Tesla، پیش از هیبریدها و RAV4 EV: چرا برق زود رها شد؟

خودروی الکتریکی دو بار به دنیا آمد و دو بار عقب نشینی کرد؛ وقتی ثبت اختراع‌های NiMH در یک دست متمرکز شد، راه تنها با لیتیم-یون دوباره گشوده شد.
خودروی الکتریکی دو بار به دنیا آمد و دو بار عقب نشینی کرد؛ وقتی ثبت اختراع‌های NiMH در یک دست متمرکز شد، راه تنها با لیتیم-یون دوباره گشوده شد.

این صفحه را به اشتراک بگذارید

در دوران پیش از تسلا، خودروی برقی دو بار متولد شد و دو بار عقب‌نشینی کرد: الزام آلایندگی صفر کالیفرنیا پیشگامان تمام‌برقی مانند تویوتا RAV4 EV و هوندا EV Plus را به وجود آورد و ظهور فناوری هیبرید و انحصار شدت ثبت اختراع باتری‌های نیکل-فلز-هیدرید (NiMH) در یک دست، این موج اولیه خودروهای برقی را در اوایل دهه 2000 پایان داد. راه، تنها در سال 2008 با تزلایون-یون تسلا رودستر دوباره گشوده شد. این صفحه با داده‌های فنی شرح می‌دهد که آن دوره گذار چگونه سپری شد و چرا خودروی برقی یک بار دیگر به تعویق افتاد.

نکات برجسته

  • RAV4 EV: 1997–2003 حدود 1.900 دستگاه، از این تعداد 1.484 دستگاه در کالیفرنیا
  • بسته NiMH: 24 سلول، ~27 kWh، برد EPA 95 مایل (153 کیلومتر)
  • هوندا EV Plus: تنها ~300 قرارداد اجاره (آمریکا)، در سال 1999 به نفع Insight متوقف شد
  • نسبت CARB ZEV: از سال 1998 به میزان 2%؛ در سال 2003 بخش عمده این الزام حذف شد
  • تسلا رودستر، 2008: برد 392 کیلومتر با لیتیم-یون

قاعده‌ای که خودروی برقی را به دنیا آورد: الزام ZEV کالیفرنیا

علت بازگشت خودروهای تمام‌برقی به میز مذاکره در دهه 1990، تقاضای بازار نبود، بلکه فشار مقرراتی بود. هیئت منابع هوای کالیفرنیا (CARB) با آیین‌نامه خودروهای کم‌آلاینده که در سال 1990 تصویب کرد، شرط گذاشت که 10% از فروش خودروهای جدید بدون آلایندگی باشد. جدول زمانی مشخص بود: از سال 1998، 2% از فروش خودروهای سبک جدید تولیدکنندگان بزرگ در داخل ایالت باید بدون آلایندگی می‌بود.

تولیدکنندگان برای تأمین این نسبت مجبور شدند محصولات واقعی توسعه دهند. GM EV1، تویوتا RAV4 EV و هوندا EV Plus محصولات همین دوره‌اند. نکته مشترک آن‌ها چشمگیر است: هر سه محدود به کالیفرنیا بودند، هر سه عمدتاً از طریق اجاره ارائه شدند و عمر هر سه در اوایل دهه 2000 به پایان رسید. یعنی خودروی برقی نه به عنوان یک محصول مصرفی، بلکه به عنوان خروجی یک مقررات متولد شد - و این همه چیز بعدی را تعیین کرد.

تویوتا RAV4 EV: ملموس‌ترین نمونه خودروی برقی اولیه

RAV4 EV در این دوره تولید شده و از نگاه امروز معنادارترین خودروست؛ زیرا قابلیت استفاده واقعی روزانه را در بدنه یک SUV کمپکت جای داده بود. جدول فنی روشن است: در بسته 24 سلول NiMH پاناسونیک 12 ولت 95 آمپرساعت وجود داشت و ظرفیت کل حدود 27 kWh بود. برد EPA 95 مایل (153 کیلومتر) بود، سرعت بیشینه بین 78 تا 85 مایل بر ساعت محدود شده بود و زمان 0 تا 60 مایل حدود 18 ثانیه بود. واحد شارژ 6 کیلووات با سیستم القایی Magne Charge شارژ کامل را در حدود 5 ساعت تکمیل می‌کرد.

از نظر دوام نیز ادعاها جدی بود. برخی RAV4 EVها با بسته باتری اصلی بیش از 150.000 مایل (240.000 کیلومتر) مسافت پیمودند؛ تویوتا پیش از وارد کردن خودرو به آمریکا، آن را در ژاپن طی دو سال 300.000 مایل تست کرد. اینکه تا اواسط 2012 حدود 500 خودروی نسل اول هنوز در جاده‌های کالیفرنیا در حال استفاده بودند، نشان می‌دهد شیمی NiMH از نظر فنی برای خودروی برقی کافی بود - مشکل نه در مهندسی، بلکه در ساختار اقتصاد و ثبت اختراع بود که در ادامه خواهیم دید.

تعداد تولید و مدل اجاره

اولین تحویل‌های ناوگان 1997'ده برای اجاره ارائه شد؛ در سال 2001 اجاره ناوگان تک‌وسیله به مشاغل کوچک آغاز شد و در مارس 2002 با تغییر سیاست شرکت، فروش به عموم آغاز شد. اما عرضه به عموم نمادین ماند: تنها 328 دستگاه فروش یا اجاره شد - لیست‌های انتظار وجود داشت، با این حال برنامه خاتمه یافت. برخی از 328 وسیله آخر به دلیل کمبود قطعات، به صورت دستی از قطعات یدکی تکمیل شدند؛ تحویل‌ها تا سپتامبر 2003 ادامه یافت. مجموع 1997-2003 حدوداً 1.900 دستگاه: حدود 1.500 دستگاه در آمریکا (1.484 دستگاه در کالیفرنیا) و 400 دستگاه در ژاپن.

سالتعداد تقریبی
199769
1998359
1999255
2000106
2001160
2002600
2003 (نیمه اول)28

ساختار قیمت نیز دشواری برنامه را توضیح می‌دهد: قیمت برچسب 42.000 دلار بود؛ با یارانه‌های ZIP کالیفرنیا به ارزش 9.000 دلار (که در 2003 به 5.000 کاهش یافت) و اعتبار مالیاتی فدرال 4.000 دلاری، هزینه مؤثر به حدود 29.000-33.000 دلار می‌رسید. تویوتا ادعا کرد که برای ادامه یا ازسرگیری تولید، به هزاران سفارش نیاز است. تویوتا شروع به پس گرفتن و اوراق کردن خودروهایی کرد که دوره اجاره آنها به پایان رسیده بود؛ در سال 2005 توافقی با DontCrush.com (بعداً Plug In America) اوراق کردن را متوقف کرد. پایان برنامه، یک روز پس از آن اعلام شد که CARB در سال 2003 بخش عمده الزام ZEV را حذف و به جای آن دسته‌های خودرو با آلایندگی صفر جزئی (PZEV) و SULEV را قرار داد. زمان‌بندی، قانون‌گذاری بودن دلیل را قطعاً اثبات می‌کند.

هوندا EV Plus: نسخه کوتاه همان سناریو

هوندا بین سال‌های 1997 تا 1999، EV Plus را روی صحنه کالیفرنیا آزمود و در آمریکا حدوداً 300 و در مجموع 330 وسیله اجاره داد. تولید در سال 1999 - بلافاصله پس از اعلام اینسایت، نخستین خودروی هیبریدی هوندا - متوقف شد. در پایان دوره‌های اجاره، تقریباً تمام خودروها توسط هوندا پس گرفته و بیشتر آنها بازیافت شدند؛ چند دستگاه نیز به دانشگاه‌ها اهدا شد. داستان در سمت هوندا کوتاه‌تر است اما الگو همان است: آزمایش محدود به اجاره، و بسته شدن پرده با آمدن هیبرید. هوندا در سال 2002 اجاره خودروی پیل سوختی FCX را آغاز کرد؛ یعنی علاقه شرکت به برقی‌سازی پایان نیافت، اما EV تمام‌باتری در این دهه یک بار دیگر کنار گذاشته شد.

مانع باتری NiMH: ادعاست یا سابقه است؟

در فهرست علل مرگ موج اولیه خودروهای برقی، بحث‌برانگیزترین سطر، مانع ثبت اختراع باتری‌های NiMH خودروسازان بزرگ است. زنجیره وقایع چنین پیش می‌رود: حقوق ثبت اختراع جهانی باتری NiMH EV-95 - که از جنرال موتورز خریداری شده بود - با ادغام شورون و تکزاکو به کنترل شورون درآمد. واحد شورون در برابر تویوتا و پاناسونیک 30.000.000 دلار خسارت دریافت کرد؛ خط تولید بزرگ باتری NiMH بسته و برچیده شد. دعوا به دلیل حکم محرمانگی اعمال‌شده بر طرفین در دیوان داوری بین‌المللی ICC، بدون اعلام عمومی به نتیجه رسید. ثبت اختراع‌ها تا پایان سال 2014 در دست شورون باقی ماند و در این دوره ادعا شد که تنها به باتری‌های کوچک NiMH نامناسب برای خودروی برقی اجازه داده شد.

در این نقطه باید تمایز قائل شد. حکم داوری محرمانه 30 میلیون دلاری و برچیدن خط تولید، رویدادهای مستند و ملموسی هستند؛ در مقابل، این ادعا که شورون عمداً استراتژی سرکوبی در پیش گرفته، صرفاً تفسیری از سوی محافل مدافع باقی می‌ماند. دکتر استن اوشینسکی، مخترع NiMH، در مخالفت با جنرال موتورز با یک EV1 مجهز به باتری NiMH سفری 200 مایلی انجام داد و می‌خواست نشان دهد که NiMH برای خودروی برقی عملی است. از سوی دیگر، تویوتا دلایل عملی برای خاتمه برنامه مطرح می‌کند: آستانه سفارش ده‌ها هزار دستگاه و قدیمی شدن بدنه RAV4 مدل 1996. این دو توضیح یکدیگر را نفی نمی‌کنند - فشار درخواست عقب‌نشینی قانون‌گذار بازار را خشکاند و تمرکز حق‌اختراع‌ها ورود تولیدکنندگان جایگزین به میدان را دشوار کرد.

پریوس و هیبرید: راهی در میانه، اما در چه جهتی؟

سرمایه‌گذاری تویوتا بر هیبرید، اتفاقی نبود بلکه انتخابی آگاهانه در مهندسی بود. طبق روایت تاریخی خود شرکت، این پروژه تا حدی با مانعی متوقف شد: در آن زمان باتری ثانویه، یعنی قابل شارژ، که نیازمندی‌های عملکردی خودروی هیبرید را برآورده کند وجود نداشت. توسعه پریوس شامل چالش‌های فنی جدی مانند طراحی سیستم انتقال قدرت هیبریدی کارآمد و مدیریت باتری بود. حاصل کار، محصولی بود که در 1997 معرفی شد و صنعت خودرو را دگرگون کرد - اما برقی‌سازی بدون دوشاخه شارژ.

فرآیند توسعه RAV4 EV در سایه این انتخاب باقی می‌ماند. در ارزیابی نمونه‌های اولیه دهه 1990، نسخه NiMH با برد بالاتر ترجیح داده شد، در حالی که بهره‌وری انرژی آن از نسخه سرب-اسیدی (PbA) کمتر بود. تویوتا با این استدلال که توسعه دو نوع باتری در برنامه‌ای با حجم محدود عملی نیست، NiMH را برگزید؛ این تصمیم به هزینه و قیمت فروش بالاتری انجامید. مدافعان خودروهای برقی برعکس استدلال کردند: انتخاب NiMH راه را بر خودروهای برقی کم‌هزینه مبتنی بر PbA در دهه 1990 بست. روایت اینکه مصرف‌کنندگان در نمایندگی‌ها به‌جای EV به سمت پریوس هدایت می‌شدند، اغلب به‌عنوان یکی از شواهد این نظریه که هیبرید برقی‌سازی را به تأخیر انداخت، تکرار می‌شود. واقعیت قابل اندازه‌گیری این است: انقلاب هیبریدی تجربه مدیریت باتری و سیستم انتقال قدرت الکتریکی لازم برای EV را در مقیاس تولید انبوه انباشت کرد - اما در همان دهه، خودروی تمام‌برقی را از قفسه نمایندگی‌ها جمع کرد.

لیتیوم-یون چگونه قفل را گشود: راهی به سوی تسلا رودستر

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

دری که روی NiMH بسته شد، از جای دیگری به روی لیتیوم-یون گشوده شد. تسلا رودستر (2008)، نخستین خودروی تمام‌برقی تولید انبوه قانونی برای جاده‌های برون‌شهری بود که با سلول‌های لیتیوم-یون ساخته شد؛ برد آن به 392 کیلومتر رسید - که بیش از دو و نیم برابر برد 153 کیلومتری RAV4 EV است. لیتیوم-یون به‌سرعت نیکل و سرب را از خودروهای برقی کنار زد؛ در حالی که حق‌اختراع‌های NiMH در اختیار شورون در پایان 2014 منقضی شد، صحنه دیگر تغییر کرده بود.

انتخاب باتری رودستر نیز منطق آن دوره را نشان می‌دهد: به‌جای سلول‌های بزرگ مخصوص، از سلول‌های استوانه‌ای لیتیوم-یون 18650 که در صنعت تجهیزات الکترونیکی ارزان شده بودند انتخاب شد؛ بسته اول با اتصال باتری‌های کامپیوتر در یک گاراژ به‌صورت نمونه اولیه ساخته شد. یعنی راز تسلا اختراع یک شیمی جدید نبود - بلکه انتقال اقتصاد مقیاس الکترونیک مصرفی به خودرو بود. تویوتا در سمت خود، خیلی دیرتر و با محافظه‌کاری بازگشتی انجام داد: نسل دوم RAV4 EV که بین سال‌های 2012 تا 2014 با همکاری تسلا و پاناسونیک توسعه یافت، فقط در کالیفرنیا فروخته شد، با محدودیت تولید 2.600 دستگاه در سپتامبر 2014 به پایان رسید و تا آوریل 2015 تعداد 2.489 دستگاه فروخته شد.

نتیجه: یک دهه واحد هم آماده‌ساز و هم به‌تعامل‌اندازنده

وقتی با نگاه مهندسی به دوره گذار پیش از تسلا می‌نگریم، دو واقعیت همزمان درست‌اند. نخست، خانواده پریوس و هیبریدها با بالغ کردن تجربه مدیریت باتری، بازیابی انرژی و مجموعه پیشرانه برقی از طریق میلیون‌ها خودرو، زمینه را برای Tesla Roadster فراهم کردند. دوم، خودروی تمام‌برقی - از جمله RAV4 EV که محصولی مستحکم بود - به دلیل نرم‌شدن قوانین، مدل تجاری مبتنی بر اجاره و انحصار شدن پتنت‌های NiMH در یک دست، ناچار یک دهه دیگر منتظر ماند. خودروهای موج اول از نظر فنی شکست نخوردند؛ ساختار تجاری و حقوقی شکست خورد. Roadster اثبات همین موضوع بود: همان فیزیک، باتری متفاوت، مدل کسب‌وکار متفاوت - و بهار دوم خودروی برقی.

منابع