Timing niewątpliwie dowodzi, że przyczyną było przepisy.
Honda EV Plus: Krótka wersja tego samego scenariusza
Honda w latach 1997-1999 testowała EV Plus na scenie Kalifornii i wydzierżawiła około 300 pojazdów w USA, łącznie 330. Produkcję zatrzymano w 1999 roku - tuż po ogłoszeniu przez Hondę swojego pierwszego auta hybrydowego Insight. Po zakończeniu okresów leasingu prawie wszystkie pojazdy zostały odebrane przez Hondę i większość z nich została poddana recyklingowi; kilka podarowano uniwersytetom. Po stronie Hondy historia jest krótsza, ale schemat ten sam: test ograniczony do leasingu, kurtyna opuszczona wraz z nadejściem hybrydy. W 2002 roku Honda rozpoczęła leasing pojazdu wodorowego FCX; zatem zainteresowanie firmy elektryfikacją nie wygasło, lecz pełnowymiarowy EV po raz kolejny w tej dekadzie trafił na półkę.
Bariera baterii NiMH: twierdzenie czy fakt?
Najbardziej kontrowersyjnym punktem na liście przyczyn śmierci pierwszej fali pojazdów elektrycznych jest bariera patentowa dużych motoryzacyjnych baterii NiMH. Łańcuch wydarzeń wyglądał następująco: Światowe prawa patentowe do baterii NiMH EV-95 - zakupione od GM - przeszły pod kontrolę Chevronu wraz z fuzją Texaco. Jednostka Chevronu wygrała odszkodowanie 30 000 000 USD przeciwko Toyocie i Panasonicowi; duża linia produkcyjna baterii NiMH została zamknięta i rozebrana. Sprawa zakończyła się bez upublicznienia z powodu nakazu poufności nałożonego na strony przez ICC Międzynarodowy Sąd Arbitrażowy. Patenty pozostały w rękach Chevronu do końca 2014 roku i w tym okresie twierdzono, że zezwolono jedynie na małe baterie NiMH nieprzydatne dla pojazdów elektrycznych.
W tym miejscu trzeba dokonać rozróżnienia. Tajna decyzja arbitrażowa na 30 milionów dolarów i rozebranie linii produkcyjnej to udokumentowane, konkretne fakty; natomiast twierdzenie, że Chevron prowadził świadomą strategię tłumienia, pozostaje interpretacją pochodzącą ze środowisk adwokatów tej technologii. Wynalazca NiMH, dr Stan Ovshinsky, sprzeciwiając się GM, przejechał 200 mil w EV1 wyposażonym w baterię NiMH, chcąc wykazać, że NiMH nadaje się do praktycznego użytku w pojeździe elektrycznym. Z drugiej strony Toyota przytacza praktyczne powody zakończenia programu: próg dziesiątek tysięcy zamówień i przestarzałość nadwozia RAV4 z 1996 roku. Oba wyjaśnienia się nie wykluczają - wycofanie wymogów regulatorów osuszyło popyt, a konsolidacja patentów utrudniła wejście na scenę alternatywnym producentom.
Prius i hybryda: Środek drogi, ale w którą stronę?
Inwestycja Toyoty w hybrydę nie była przypadkiem, lecz świadomym wyborem inżynieryjnym. Według własnej narracji historycznej firmy projekt częściowo opóźniła taka przeszkoda: w tamtym czasie nie istniała wtórna, czyli ładowalna bateria, która spełniałaby wymagania wydajnościowe pojazdu hybrydowego. Rozwój Priusa wiązał się z poważnymi wyzwaniami technicznymi, takimi jak zaprojektowanie wydajnego układu napędowego hybrydy i zarządzanie baterią. Efektem był produkt zaprezentowany w 1997 roku, który przekształcił przemysł motoryzacyjny - ale elektryfikacja bez gniazda ładowania.
Proces rozwoju RAV4 EV pozostaje w cieniu tego wyboru. W prototypach z lat 90. preferowano wersję NiMH o większym zasięgu, ponieważ wersja kwasowo-ołowiowa (PbA) była mniej wydajna energetycznie. Toyota wybrała NiMH, argumentując, że rozwój dwóch typów baterii w programie o ograniczonej skali nie jest praktyczny; decyzja ta doprowadziła do wyższych kosztów i ceny sprzedaży. Zwolennicy pojazdów elektrycznych argumentowali dokładnie odwrotnie: Wybór NiMH zablokował drogę tanim elektriklom na bazie PbA z lat 90. Narracja, według której konsumenci w salonach byli kierowani do Priusa zamiast do EV, jest często powtarzana jako jeden z argumentów tezy, że hybryda opóźniła rozwój pojazdów elektrycznych. Mierzalny fakt jest następujący: rewolucja hybrydowa zgromadziła w skali produkcji seryjnej doświadczenie w zarządzaniu baterią i elektrycznym układzie napędowym potrzebne dla EV - ale w tej samej dekadzie zabrała w pełni elektryczne pojazdy z półek salonów.
Jak otwarto zamek litowo-jonowy: Droga do Tesli Roadster

Drzwi zamknięte nad NiMH otworzyły się dla litowo-jonowej gdzie indziej. Tesla Roadster (2008) była pierwszym legalnym na drogach publicznych seryjnie produkowanym w pełni elektrycznym samochodem wyprodukowanym z ogniwami litowo-jonowymi; zasięg osiągnął 392 km - czyli ponad dwa i pół razy więcej niż 153 km RAV4 EV. Litowo-jonowy szybko wyparł nikiel i ołów z pojazdów elektrycznych; patenty NiMH trzymane przez Chevrona wygasły pod koniec 2014 roku, ale scena zmieniła się już dawno wcześniej.
Wybór baterii w Roadsterze również odzwierciedla logikę tamtych czasów: zamiast specjalnych dużych ogniw wybrano staniałe ogniwa litowo-jonowe 18650 z sektora elektroniki użytkowej; pierwszy paket zprototypowano w garażu, łącząc baterie komputerowe. Tak więc sekret Tesli nie polegał na wynalezieniu nowej chemii - chodziło o przeniesienie korzyści skali elektroniki użytkowej do samochodu. Toyota z kolei wróciła do gry znacznie później i z umiarem: druga generacja RAV4 EV, opracowana we współpracy Tesli i Panasonica w latach 2012-2014, była sprzedawana wyłącznie w Kalifornii, produkcja zakończyła się we wrześniu 2014 roku z limitem 2600 egzemplarzy, a do kwietnia 2015 sprzedano 2489 sztuk.
Wniosek: Dziesięciolecie, które i przygotowało, i opóźniło
Patrząc inżynierskim okiem na okres pomostowy sprzed Tesli, dwie prawdy są jednocześnie prawdziwe. Po pierwsze, Prius i rodzina hybryd dojrzały w milionach pojazdów pod względem zarządzania bateriami, rekuperacji i doświadczenia z elektrycznym układem napędowym, przygotowując grunt pod Teslę Roadster. Po drugie, w pełni elektryczny pojazd - w tym RAV4 EV, będący solidnym produktem - musiał czekać jeszcze dekadę z powodu złagodzenia przepisów, modelu biznesowego opartego na wynajmie i skoncentrowania patentów NiMH w jednym ręce. Pojazdy pierwszej fali nie były porażką techniczną; porażkę poniosła struktura komercyjna i prawna. Roadster był tego dowodem: ta sama fizyka, inna bateria, inny model biznesowy - i druga wiosna samochodu elektrycznego.
Źródła
- Toyota RAV4 EV - Wikipedia
- Toyota RAV4 EV - Electric Vehicles News
- Patent encumbrance of large automotive NiMH batteries - Wikipedia
- Revenge of the NiMH Batteries? - Plug In America
- Honda EV Plus - Wikipedia
- Rozdział III: Unikalne technologie i produkty - Honda
- Punkt 1. Rozwój Priusa i strategia hybrydowa - Toyota Global
- Przepisy dotyczące pojazdów zeroemisyjnych - CARB
- Kalifornijski mandat pojazdów zeroemisyjnych - eScholarship
- Toyota Prius zmieniła przemysł motoryzacyjny - IEEE Spectrum
- Tesla Roadster (pierwsza generacja) - Wikipedia
- Tesla Roadster - ScienceDirect Topics
- Toyota a samochody elektryczne - Green Car Reports