Väčšia kapacita, väčší výkon, menšia veľkosť, nižšia hmotnosť, jednoduchšia hromadná výroba a použitie lacnejších komponentov sú výzvy pri navrhovaní batérií pre elektromobily. Inými slovami, znižuje sa to na cenu a výkon. Predstavte si to ako akt vyváženia, kde dosiahnutá kilowatthodina (kWh) musí poskytnúť maximálny dojazd, ale pri rozumných nákladoch na výrobu. Výsledkom je, že často uvidíte popisy batérií s uvedením ich výrobných nákladov spolu s číslami v rozmedzí od 240 do 280 USD/kWh pri výrobe napr.
Oh, a nezabudnime na bezpečnosť. Pamätajte na fiasko Samsungu Galaxy Note 7 spred niekoľkých rokov a ekvivalent batérie elektromobilu pri požiari vozidla a havárii ekvivalentnej v Černobyle. V scenári katastrofy s reťazovou reakciou, rozostupy a tepelné kontroly medzi článkami v batérii balenie, aby sa zabránilo vznieteniu jedného článku iného, druhého atď., pridávajú na zložitosti vývoja batérií EV. Medzi nimi má problémy aj Tesla.
Zatiaľ čo sa batéria EV skladá z troch hlavných častí: batériových článkov, systému správy batérií a nejakého druhu škatule alebo kontajnera, ktorý ich drží pohromade, zatiaľ sa pozrieme len na batérie a na to, ako sa vyvinuli s Teslou, ale stále je to problém pre Toyotu.
Cylindrická batéria 18650 je lítium-iónová batéria s priemerom 18 mm, dĺžkou 65 mm a hmotnosťou približne 47 gramov. Pri nominálnom napätí 3,7 V môže každá batéria nabíjať až 4,2 V a vybíjať tak nízko. ako 2,5 voltov, s kapacitou až 3 500 mAh na článok.
Podobne ako elektrolytické kondenzátory, aj batérie elektrických vozidiel Tesla pozostávajú z dlhých listov anódy a katódy, oddelených materiálom izolujúcim náboj, zvinutých a tesne zabalených do valcov, aby sa ušetrilo miesto a uchovalo čo najviac energie. Tieto katódy (záporne nabité) a anódové (kladne nabité) listy majú každý jazýček na prepojenie podobných nábojov medzi článkami, čo vedie k výkonnej batérii – ak chcete, dajú dohromady jednu.
Rovnako ako kondenzátor zvyšuje svoju kapacitu znížením vzdialenosti medzi anódou a katódovými plátmi, zmenou dielektrika (vyššie uvedený izolačný materiál medzi plátmi) na dielektrikum s vyššou permitivitou a zväčšením plochy anódy a katódy. Ďalším krokom v (napájacej) batérii Tesla EV je 2170, ktorá má o niečo väčší valec ako 18650, meria 21 mm x 70 mm a váži približne 68 gramov. Pri nominálnom napätí 3,7 V sa každá batéria môže nabiť až na 4,2 voltov a vybíja sa už od 2,5 voltov, čím sa uchová až 4800 mAh na článok.
Je tu však kompromis, ktorý sa týka hlavne odporu a tepla oproti potrebe o niečo väčšej nádoby. V prípade 2170 má zväčšenie veľkosti anódovej/katódovej platne za následok dlhšiu nabíjaciu dráhu, čo znamená väčší odpor, teda viac energia unikajúca z batérie ako teplo a narúšajúca požiadavku rýchleho nabíjania.
Na vytvorenie batérie novej generácie s väčším výkonom (ale bez zvýšeného odporu) inžinieri z Tesly navrhli výrazne väčšiu batériu s takzvaným „tabuľkovým“ dizajnom, ktorý skracuje elektrickú cestu a tým znižuje množstvo tepla generovaného odporom. Veľa z toho možno pripísať tomu, kto môže byť najlepším výskumníkom batérií na svete.
Batéria 4680 je navrhnutá vo forme kachľovej špirály pre jednoduchšiu výrobu, s veľkosťou balenia 46 mm v priemere a 80 mm na dĺžku. Hmotnosť nie je k dispozícii, ale ostatné napäťové charakteristiky sú podobné alebo identické; každý článok je však dimenzovaný na približne 9 000 mAh, vďaka čomu sú nové ploché batérie Tesla také dobré. Taktiež rýchlosť nabíjania je stále dobrá pre rýchly dopyt.
Aj keď sa môže zdať, že zväčšovanie veľkosti každého článku namiesto zmršťovania je v rozpore s konštrukčnými požiadavkami batérie, vylepšenia kapacity napájania a tepelnej regulácie 4680 v porovnaní s 18650 a 2170 viedli k podstatne menšiemu počtu článkov v porovnaní s batériou 18650 a 2170. -Poháňané staršie modely Tesla majú viac energie na batériu rovnakej veľkosti.
Z číselného hľadiska to znamená, že na vyplnenie rovnakého priestoru ako 4 416 článkov „2170″ je potrebných len asi 960 „4680“ článkov, ale s ďalšími výhodami, ako sú nižšie výrobné náklady na kWh a použitie 4680 Batéria výrazne zvyšuje výkon.
Ako už bolo spomenuté, očakáva sa, že model 4680 ponúkne 5-násobok skladovania energie a 6-násobný výkon v porovnaní s batériou 2170, čo sa premieta do očakávaného nárastu jazdy z 82 kWh na 95 kWh pri novších Teslách, ktoré sa predlžujú až o 16 %.
Pamätajte si, že toto sú len základy batérií Tesla, za technológiou je toho viac. Ale toto je dobrý začiatok pre budúci článok, pretože sa naučíme, ako spravovať spotrebu batérie, ako aj kontrolovať bezpečnostné problémy. tvorba tepla, strata energie a... samozrejme... riziko vypálenia batérie elektromobilu.
Ak máte radi All-Things-Tesla, tu je vaša šanca kúpiť si Hot Wheels RC verziu Tesla Cybertruck.
Timothy Boyer je reportérom Tesly a EV pre Torque News v Cincinnati. Má skúsenosti s ranou renováciou áut, pravidelne renovuje staršie vozidlá a upravuje motory, aby zlepšil výkon. Sledujte Tima na Twitteri @TimBoyer píše o denných správach o automobiloch Tesla a EV.
Čas odoslania: 21. februára 2022