Η μεγαλύτερη χωρητικότητα, η μεγαλύτερη ισχύς, το μικρότερο μέγεθος, το μικρότερο βάρος, η ευκολότερη μαζική κατασκευή και η χρήση φθηνότερων εξαρτημάτων αποτελούν προκλήσεις στο σχεδιασμό μπαταριών EV. Με άλλα λόγια, καταλήγει σε κόστος και απόδοση. Σκεφτείτε το ως μια πράξη εξισορρόπησης, όπου η κιλοβατώρα (kWh) που επιτυγχάνεται πρέπει να παρέχει μέγιστη εμβέλεια, αλλά με λογικό κόστος κατασκευής. Ως αποτέλεσμα, θα βλέπετε συχνά περιγραφές πακέτων μπαταριών που αναφέρουν το κόστος κατασκευής τους, μαζί με αριθμούς, που κυμαίνονται από $240 έως $280/kWh κατά την παραγωγή, για παράδειγμα.
Α, και ας μην ξεχνάμε την ασφάλεια. Θυμηθείτε το φιάσκο του Samsung Galaxy Note 7 πριν από μερικά χρόνια, και την μπαταρία EV που ισοδυναμεί με πυρκαγιές οχημάτων και ισοδύναμη κατάρρευση του Τσερνόμπιλ. Το πακέτο για να αποτρέψει την ανάφλεξη μιας κυψέλης σε μια άλλη, μια άλλη κ.λπ., προσθέτουν στην πολυπλοκότητα της ανάπτυξης μπαταριών EV. Μεταξύ αυτών, ακόμη και η Tesla έχει προβλήματα.
Ενώ ένα πακέτο μπαταριών EV αποτελείται από τρία κύρια μέρη: στοιχεία μπαταρίας, σύστημα διαχείρισης μπαταρίας και κάποιο είδος κουτιού ή δοχείου που τις συγκρατεί, προς το παρόν, θα εξετάσουμε απλώς τις μπαταρίες και πώς έχουν εξελιχθεί με την Tesla. αλλά εξακολουθεί να είναι πρόβλημα για την Toyota.
Η κυλινδρική μπαταρία 18650 είναι μια μπαταρία ιόντων λιθίου με διάμετρο 18 mm, μήκος 65 mm και βάρος περίπου 47 γραμμάρια. Σε ονομαστική τάση 3,7 βολτ, κάθε μπαταρία μπορεί να φορτίσει έως και 4,2 βολτ και να αποφορτιστεί τόσο χαμηλή ως 2,5 volt, αποθηκεύοντας έως και 3500 mAh ανά κυψέλη.
Όπως οι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές, οι μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων της Tesla αποτελούνται από μακριά φύλλα ανόδου και καθόδου, που χωρίζονται από μονωτικό υλικό, τυλίγονται και συσκευάζονται σφιχτά σε κυλίνδρους για εξοικονόμηση χώρου και αποθήκευση όσο το δυνατόν περισσότερης ενέργειας. Αυτές οι κάθοδοι (αρνητικά φορτισμένες) και Τα φύλλα ανόδου (θετικά φορτισμένα) έχουν το καθένα γλωττίδες για τη σύνδεση παρόμοιων φορτίων μεταξύ των κυψελών, με αποτέλεσμα μια ισχυρή μπαταρία — αθροίζονται σε μία, αν θέλετε.
Ακριβώς όπως ένας πυκνωτής, αυξάνει την χωρητικότητά του μειώνοντας την απόσταση μεταξύ των φύλλων ανόδου και καθόδου, αλλάζοντας το διηλεκτρικό (το παραπάνω μονωτικό υλικό μεταξύ των φύλλων) σε ένα με υψηλότερη διαπερατότητα και αυξάνοντας την περιοχή της ανόδου και της καθόδου. Το επόμενο βήμα στην (ισχύουσα) μπαταρία Tesla EV είναι η 2170, η οποία έχει ελαφρώς μεγαλύτερο κύλινδρο από την 18650, διαστάσεων 21 mm x 70 mm και βάρους περίπου 68 γραμμαρίων. Με ονομαστική τάση 3,7 βολτ, κάθε μπαταρία μπορεί να φορτίσει έως και 4,2 βολτ. βολτ και εκφόρτιση έως και 2,5 βολτ, αποθηκεύοντας έως και 4800 mAh ανά κυψέλη.
Υπάρχει μια αντιστάθμιση, ωστόσο, που αφορά κυρίως την αντίσταση και τη θερμότητα έναντι της ανάγκης ενός ελαφρώς μεγαλύτερου βάζου. Στην περίπτωση του 2170, η αύξηση του μεγέθους της πλάκας ανόδου/καθόδου οδηγεί σε μεγαλύτερη διαδρομή φόρτισης, πράγμα που σημαίνει μεγαλύτερη αντίσταση, επομένως μεγαλύτερη ενέργεια που διαφεύγει από την μπαταρία ως θερμότητα και παρεμποδίζει την απαίτηση γρήγορης φόρτισης.
Για να δημιουργήσουν μια μπαταρία επόμενης γενιάς με περισσότερη ισχύ (αλλά χωρίς αυξημένη αντίσταση), οι μηχανικοί της Tesla σχεδίασαν μια σημαντικά μεγαλύτερη μπαταρία με το λεγόμενο σχέδιο «πίνακες» που συντομεύει την ηλεκτρική διαδρομή και έτσι μειώνει την ποσότητα της θερμότητας που παράγεται από την αντίσταση. Πολλά από αυτά μπορούν να αποδοθούν στους καλύτερους ερευνητές μπαταριών στον κόσμο.
Η μπαταρία 4680 έχει σχεδιαστεί σε μορφή έλικας με πλακάκια για απλούστερη κατασκευή, με μέγεθος συσκευασίας 46 mm σε διάμετρο και 80 mm σε μήκος. Το βάρος δεν είναι διαθέσιμο, αλλά άλλα χαρακτηριστικά τάσης αναφέρονται ότι είναι παρόμοια ή ίδια. Ωστόσο, κάθε κυψέλη έχει ονομαστική χωρητικότητα περίπου 9000 mAh, κάτι που κάνει τις νέες μπαταρίες επίπεδης οθόνης Tesla τόσο καλές. Επίσης, η ταχύτητα φόρτισης εξακολουθεί να είναι καλή για γρήγορη ζήτηση.
Ενώ η αύξηση του μεγέθους κάθε κυψέλης αντί να συρρικνώνεται μπορεί να φαίνεται ότι έρχεται σε αντίθεση με τις απαιτήσεις σχεδιασμού της μπαταρίας, οι βελτιώσεις στη χωρητικότητα ισχύος και στον θερμικό έλεγχο του 4680 σε σύγκριση με το 18650 και το 2170 οδήγησαν σε σημαντικά λιγότερα στοιχεία σε σύγκριση με τη χρήση της μπαταρίας 18650 και 2170 -Τα προηγούμενα μοντέλα Tesla με τροφοδοσία έχουν περισσότερη ισχύ ανά πακέτο μπαταριών ίδιου μεγέθους.
Από αριθμητική άποψη, αυτό σημαίνει ότι απαιτούνται μόνο περίπου 960 κυψέλες "4680" για να γεμίσουν τον ίδιο χώρο με 4.416 κυψέλες "2170", αλλά με πρόσθετα οφέλη όπως χαμηλότερο κόστος παραγωγής ανά kWh και χρήση 4680 Η μπαταρία αυξάνει σημαντικά την ισχύ.
Όπως αναφέρθηκε, το 4680 αναμένεται να προσφέρει 5 φορές την αποθήκευση ενέργειας και 6 φορές την ισχύ σε σύγκριση με την μπαταρία 2170, κάτι που μεταφράζεται σε αναμενόμενη αύξηση οδήγησης από 82 kWh σε 95 kWh σε νεότερο Teslas Τα χιλιόμετρα αυξάνονται έως και 16%.
Θυμηθείτε, αυτά είναι μόνο τα βασικά στοιχεία των μπαταριών Tesla, υπάρχουν περισσότερα πίσω από την τεχνολογία.Αλλά αυτή είναι μια καλή αρχή για ένα μελλοντικό άρθρο, καθώς θα μάθουμε πώς να διαχειριζόμαστε τη χρήση της ενέργειας του πακέτου μπαταριών, καθώς και να ελέγχουμε τα θέματα ασφάλειας γύρω από παραγωγή θερμότητας, απώλεια ισχύος και… φυσικά… κίνδυνος πυρκαγιάς μπαταριών EV.
Αν σας αρέσει το All-Things-Tesla, εδώ είναι η ευκαιρία σας να αγοράσετε μια έκδοση Hot Wheels RC του Tesla Cybertruck.
Ο Timothy Boyer είναι ρεπόρτερ Tesla και EV για το Torque News στο Σινσινάτι. Έχοντας εμπειρία στην πρώιμη αποκατάσταση αυτοκινήτων, αποκαθιστά τακτικά παλαιότερα οχήματα και τροποποιεί τους κινητήρες για να βελτιώσει την απόδοση. Ακολουθήστε τον Tim στο Twitter @TimBoyerWrites για καθημερινές ειδήσεις Tesla και EV.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-21-2022