特斯拉之前:混动车与RAV4 EV为何早早放弃电动化?
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在特斯拉之前的时代,电动汽车曾两次诞生,又两次退场: 加州的零排放强制规定催生了丰田 RAV4 EV 和本田 EV Plus 等全电动先驱,而混合动力技术的崛起以及镍金属氢化物 (NiMH) 电池专利被集中到单一手中,则使这波早期电动浪潮在2000年代初终结.直到2008年,搭载锂离子电池的Tesla Roadster才重新打开了这条路.本页面将通过技术数据讲述那个过渡时期是如何运转的,以及电动汽车为何再次被推迟.
亮点
- RAV4 EV: 1997-2003 年间约 1,900辆, 其中 1,484辆在加州
- NiMH电池组: 24个电芯, ~27 kWh, EPA续航 0,000英里 (240,000公里) 以上
- 本田 EV Plus: 仅有 ~300辆租赁 (美国), 1999年因Insight而停产
- CARB ZEV比例: 自1998年起为2%; 2003年强制要求的大部分被取消
- Tesla Roadster, 2008: 锂离子电池实现 392公里 续航
孕育电动汽车的规则: 加州 ZEV 强制规定
1990年代全电动汽车重新被摆上桌面,并非因为市场需求,而是监管压力.加州空气资源委员会 (CARB) 在1990年通过的低排放车辆法规中规定,新车销量的10%必须是零排放车辆.时间表是具体的: 从1998年起,大型制造商在州内销售的新轻型车辆中必须有2%实现零排放.
制造商不得不开发真正的产品来满足这一比例.GM EV1、丰田 RAV4 EV 和本田 EV Plus 就是这一时期的产物.它们的共同点令人瞩目: 三者都仅限于加州,三者都主要通过租赁方式提供,而且三者的寿命都在2000年代初结束.也就是说,电动汽车不是作为消费产品,而是作为立法产物而诞生的——这决定了之后的一切.
丰田 RAV4 EV: 早期电动汽车最具体的范例
RAV4 EV 是这一时期生产的、从今天的角度来看最有意义的车辆; 因为它在紧凑型SUV车身上实现了真正可日常使用的实用性.技术数据说明一切: 电池组包含 24个12V 95Ah Panasonic NiMH电芯 , 总容量约 27 kWh.EPA续航 95英里 (153公里), 最高时速限制在78-85英里之间, 0-60英里/小时加速约18秒.采用感应式 Magne Charge 系统, 6 kW充电单元约5小时完成充满.
耐用性方面也令人瞩目.一些 RAV4 EV 用原装电池组行驶了 150,000英里(240,000公里)以上 ; 丰田在将该车辆引入美国之前, 在日本进行了两年30万英里的测试.截至2012年中期,约有500辆第一代车辆仍在加州道路上使用,这表明 NiMH 化学体系在技术上对 EV 是足够的——问题不在工程上,而在我们将在下文看到的经济和专利结构上.
产量数字与租赁模式
首批车队交付 1997开始对外租赁;2001年向小型企业提供单车队租赁服务,2002年3月随着企业政策调整开始公开销售.但公众开放仍停留在象征层面:仅有 328辆 被出售或租赁——尽管有等待名单,该计划仍被终止.最后328辆车中,部分因零部件短缺而用零散配件手工完成;交付一直持续到2003年9月.1997-2003年总量约1900辆:其中约1500辆在美国(加利福尼亚州1484辆),400辆在日本.
| 年份 | 大约数量 |
|---|---|
| 1997 | 69 |
| 1998 | 359 |
| 1999 | 255 |
| 2000 | 106 |
| 2001 | 160 |
| 2002 | 600 |
| 2003(上半年) | 28 |
价格结构也解释了该计划的艰难之处:标价为 42,000美元 ;加上9,000美元的加利福尼亚ZIP补贴(2003年降至5,000美元)和4,000美元的联邦税收抵免,实际成本降至约 29,000-33,000美元.丰田提出,维持或恢复生产需要数以万计的订单.租赁期满的车辆开始被收回并销毁;2005年与DontCrush.com(后来的Plug In America)达成的协议终止了销毁行为.该计划的结束,是在CARB于2003年取消大部分ZEV强制要求、代之以部分零排放车辆(PZEV)和SULEV类别的次日宣布的.这一时间安排无疑证明了原因在于法规.
Honda EV Plus:同一剧本的简短版本
本田在1997-1999年间在加州租赁舞台上试水EV Plus,在美国租赁了约 300辆,总计 330 辆.生产于1999年——在本田宣布其首款混合动力车Insight之后不久——停止.租赁期满后,几乎所有车辆都被本田回收,大部分被回收再利用;少数捐赠给了大学.本田这一边的故事更短,但剧本如出一辙:仅限租赁的试验,随着混合动力的到来而落幕.本田于2002年开始租赁FCX燃料电池车;也就是说,公司的电动化兴趣并未终结,但纯电池EV在这十年间再次被搁置.
NiMH电池障碍:是主张还是记录?
在早期电动车浪潮的死亡原因清单中,最具争议的一行是大型汽车用NiMH电池的专利壁垒.事件链条如下:NiMH EV-95电池的全球专利权——原从通用汽车购得——随着雪佛龙与德士古的合并而转入雪佛龙控制之下.雪佛龙的部门在与丰田和松下的诉讼中获胜,获赔 30,000,000美元 ;大型NiMH电池生产线被关闭拆除.由于国际商会国际仲裁法院对各方下达的保密令,该诉讼在未公开的情况下结案.专利 直到2014年底 一直掌握在雪佛龙手中,期间据称仅允许对电动车不适用的小型NiMH电池.
这里需要做一个区分.3000万美元的保密仲裁裁决和生产线的拆除是有记录的具体事件;而关于雪佛龙刻意实施压制战略的说法,仍然只是来自倡导团体的解读.NiMH的发明人斯坦·奥夫辛斯基博士曾与通用汽车对抗,驾驶一辆配备NiMH电池的EV1完成了200英里的旅程,想以此证明NiMH对电动汽车来说是实用的.另一方面,丰田则提出了终止生产的实际理由:数以万计的订单门槛以及1996款车身的RAV4已经过时.这两种解释并不互相排斥——监管的退缩让需求枯竭,而专利整合则使替代制造商难以登上舞台.
普锐斯与混合动力:中间路线,但朝哪个方向?
丰田对混合动力的投资并非偶然,而是一种有意识的工程选择.根据该公司自己的历史叙述,该项目一度因这样一个障碍而延宕:当时找不到能满足混合动力汽车性能要求的二次电池,即可充电电池.普锐斯的开发涉及设计高效混合动力传动系统和电池管理等重大技术难题.其成果是1997年推出并改变了整个汽车行业的产品——但却是一种没有充电插口的电动化.
RAV4 EV的开发过程笼罩在这一选择的阴影之下.在1990年代的样车评估中,续航里程更高的NiMH版本被选中,而其能效却低于铅酸(PbA)版本.丰田表示,在一个产量有限的项目中同时开发两种电池类型并不实际,因此选择了NiMH;这一决定导致了更高的成本和售价.而电动汽车倡导者的主张恰恰相反:选择NiMH扼杀了1990年代低成本PbA电动化车辆的发展之路.消费者在经销商处被引导购买普锐斯而非EV的说法,作为混合动力延缓了EV发展的论点依据之一被反复提及.可衡量的事实是:混合动力革命在量产规模上积累了EV所需的电池管理和电动传动系统经验——但同一个十年里,纯电动车却被从经销商货架上撤下了.
锂离子如何打开锁局:通往Tesla Roadster之路
在NiMH之上被关上的那扇门,锂离子从别处打开了. Tesla Roadster (2008)是首款采用锂离子电池制造、可在高速公路合法行驶的量产纯电动汽车;其续航里程达到 392公里——这是RAV4 EV的153公里续航的两倍半以上.锂离子很快就将镍和铅驱逐出了电动汽车领域;当雪佛龙手中的NiMH专利于2014年底到期时,格局早已改变.
Roadster的电池选择也体现了那个时代的逻辑:不用定制的大规格电池,而是采用在电力电子行业已变得廉价的 18650圆柱形锂离子电池 被选中;第一组电池包是将计算机电池组合起来,在车库里制作出原型.也就是说,Tesla的秘密并不是发明了新的化学技术——而是把消费电子产品的规模经济移植到了汽车上.Toyota则在很晚之后才以谨慎的态度做出了自己的回应:2012至2014年间,由Tesla与Panasonic合作开发的第二代RAV4 EV仅在加利福尼亚州销售, 2,600辆的 生产上限于2014年9月结束,截至2015年4月共售出2,489辆.
结论:塑造与延迟,同一个十年
以工程师的眼光审视Tesla之前的那段过渡时期,有两个事实同时成立.第一,Prius及其混合动力家族通过数百万辆汽车的积累,使电池管理、能量再生和电动传动系统的经验走向成熟,为Tesla Roadster奠定了基础.第二,纯电动汽车——包括RAV4 EV这样扎实的产品——由于法规的松动、以租赁为基础的商业模式以及NiMH专利集中到一家手中,不得不又等待了十年.早期浪潮的车型在技术上并非失败;失败的是其商业与法律结构.Roadster正是这一点的证明:同样的物理原理,不同的电池,不同的商业模式——以及电动汽车的第二个春天.