По-голям капацитет, по-голяма мощност, по-малък размер, по-леко тегло, по-лесно масово производство и използването на по-евтини компоненти са предизвикателства при проектирането на EV батерии. С други думи, това се свежда до цена и производителност. Мислете за това като за балансиращ акт, където постигнатият киловатчас (kWh) трябва да осигури максимален обхват, но на разумна цена за производство. В резултат на това често ще виждате описания на батерийните пакети, изброяващи техните производствени разходи, заедно с числа, вариращи от $240 до $280/kWh по време на производството например.
О, и нека не забравяме безопасността. Спомнете си фиаското на Samsung Galaxy Note 7 преди няколко години и еквивалента на EV батерията на пожари в превозни средства и еквивалент на сривове в Чернобил. пакет за предотвратяване на запалване на една клетка от друга, друга и т.н., добавят към сложността на разработването на EV батерии. Сред тях дори Tesla има проблеми.
Докато батерията за EV се състои от три основни части: батерийни клетки, система за управление на батерията и някакъв вид кутия или контейнер, който ги държи заедно, засега ще разгледаме само батериите и как са се развили с Tesla, но все още е проблем за Toyota.
Цилиндричната 18650 батерия е литиево-йонна батерия с диаметър 18 mm, дължина 65 mm и тегло приблизително 47 грама. При номинално напрежение от 3,7 волта всяка батерия може да зарежда до 4,2 волта и да се разрежда при ниско като 2,5 волта, съхранявайки до 3500 mAh на клетка.
Подобно на електролитните кондензатори, батериите за електрически превозни средства на Tesla се състоят от дълги листове анод и катод, разделени от изолиращ заряда материал, навити и плътно опаковани в цилиндри, за да спестят място и да съхранят колкото е възможно повече енергия. Тези катод (отрицателно зареден) и всеки от анодните (положително заредени) листове има зъбци за свързване на подобни заряди между клетките, което води до мощна батерия - те се събират до един, ако желаете.
Точно като кондензатор, той увеличава своя капацитет чрез намаляване на разстоянието между анодните и катодните листове, смяна на диелектрика (горния изолационен материал между листовете) на такъв с по-висока диелектрична проницаемост и увеличаване на площта на анода и катода Следващата стъпка в (мощната) батерия на Tesla EV е 2170, която има малко по-голям цилиндър от 18650, с размери 21 mm x 70 mm и тегло около 68 грама. При номинално напрежение от 3,7 волта всяка батерия може да зарежда до 4,2 волта и разряд до 2,5 волта, съхранявайки до 4800 mAh на клетка.
Има обаче компромис, който се отнася най-вече до съпротивлението и топлината спрямо нуждата от малко по-голям буркан. В случая на 2170, увеличаването на размера на анодната/катодната плоча води до по-дълъг път на зареждане, което означава повече съпротивление, следователно повече енергията, която излиза от батерията като топлина и пречи на изискването за бързо зареждане.
За да създадат батерия от следващо поколение с повече мощност (но без повишено съпротивление), инженерите на Tesla са проектирали значително по-голяма батерия с така наречения дизайн на „маси“, който скъсява електрическия път и по този начин намалява количеството топлина, генерирано от съпротивлението. Голяма част от това може да се отдаде на това кои може да са най-добрите изследователи на батерии в света.
Батерията 4680 е проектирана в спираловидна форма за по-лесно производство, с размер на опаковката от 46 mm в диаметър и 80 mm дължина. Теглото не е налично, но се съобщава, че другите характеристики на напрежението са подобни или идентични;всяка клетка обаче е с капацитет около 9000 mAh, което прави новите батерии с плосък панел на Tesla толкова добри. Освен това скоростта на зареждане все още е добра за бързо търсене.
Въпреки че увеличаването на размера на всяка клетка, а не свиването, може да изглежда в противоречие с изискванията за дизайн на батерията, подобренията в мощностния капацитет и термичния контрол на 4680 в сравнение с 18650 и 2170 доведоха до значително по-малко клетки в сравнение с използването на батерията 18650 и 2170 -захранвани по-ранни модели на Tesla имат повече мощност на пакет батерии със същия размер.
От числена гледна точка това означава, че са необходими само около 960 „4680″ клетки, за да запълнят същото пространство като 4416 „2170″ клетки, но с допълнителни предимства като по-ниски производствени разходи на kWh и използване на 4680 Батерийният пакет увеличава мощността значително.
Както споменахме, 4680 се очаква да предложи 5 пъти повече енергия за съхранение и 6 пъти повече мощност в сравнение с батерията 2170, което означава очаквано увеличение на шофирането от 82 kWh на 95 kWh в по-новите Teslas Пробегът се увеличава с до 16%.
Не забравяйте, че това са само основите на батериите на Tesla, има още нещо зад технологията. Но това е добро начало за бъдеща статия, тъй като ще научим как да управляваме използването на енергия от батерията, както и да контролираме проблемите с безопасността около генериране на топлина, загуба на мощност и... разбира се... рискът от запалване на батерията на EV.
Ако харесвате All-Things-Tesla, ето вашия шанс да закупите Hot Wheels RC версия на Tesla Cybertruck.
Тимъти Бойер е репортер на Tesla и EV за Torque News в Синсинати. С опит в ранното възстановяване на автомобили, той редовно възстановява по-стари превозни средства и модифицира двигатели, за да подобри производителността. Следвайте Тим в Twitter @TimBoyerWrites за ежедневни новини за Tesla и EV.
Време на публикуване: 21 февруари 2022 г