Větší kapacita, větší výkon, menší rozměry, nižší hmotnost, snazší hromadná výroba a použití levnějších součástek jsou výzvou při navrhování baterií pro elektromobily. Jinými slovy, scvrkává se na cenu a výkon. Berte to jako vyvažování, kde dosažená kilowatthodina (kWh) musí poskytnout maximální dojezd, ale při rozumných výrobních nákladech. V důsledku toho často uvidíte popisy baterií uvádějící jejich výrobní náklady spolu s čísly v rozmezí od 240 do 280 $/kWh například při výrobě.
Jo, a nezapomeňme na bezpečnost. Vzpomeňte si na fiasko se Samsungem Galaxy Note 7 před několika lety a ekvivalent baterie EV při požárech vozidel a haváriích ekvivalentních Černobylu. Ve scénáři katastrofy s řetězovou reakcí, rozestupy a tepelné kontroly mezi články v baterii balení, aby se zabránilo vznícení jednoho článku jiného, druhého atd., přidávají na složitosti vývoje baterií EV. Mezi nimi má problémy i Tesla.
Zatímco baterie pro elektromobily se skládá ze tří hlavních částí: bateriových článků, systému správy baterií a nějaké krabice nebo kontejneru, který je drží pohromadě, nyní se podíváme jen na baterie a na to, jak se vyvinuly s Teslou, ale stále je to problém pro Toyotu.
Válcová baterie 18650 je lithium-iontová baterie o průměru 18 mm, délce 65 mm a hmotnosti přibližně 47 gramů. Při jmenovitém napětí 3,7 V se každá baterie může nabíjet až 4,2 V a vybíjet tak nízko. jako 2,5 voltů, s kapacitou až 3500 mAh na článek.
Stejně jako elektrolytické kondenzátory se baterie elektromobilů Tesla skládají z dlouhých plátů anody a katody, oddělených materiálem izolujícím náboj, svinutých a pevně zabalených do válců, aby se ušetřilo místo a uložilo se co nejvíce energie. Tyto katody (záporně nabité) a anodové (kladně nabité) listy mají každý jazýček pro připojení podobných nábojů mezi články, což vede k výkonné baterii – dá se dohromady jedna, chcete-li.
Stejně jako kondenzátor zvyšuje svou kapacitu snížením vzdálenosti mezi anodou a katodovými listy, změnou dielektrika (výše uvedený izolační materiál mezi listy) na dielektrikum s vyšší permitivitou a zvětšením plochy anody a katody. Dalším krokem v (výkonové) baterii Tesla EV je 2170, která má o něco větší válec než 18650, měří 21 mm x 70 mm a váží asi 68 gramů. Při jmenovitém napětí 3,7 V se každá baterie může nabíjet až 4,2 voltů a vybíjení tak nízké, jako je 2,5 voltu, s uložením až 4800 mAh na článek.
Je zde však kompromis, který se týká především odporu a tepla oproti potřebě o něco větší nádoby. V případě 2170 má zvětšení velikosti anodové/katodové desky za následek delší nabíjecí dráhu, což znamená větší odpor, tedy více energie unikající z baterie jako teplo a narušující požadavek na rychlé nabíjení.
Aby vytvořili baterii nové generace s větším výkonem (ale bez zvýšeného odporu), inženýři z Tesly navrhli výrazně větší baterii s takzvaným „stolovým“ designem, který zkracuje elektrickou cestu a tím snižuje množství tepla generovaného odporem. Mnohé z toho lze přičíst tomu, kdo může být nejlepším výzkumníkem baterií na světě.
Baterie 4680 je navržena ve tvaru dlaždicové šroubovice pro jednodušší výrobu, s velikostí balení 46 mm v průměru a 80 mm na délku. Hmotnost není k dispozici, ale ostatní charakteristiky napětí jsou uváděny jako podobné nebo totožné; nicméně, každý článek je dimenzován na přibližně 9000 mAh, díky čemuž jsou nové ploché baterie Tesla tak dobré. Také rychlost nabíjení je stále dobrá pro rychlou poptávku.
I když se může zdát, že zvětšení velikosti každého článku spíše než zmenšování je v rozporu s konstrukčními požadavky baterie, zlepšení kapacity napájení a tepelného řízení u 4680 ve srovnání s 18650 a 2170 vedla k podstatně menšímu počtu článků ve srovnání s použitím baterie 18650 a 2170. -napájené starší modely Tesla mají více energie na baterii stejné velikosti.
Z číselného hlediska to znamená, že k vyplnění stejného prostoru jako 4 416 článků „2170″ je zapotřebí pouze asi 960 „4680″ článků, ale s dalšími výhodami, jako jsou nižší výrobní náklady na kWh a použití 4680 Baterie výrazně zvyšuje výkon.
Jak již bylo zmíněno, očekává se, že model 4680 nabídne 5krát větší úložiště energie a 6krát vyšší výkon ve srovnání s baterií 2170, což se promítá do očekávaného nárůstu jízdy z 82 kWh na 95 kWh u novějších Tesl, kdy se kilometrový výkon zvýší až o 16 %.
Pamatujte si, že toto jsou jen základy baterií Tesla, za technologií se skrývá více. Ale toto je dobrý začátek pro budoucí článek, protože se naučíme, jak řídit spotřebu baterie a také kontrolovat bezpečnostní problémy kolem generování tepla, ztráta energie a… samozřejmě… riziko požáru baterie elektromobilu.
Pokud máte rádi All-Things-Tesla, máte šanci koupit si Hot Wheels RC verzi Tesla Cybertruck.
Timothy Boyer je reportérem Tesly a EV pro Torque News v Cincinnati. Má zkušenosti s raným restaurováním aut, pravidelně restauruje starší vozidla a upravuje motory, aby zlepšil výkon. Sledujte Tima na Twitteru @TimBoyer píše pro denní zprávy o Tesle a EV.
Čas odeslání: 21. února 2022