Більша ємність, більша потужність, менший розмір, менша вага, легше масове виробництво та використання дешевших компонентів є проблемами при розробці акумуляторів електромобілів. Іншими словами, це зводиться до вартості та продуктивності. Подумайте про це як про балансування, де досягнута кіловат-година (кВт-год) повинна забезпечити максимальний радіус дії, але за прийнятною ціною виробництва. Як наслідок, ви часто побачите опис акумуляторної батареї з переліком витрат на виробництво разом із цифрами в діапазоні від 240 до 280 доларів США/кВт-год. під час виробництва, наприклад.
О, і давайте не забувати про безпеку. Згадайте фіаско Samsung Galaxy Note 7 кілька років тому та еквівалент батареї електромобіля пожеж транспортних засобів і аварії, еквівалентної Чорнобильській АЕС. У сценарії катастрофи безперервної ланцюгової реакції відстань і температурний контроль між осередками батареї пакет, щоб запобігти запалюванню одного елемента іншого, іншого тощо, ускладнює розробку батареї електромобілів. Серед них навіть Tesla має проблеми.
Хоча акумуляторна батарея для електромобілів складається з трьох основних частин: елементів батареї, системи керування батареєю та певної коробки чи контейнера, який утримує їх разом, поки що ми просто подивимося на батареї та те, як вони еволюціонували з Tesla, але все ще проблема для Toyota.
Циліндрична батарея 18650 – це літій-іонна батарея діаметром 18 мм, довжиною 65 мм і вагою приблизно 47 грамів. При номінальній напрузі 3,7 вольт кожна батарея може заряджатися до 4,2 вольт і розряджатися при мінімальному розряді. як 2,5 вольта, зберігаючи до 3500 мАг на комірку.
Подібно до електролітичних конденсаторів, батареї електромобілів Tesla складаються з довгих листів анода та катода, розділених ізоляційним матеріалом, згорнутих і щільно упакованих у циліндри, щоб заощадити місце та зберегти якомога більше енергії. Ці катоди (негативно заряджені) і анодні (позитивно заряджені) листи мають виступи для з’єднання подібних зарядів між осередками, у результаті чого виходить потужна батарея — якщо забажаєте, вони разом дорівнюють одному.
Подібно до конденсатора, він збільшує свою ємність, зменшуючи відстань між листами анода та катода, змінюючи діелектрик (вказаний вище ізоляційний матеріал між листами) на діелектрик із вищою діелектричною проникністю та збільшуючи площу анода та катода. Наступним кроком у (потужній) батареї Tesla EV є 2170, який має трохи більший циліндр, ніж 18650, розміром 21 мм x 70 мм і вагою близько 68 грамів. При номінальній напрузі 3,7 В кожна батарея може заряджати до 4,2 В. вольт і розрядом до 2,5 вольт, зберігаючи до 4800 мАг на елемент.
Однак є компроміс, який здебільшого стосується опору та тепла, а не потребує трохи більшої банки. У випадку 2170 збільшення розміру пластини анода/катода призводить до довшого шляху заряджання, що означає більший опір, отже, більше енергія виходить із акумулятора у вигляді тепла та перешкоджає вимогам швидкого заряджання.
Щоб створити батарею нового покоління з більшою потужністю (але без підвищеного опору), інженери Tesla розробили батарею значно більшого розміру з так званою «таблицею», яка скорочує електричний шлях і, таким чином, зменшує кількість тепла, що виділяється опором. Багато в чому це можна віднести до тих, хто може бути найкращим дослідником акумуляторів у світі.
Батарея 4680 розроблена у формі черепичної спіралі для спрощення виготовлення з розміром упаковки 46 мм у діаметрі та 80 мм у довжину. Вага не доступна, але інші характеристики напруги, як повідомляється, подібні або ідентичні; однак кожна осередок має ємність близько 9000 мАг, що робить нові плоскі акумулятори Tesla такими хорошими. Крім того, їх швидкість заряджання все ще хороша для швидкого попиту.
Незважаючи на те, що збільшення розміру кожної комірки, а не зменшення, може здатися суперечним вимогам конструкції батареї, покращення потужності та теплового контролю 4680 порівняно з 18650 та 2170 призвело до значно меншої кількості елементів порівняно з використанням батареї 18650 та 2170. Більш ранні моделі Tesla з потужним двигуном мають більшу потужність на один акумулятор такого ж розміру.
З кількісної точки зору це означає, що потрібно лише близько 960 елементів «4680», щоб заповнити той самий простір, що й 4416 елементів «2170», але з додатковими перевагами, такими як нижчі виробничі витрати на кВт-год і використання 4680 Акумуляторна батарея значно збільшує потужність.
Як уже згадувалося, очікується, що 4680 запропонує в 5 разів більше енергії та в 6 разів більше енергії порівняно з батареєю 2170, що означає очікуване збільшення потужності водіння з 82 кВт-год до 95 кВт-год у нових Teslas. Пробіг збільшується на 16%.
Пам’ятайте, що це лише основи акумуляторів Tesla, технологія полягає в більшому. Але це гарний початок для наступної статті, оскільки ми навчимося керувати використанням енергії акумулятора, а також контролювати проблеми безпеки навколо виділення тепла, втрата електроенергії та… звичайно… ризик займання батареї електромобіля.
Якщо вам подобається All-Things-Tesla, у вас є шанс купити RC-версію Tesla Cybertruck від Hot Wheels.
Тімоті Боєр є репортером Tesla та EV для Torque News у Цинциннаті. Маючи досвід ранньої реставрації автомобілів, він регулярно реставрує старі автомобілі та модифікує двигуни для покращення продуктивності. Слідкуйте за Тімом у Twitter @TimBoyer, щоб дізнатися про щоденні новини про Tesla та EV.
Час публікації: 21 лютого 2022 р