Tesla előtt: Hibridek és a RAV4 EV - miért hagyta korán abba az elektromos hajtást?

A Tesla előtti korszakban az elektromos autó kétszer született újjá és kétszer vonult vissza: Kalifornia nulla emissziós kötelezettsége megszülte a Toyota RAV4 EV és a Honda EV Plus szerű teljesen elektromos úttörőket, a hibridtechnológia felemelkedése és a nikkel-fém-hidrid (NiMH) akkumulátor-szabadalmak egy kézbe kerülése pedig ezt a korai elektromos hullámot a 2000-es évek elején lezárta. Az út csak 2008-ban nyílt meg újra a lítium-ionos Tesla Roadsterrel. Ez az oldal technikai adatokkal mutatja be, hogyan működött az a híd időszak, és miért halasztódott el az elektromos autó még egyszer.

Az elektromost megszülő szabály: a kaliforniai ZEV-kötelezettség

Az 1990-es években a teljesen elektromos autók újbóli napirendre kerülésének oka nem a piaci kereslet, hanem a szabályozói nyomás volt. A Kaliforniai Levegőerőforrás-testület (CARB) az 1990-ben elfogadott Alacsony kibocsátású járművek szabályozásával előírta, hogy az új járműértékesítések 10%-a nulla emissziós legyen. Az ütemterv kézzelfogható volt: 1998-tól a nagy gyártók államon belüli új könnyűjármű-értékesítéseinek 2%-ának emissziómentesnek kellett lennie.

A gyártóknak valódi termékeket kellett fejleszteniük az arány teljesítéséhez. A GM EV1, a Toyota RAV4 EV és a Honda EV Plus ennek a korszaknak a termékei. Közös vonásuk figyelemre méltó: mindhárom Kaliforniára korlátozódott, mindháromot elsősorban bérlet formájában kínálták, és mindhárom élete a 2000-es évek elején ért véget. Vagyis az elektromos autó nem fogyasztási cikként, hanem jogszabályi termékként született - ami mindent meghatározott a későbbiekben.

Toyota RAV4 EV: a korai elektromos legkézzelfoghatóbb példája

A RAV4 EV ebben a korszakban gyártott, máról nézve legjelentősebb jármű; mert egy kompakt SUV karosszériába valódi napi használhatóságot épített. A technikai kép egyértelműen beszél: a csomagban 24 darab 12V 95Ah Panasonic NiMH cella volt, a teljes kapacitás körülbelül 27 kWh. Az EPA hatótávja 95 mérföld (153 km), a legnagyobb sebesség 78–85 mph között volt korlátozva, a 0–60 mph gyorsulás pedig körülbelül 18 másodperc. Az indukciós Magne Charge rendszerű 6 kW-os töltőegység a teljes töltést körülbelül 5 óra alatt végezte el.

A tartósság oldal is igényes volt. Néhány RAV4 EV az eredeti akkumulátorcsomaggal 150.000 mérföld (240.000 km) felett tett meg utat; a Toyota két év alatt 300.000 mérföldet tesztelt Japánban, mielőtt a járművet az USA-ba hozta. Hogy 2012 közepén körülbelül 500 első generációs jármű még mindig használatban volt Kalifornia útjain, az azt mutatja, hogy a NiMH kémia technikailag elegendő volt az EV-hez - a probléma nem a mérnöki megoldásokban, hanem az alább látható gazdasági és szabadalmi struktúrában volt.

Gyártási számok és a bérleti modell

Az első flottakiszállítások 1997-ban kínálták bérleti díjra; 2001-ben kisvállalkozásoknak egym járműves flottabérlést nyitottak, 2002 márciusában pedig a vállalati politikaváltással megkezdődött a nyilvános értékesítés. A nyilvánosságra hozatal azonban szimbolikus maradt: mindössze 328 darab került értékesítésre vagy bérbeadásra - volt várólista, ennek ellenére a programot megszüntették. Az utolsó 328 jármű egy részét alkatrészhiány miatt kézzel fejezték be tartalék alkatrészekből; a szállítások 2003 szeptemberéig tartottak. Az 1997-2003 közötti összesen körülbelül 1.900 darab: ebből körülbelül 1.500 az USA-ban (Kaliforniában 1.484), 400 Japánban.

Az árstruktúra is magyarázza a program nehézségét: a listaár 42.000 USD volt; a 9.000 USD-s kaliforniai ZIP-támogatásokkal (2003-ban 5.000-re csökkent) és a 4.000 USD-s szövetségi adójóváírásokkal a tényleges költség körülbelül 29.000-33.000 USD re csökkent. A Toyota szerint a gyártás fenntartásához vagy újraindításához tízezernyi rendelés lett volna szükséges. A cég a lejárt bérleti idejű járműveket visszavenni és megsemmisíteni kezdte; 2005-ben a DontCrush.com-mal (később Plug In America) kötött megállapítás megállította a megsemmisítést. A program végét egy nappal azután jelentették be, hogy a CARB 2003-ban eltörölte a ZEV-felmondás nagy részét, és helyette a Részlegesen Nulla Kibocsátású Jármű (PZEV) és a SULEV kategóriákat vezette be. Az időzítés kétségtelenül bizonyítja, hogy az ok a jogszabály volt.

Honda EV Plus: Ugyanannak a forgatókönyvnek a rövid változata

A Honda 1997 és 1999 között az EV Plus-t a Kiralifornia színpadán próbálta ki, és az USA-ban körülbelül 300, összesen 330 járművet adott bérbe. A gyártás 1999-ben állt le - közvetlenül a Honda első hibridjárműve, az Insight bejelentése után. A bérleti időszakok végén szinte az összes járművet a Honda visszavonta, és a legtöbbet újrahasznosították; néhányat egyetemeknek adományoztak. A Honda oldalon a történet rövidebb, de a séma ugyanaz: a bérletre korlátozott kísérlet, amelynek függönyét a hibrid érkezése zárta le. A Honda 2002-ben elkezdte bérbe adni az FCX üzemanyagcellás járművét; vagyis a vállalat elektromosítás iránti érdeklődése nem szűnt meg, de a teljesen akkumulátoros EV ebben az évtizedben újra a polcra került.

A NiMH-akkumulátor akadálya: állítás vagy dokumentált tény?

A korai elektromos hullám halálának okait felsoroló listán a legvitatottabb sor a nagy autóipari NiMH-akkumulátorok szabadalmi akadálya. Az események láncolata így halad: a NiMH EV-95 akkumulátor világméretű szabadalmi jogai - a GM-től vásárolták meg - a Chevron Texacóval való egyesülésével a Chevron irányításába kerültek. A Chevron leányvállalata 30.000.000 USD kártérítést nyert a Toyota és a Panasonic ellen; a nagy NiMH-akkumulátor gyártósort bezárták és szétszerelték. A pert az ICC Nemzetközi Választottbíróságon a felekre alkalmazott titoktartási határozat miatt nyilvánosságra hozatal nélkül zárták le. A szabadalmak 2014 végéig a Chevron birtokában maradtak, és ezt az időszakot állítólag csak olyan kis NiMH-akkumulátoroknak engedélyeztek, amelyek nem voltak alkalmasak elektromos járművekhez.

Ezen a ponton különbséget kell tenni. A 30 millió dolláros titkos döntőbírói ítélet és a gyártósor szétszerelése nyilvántartott, kézzelfogható tények; ezzel szemben az a állítás, hogy a Chevron tudatos elnyomó stratégiát folytatott, a pártoló körökből származó értelmezésként marad. A NiMH feltalálója, Dr. Stan Ovshinsky, a GM-nek ellenkezve egy NiMH akkumulátoros EV1-gyel tett egy 200 mérföldes utat, és azt akarta bizonyítani, hogy a NiMH gyakorlatias elektromos járművekhez. Másrészt a Toyota praktikus indokokat hoz fel a megszüntetésre: a több tízezer rendelési küszöböt és az 1996-os karosszériás RAV4 elavultságát. A két magyarázat nem zárja ki egymást - a szabályozói visszavonulás kiszárította a keresletet, a patentkonszolidáció pedig megnehezítette az alternatív gyártók belépését a színtérre.

Prius és hibrid: Van középút, de melyik irányba?

A Toyota hibridbe történő befektetése nem véletlen, hanem tudatos mérnöki döntés volt. A cég saját történeti elbeszélése szerint a projektet részben az akadályozta, hogy akkoriban nem létezett a hibrid jármű teljesítménykövetelményeinek megfelelő másodlagos, azaz újratölthető akkumulátor. A Prius fejlesztése komoly technikai kihívásokat tartalmazott, mint a hatékony hibrid hajtáslánc megtervezése és az akkumulátorkezelés. Az eredmény egy 1997-ben bemutatott termék lett, amely átalakította az autóipart - de töltőcsatlakozó nélküli villamosítás.

A RAV4 EV fejlesztési folyamata ennek a döntésnek az árnyékában marad. Az 1990-es évekbeli prototípus-értékelésekben a nagyobb hatótávolságú NiMH verziót részesítették előnyben, az energiahatékonyság viszont alacsonyabb volt, mint az ólom-savas (PbA) verzióé. A Toyota azzal, hogy egy korlátozott volumenű programban két akkumulátortípus fejlesztése nem volt praktikus, a NiMH-t választotta; ez a döntés magasabb költséget és eladási árat eredményezett. Az EV-pártolók pontosan az ellenkezőjét érveltek: a NiMH kiválasztása elvágta az 1990-es évek alacsony költségű, PbA-alapú elektromos autók útját. Az az elbeszélés, hogy a fogyasztókat a kereskedésekben a Priushoz irányították az EV helyett, gyakran ismétlődik a hibrid késleltette az EV-t tézis egyik támaszaként. A mérhető tény ez: a hibrid forradalom sorozatgyártási léptékben felhalmozta az EV-hez szükséges akkumulátorkezelési és elektromos hajtáslánc-tapasztalatot - de ugyanez az évtized vonta ki a teljesen elektromos autót a kereskedési polcokról.

Hogyan oldotta fel a lítium-ion a zárat: Az út a Tesla Roadsterig

A NiMH fölé csukott ajtó a lítium-ionon keresztül máshol nyílt ki. Tesla Roadster (2008) volt az első autópályán legálisan közlekedtethető, sorozatgyártású, teljesen elektromos autó, amelyet lítium-ion cellákkal gyártottak; hatótávolsága elérte a 392 km-t - ami több mint két és félszerese a RAV4 EV 153 km-ének. A lítium-ion rövid időn belül kiszorította a nikkelt és az ólmot az elektromos járművekből; miközben a Chevron kezében lévő NiMH szabadalmak 2014 végén lejártak, a színtér már régen megváltozott.

A Roadster akkumulátorválasztása is a kor logikáját mutatja: speciális nagy méretű cella helyett a teljesítményelektronikai szektorban megolcsódott 18650-es hengeres lítium-ion cellák kiválasztva; az első csomagot számítógépes akkumulátorok összekapcsolásával egy garázsban prototipizálták. Vagyis a Tesla titka nem új kémia feltalálása volt - a fogyasztói elektronika méretgazdaságosságának az autóba való átültetése. A Toyota a saját oldalán sokkal később és mértékkel tért vissza: a Tesla és a Panasonic együttműködésével fejlesztett második generációs RAV4 EV 2012 és 2014 között kizárólag Kaliforniában volt kapható, 2.600 darabos gyártási korláttal 2014 szeptemberében ért véget, és 2015 áprilisáig 2.489 darabot adtak el belőle.

Eredmény: Ugyanaz az évtized, amely előkészített és késleltetett

Ha a Tesla előtti híd időszakára mérnöki szemmel tekintünk, két tény egyszerre igaz. Az első, hogy a Prius és a hibrid család az akkumulátorkezelés, a regeneráció és az elektromos hajtáslánc tapasztalatait milliószámú járművel éretté téve előkészítette a terepet a Tesla Roadster számára. A második, hogy a teljesen elektromos jármű - beleértve a szilárd terméket, a RAV4 EV-t is - további egy évtizedet volt kénytelen várni a jogszabályok enyhülése, a bérelésen alapuló üzleti modell és a NiMH szabadalmak egy kézben való összpontosulása miatt. A korai hullám járművei technikailag nem buktak meg; a kereskedelmi és jogi struktúra bukott meg. A Roadster ennek bizonyítéka volt: ugyanaz a fizika, más akkumulátor, más üzleti modell - és az elektromos autó második tavasza.

Források

• Toyota RAV4 EV - Wikipédia
• Toyota RAV4 EV - Elektromos Járművek Hírei
• Nagy autóipari NiMH akkumulátorok szabadalmi terhelése - Wikipédia
• A NiMH akkumulátorok visszavágása? - Plug In America
• Honda EV Plus - Wikipédia
• III. fejezet: Egyedi technológiák és termékek - Honda
• 1. tétel: A Prius fejlesztése és a hibrid stratégia - Toyota Global
• Nulla kibocsátású járművek szabályozása - CARB
• A kaliforniai nulla kibocsátású járművekre vonatkozó előírás - eScholarship
• A Toyota Prius átalakította az autóipart - IEEE Spectrum
• Tesla Roadster (első generáció) - Wikipédia
• Tesla Roadster - ScienceDirect Topics
• Toyota kontra elektromos autók - Green Car Reports