До Tesla: гибриды и RAV4 EV - почему электричество пришло слишком рано?

Электромобиль родился дважды и дважды был отозван; когда патенты на NiMH собрались в одних руках, дорога открылась заново лишь благодаря литий-ионным аккумуляторам.
Электромобиль родился дважды и дважды был отозван; когда патенты на NiMH собрались в одних руках, дорога открылась заново лишь благодаря литий-ионным аккумуляторам.

Поделиться этой страницей

До эпохи Tesla электрический автомобиль дважды рождался и дважды отступал: требование Калифорнии по нулевым выбросам породило таких полностью электрических первопроходцев, как Toyota RAV4 EV и Honda EV Plus , а рост гибридных технологий и сосредоточение патентов на никель-металлгидридных (NiMH) аккумуляторах в одних руках положили конец этой ранней электрической волне в начале 2000-х. Путь вновь открылся лишь в 2008 году с литиево-ионным Tesla Roadster. Эта страница с техническими данными рассказывает о том, как протекал тот переходный период и почему электрический автомобиль был снова отложен.

Основные факты

  • RAV4 EV: 1997–2003 выпущено около 1 900 единиц, из них 1 484 в Калифорнии
  • NiMH-батарея: 24 ячейки, ~27 кВтч, запас хода по EPA 95 миль (153 км)
  • Honda EV Plus: всего ~300 аренд (США), свёрнута в 1999 году в пользу Insight
  • Доля CARB ZEV: 2% с 1998 года; в 2003 году большая часть требования была отменена
  • Tesla Roadster, 2008: с литиево-ионной батареей 392 км запаса хода

Правило, породившее электромобиль: требование Калифорнии ZEV

Причиной возвращения полностью электрических автомобилей к обсуждению в 1990-х был не рыночный спрос, а регуляторное давление. Совет по воздушным ресурсам Калифорнии (CARB) принятым в 1990 году regulationм о низкоэмиссионных транспортных средствах постановил, что 10% продаж новых автомобилей должны иметь нулевые выбросы. Сроки были конкретными: с 1998 года 2% продаж новых лёгких транспортных средств крупных производителей внутри штата должны были не иметь выбросов.

Производители были вынуждены разрабатывать реальные продукты для выполнения этой нормы. GM EV1, Toyota RAV4 EV и Honda EV Plus - продукты этого периода. Их общие черты показательны: все три были ограничены Калифорнией, все три предлагались главным образом в аренду, и срок жизни всех трёх закончился в начале 2000-х. То есть электромобиль родился не как потребительский продукт, а как результат законодательства - и это определило всё дальнейшее.

Toyota RAV4 EV: самый осязаемый пример раннего электромобиля

RAV4 EV - автомобиль, выпущенный в этот период, который сегодня выглядит наиболее значимым, ведь он поместил реальную повседневную практичность в кузов компактного SUV. Техническая картина говорит сама за себя: в батарее 24 ячейки Panasonic NiMH 12V 95Ah , общая ёмкость около 27 кВтч. Запас хода по EPA - 95 миль (153 км), максимальная скорость была ограничена 78–85 милями в час, а разгон 0–60 миль в час занимал около 18 секунд. Зарядная станция мощностью 6 кВт с индуктивной системой Magne Charge полностью заряжала батарею примерно за 5 часов.

Долговечность также впечатляла. Некоторые RAV4 EV проехали более 150 000 миль (240 000 км) на оригинальной батарее; Toyota испытала автомобиль в Японии, проехав 300 000 миль за два года, прежде чем ввезти его в США. То, что к середине 2012 года около 500 автомобилей первого поколения всё ещё использовались на дорогах Калифорнии, показывает, что химия NiMH была технически достаточной для EV - проблема была не в инженерии, а в экономике и патентной структуре, которые мы рассмотрим ниже.

Производственные цифры и модель аренды

Первые поставки автопаркам - 1997'де автомобили были предложены в аренду; в 2001 году малым предприятиям была открыта аренда флота из одного автомобиля, а в марте 2002 года с изменением корпоративной политики начались продажи населению. Но выход на публичный рынок остался символическим: всего лишь 328 единиц было продано или сдано в аренду населению - существовали списки ожидания, тем не менее программа была завершена. Некоторые из последних 328 автомобилей из-за нехватки запчастей были вручную собраны из запасных частей; поставки продолжались до сентября 2003 года. Общий объём за 1997–2003 годы составил около 1 900 единиц: из них около 1 500 в США (1 484 в Калифорнии), 400 в Японии.

ГодПримерное количество
199769
1998359
1999255
2000106
2001160
2002600
2003 (первая половина)28

Ценовая структура также объясняет трудности программы: прейскурантная цена составляла 42 000 долларов США ; с калифорнийскими грантами ZIP в размере 9 000 долларов США (в 2003 году сниженными до 5 000) и федеральным налоговым кредитом в 4 000 долларов США эффективная стоимость опускалась примерно до 29 000–33 000 долларов США. Toyota заявила, что для продолжения или возобновления производства необходимы десятки тысяч заказов. Компания начала забирать автомобили с истёкшими сроками аренды и уничтожать их; в 2005 году соглашение, достигнутое с DontCrush.com (позднее Plug In America), остановило уничтожение. Конец программы был объявлен через день после того, как CARB в 2003 году отменил большую часть требования ZEV, заменив его категориями частично безвыбросных автомобилей (PZEV) и SULEV. Тайминг неоспоримо доказывает, что причиной было законодательство.

Honda EV Plus: краткая версия того же сценария

Honda в период с 1997 по 1999 год испытывала EV Plus на калифорнийской сцене и сдала в аренду в США около 300, а всего 330 автомобилей. Производство было остановлено в 1999 году - сразу после того, как Honda объявила о своём первом гибридном автомобиле Insight. По окончании сроков аренды почти все автомобили были возвращены Honda, и большинство из них было переработано; несколько экземпляров были переданы университетам в дар. История со стороны Honda короче, но шаблон тот же: эксперимент, ограниченный арендой, занавес которого закрылся с приходом гибрида. В 2002 году Honda начала сдавать в аренду автомобиль на топливных элементах FCX; то есть интерес компании к электрификации не угас, однако полностью аккумуляторный EV в этом десятилетии вновь был отложен.

Препятствие NiMH-аккумуляторов: претензия или факт?

В списке причин смерти ранней волны электромобилей самая спорная строка - патентное препятствие крупных NiMH-аккумуляторов автомобильной промышленности. Цепь событий развивается так: всемирные патентные права на NiMH-аккумулятор EV-95 - приобретённые у GM - перешли под контроль Chevron в результате слияния Chevron с Texaco. Подразделение Chevron выиграло у Toyota и Panasonic 30 000 000 долларов США компенсации; крупная производственная линия NiMH-аккумуляторов была закрыта и демонтирована. Судебное дело завершилось без публичного оглашения из-за решения о конфиденциальности, применённого к сторонам в Международном арбитражном суде ICC. Патенты до конца 2014 года оставались в руках Chevron, и в этот период, как утверждается, разрешались только небольшие NiMH-аккумуляторы, непригодные для электромобилей.

Здесь необходимо провести различие. Скрытое арбитражное решение на 30 миллионов долларов и демонтаж производственной линии - это задокументированные, конкретные факты; тогда как утверждение о том, что Chevron намеренно проводил стратегию подавления, остаётся интерпретацией, исходящей от сторонников EV. Изобретатель NiMH доктор Стэн Овшински, выступив против GM, совершил путешествие на 200 миль на EV1 с NiMH-аккумулятором, желая показать, что NiMH пригоден для электромобиля. С другой стороны, Toyota выдвигает практические доводы в пользу завершения: порог в десятки тысяч заказов и устаревание кузова RAV4 1996 года. Эти два объяснения не исключают друг друга - регуляторный отказ высушил спрос, а консолидация патентов затруднила выход на сцену альтернативных производителей.

Prius и гибриды: средний путь, но в какую сторону?

Инвестиции Toyota в гибриды были не случайностью, а осознанным инженерным выбором. Согласно собственной исторической версии компании, проект частично задержало следующее препятствие: в то время не существовало вторичной, то есть перезаряжаемой батареи, способной удовлетворить требования к производительности гибридного автомобиля. Разработка Prius включала серьёзные технические трудности, такие как проектирование эффективной гибридной трансмиссии и управление батареей. Результатом стал продукт, представленный в 1997 году и преобразовавший автомобильную индустрию - но электрификация без зарядного разъёма.

Процесс разработки RAV4 EV остаётся в тени этого выбора. При оценке прототипов в 1990-х была выбрана версия NiMH с большей дальностью хода, тогда как энергоэффективность была ниже, чем у свинцово-кислотной (PbA) версии. Toyota, заявляя, что развивать два типа батарей в программе ограниченного объёма непрактично, выбрала NiMH; это решение привело к более высокой себестоимости и цене продажи. Сторонники EV утверждали прямо противоположное: выбор NiMH преградил путь дешёвым свинцово-кислотным электромобилям 1990-х. История о том, что покупателей в дилерских центрах направляли на Prius вместо EV, часто повторяется как один из аргументов тезиса о том, что гибрид задержал электромобиль. Измеримый факт таков: гибридная революция накопила в масштабах серийного производства опыт управления батареями и электротрансмиссией, необходимый для EV - но в то же десятилетие полностью электрический автомобиль был снят с дилерских полок.

Как литий-ион открыл замок: путь к Tesla Roadster

Tesla'nın sırrı yeni bir batarya kimyası icat etmek değildi; tüketici elektroniğinin ölçek ekonomisini otomobile taşımaktı.

Дверь, закрытая над NiMH, открылась для литий-иона в другом месте. Tesla Roadster (2008) стал первым серийным полностью электрическим автомобилем, допущенным на дороги общего пользования и произведённым с литий-ионными элементами; его запас хода достиг 392 км- это более чем в два с половиной раза больше, чем 153 км у RAV4 EV. Литий-ион быстро вытеснил никель и свинец из электромобилей; в то время как патенты Chevron на NiMH истекли к концу 2014 года, сцена уже давно изменилась.

Выбор батареи Roadster также отражает логику того времени: вместо специальных крупноформатных элементов - подешевевшие в секторе силовой электроники цилиндрические литий-ионные элементы 18650 выбрана; первый прототип был собран в гараже из объединённых компьютерных аккумуляторов. То есть секрет Tesla заключался не в изобретении новой химии, а в переносе эффектов масштаба потребительской электроники в автомобиль. Toyota на своей стороне гораздо позже и осторожно вернулась к теме: второе поколение RAV4 EV, разработанное в 2012-2014 годах в сотрудничестве Tesla и Panasonic, продавалось только в Калифорнии, лимитом в 2600 единиц производство завершилось в сентябре 2014 года, и к апрелю 2015 года было продано 2489 единиц.

Итог: одно десятилетие и подготовило, и задержало

Если взглянуть глазами инженера на переходный период до Tesla, верны одновременно два факта. Во-первых, Prius и гибридное семейство, отточив на миллионах автомобилей опыт управления батареей, рекуперации и электрической трансмиссии, подготовили почву для Tesla Roadster. Во-вторых, полностью электрический автомобиль - включая вполне добротный RAV4 EV - был вынужден ждать ещё целое десятилетие из-за смягчения законодательства, коммерческой модели, основанной на аренде, и сосредоточения патентов на NiMH в одних руках. Автомобили ранней волны не потерпели технического провала; провалились коммерческая и правовая структуры. Roadster был тому доказательством: та же физика, другая батарея, другая бизнес-модель - и вторая весна электромобиля.

Источники