Večja zmogljivost, večja moč, manjša velikost, lažja teža, lažja masovna proizvodnja in uporaba cenejših komponent so izzivi pri oblikovanju baterij za električna vozila. Z drugimi besedami, vse se združi v stroške in zmogljivost. Razmišljajte o tem kot o uravnovešenju, kjer dosežena kilovatna ura (kWh) mora zagotoviti največji doseg, vendar po razumni ceni proizvodnje. Posledično boste pogosto videli opise paketov baterij, ki navajajo njihove proizvodne stroške, skupaj s številkami, ki segajo od 240 do 280 USD/kWh med proizvodnjo npr.
Oh, in ne pozabimo na varnost. Spomnite se fiaska s Samsungom Galaxy Note 7 pred nekaj leti in ekvivalenta baterije EV požarov vozil in taljenja v Černobilu. V scenariju katastrofe z verižno reakcijo, razmik in toplotni nadzor med celicami v bateriji paket, ki preprečuje, da bi ena celica vžgala drugo, drugo, itd., povečuje kompleksnost razvoja baterij za električna vozila. Med njimi ima težave celo Tesla.
Medtem ko je baterija za EV sestavljena iz treh glavnih delov: baterijskih celic, sistema za upravljanje baterije in nekakšne škatle ali posode, ki jih drži skupaj, si bomo za zdaj ogledali samo baterije in kako so se razvile s Teslo, ampak še vedno problem za Toyoto.
Cilindrična baterija 18650 je litij-ionska baterija s premerom 18 mm, dolžino 65 mm in težo približno 47 gramov. Pri nominalni napetosti 3,7 voltov lahko vsaka baterija polni do 4,2 volta in se izprazni tako nizko kot 2,5 volta, s shranjevanjem do 3500 mAh na celico.
Podobno kot elektrolitski kondenzatorji so tudi Tesline baterije za električna vozila sestavljene iz dolgih listov anode in katode, ločenih z materialom za izolacijo naboja, zvitih in tesno zapakiranih v jeklenke, da prihranijo prostor in shranijo čim več energije. Te katode (negativno nabite) in anodne (pozitivno nabite) plošče imajo jezičke za povezovanje podobnih nabojev med celicami, kar ima za posledico močno baterijo – seštejejo eno, če želite.
Tako kot kondenzator poveča svojo kapacitivnost tako, da zmanjša razmik med anodnimi in katodnimi ploščami, spremeni dielektrik (zgornji izolacijski material med ploščami) v tistega z višjo dielektrično prepustnostjo in poveča površino anode in katode. Naslednji korak v (močni) bateriji Tesla EV je 2170, ki ima nekoliko večji valj kot 18650, meri 21 mm x 70 mm in tehta približno 68 gramov. Pri nominalni napetosti 3,7 volta lahko vsaka baterija napolni do 4,2 voltov in nizko praznjenje do 2,5 voltov, shranjevanje do 4800 mAh na celico.
Vendar pa obstaja kompromis, ki se večinoma nanaša na odpornost in toploto v primerjavi z potrebo po nekoliko večjem kozarcu. V primeru 2170 povečanje velikosti anodne/katodne plošče povzroči daljšo pot polnjenja, kar pomeni več odpornosti, torej več energija, ki uhaja iz baterije kot toplota in moti zahtevo po hitrem polnjenju.
Da bi ustvarili baterijo naslednje generacije z večjo močjo (vendar brez povečanega upora), so Teslini inženirji zasnovali znatno večjo baterijo s tako imenovano zasnovo "tabel", ki skrajša električno pot in tako zmanjša količino toplote, ki jo ustvari upor. Velik del tega lahko pripišemo morda najboljšim raziskovalcem baterij na svetu.
Baterija 4680 je zasnovana v obliki ploščate vijačnice za enostavnejšo izdelavo, z velikostjo paketa 46 mm v premeru in 80 mm v dolžino. Teža ni na voljo, druge napetostne karakteristike pa naj bi bile podobne ali enake;vendar je vsaka celica ocenjena na približno 9000 mAh, zaradi česar so nove ploščate baterije Tesla tako dobre. Poleg tega je njihova hitrost polnjenja še vedno dobra za hitro povpraševanje.
Medtem ko se morda zdi, da je povečanje velikosti vsake celice namesto krčenja v nasprotju z zahtevami zasnove baterije, so izboljšave zmogljivosti napajanja in toplotnega nadzora 4680 v primerjavi z 18650 in 2170 povzročile bistveno manj celic v primerjavi z uporabo baterije 18650 in 2170. Prejšnji modeli Tesla z električnim pogonom imajo večjo moč na baterijo enake velikosti.
Z numeričnega vidika to pomeni, da je potrebnih le približno 960 celic »4680«, da zapolni isti prostor kot 4416 celic »2170«, vendar z dodatnimi prednostmi, kot so nižji proizvodni stroški na kWh in uporaba 4680 Baterijski paket znatno poveča moč.
Kot smo že omenili, naj bi 4680 nudil 5-krat več shranjevanja energije in 6-krat več moči v primerjavi z baterijo 2170, kar pomeni pričakovano povečanje vožnje z 82 kWh na 95 kWh pri novejših Teslah. Kilometrina se poveča za do 16 %.
Ne pozabite, da so to le osnove Teslinih baterij, v ozadju tehnologije je več. Vendar je to dober začetek za prihodnji članek, saj se bomo naučili upravljati porabo energije paketa baterij in nadzorovati varnostna vprašanja okoli nastajanje toplote, izguba energije in ... seveda ... nevarnost požara akumulatorja EV.
Če vam je všeč All-Things-Tesla, je tukaj vaša priložnost, da kupite Hot Wheels RC različico Tesla Cybertruck.
Timothy Boyer je poročevalec o Tesli in električnih vozilih za Torque News v Cincinnatiju. Ima izkušnje z zgodnjo obnovo avtomobilov, redno obnavlja starejša vozila in spreminja motorje za izboljšanje zmogljivosti. Sledite Timu na Twitterju @TimBoyerWrites za dnevne novice o Tesli in električnih vozilih.
Čas objave: 21. februarja 2022