Большая емкость, большая мощность, меньший размер, меньший вес, упрощение массового производства и использование более дешевых компонентов — вот проблемы при разработке аккумуляторов для электромобилей. Другими словами, все сводится к стоимости и производительности. Думайте об этом как о балансе, где Достигнутый киловатт-час (кВтч) должен обеспечивать максимальную дальность действия, но при разумной стоимости производства. В результате вы часто будете видеть описания аккумуляторных блоков, в которых указаны их производственные затраты, а также цифры в диапазоне от 240 до 280 долларов США/кВтч. во время производства, например.
Да, и давайте не будем забывать о безопасности. Вспомните фиаско Samsung Galaxy Note 7 несколько лет назад, а также аккумулятор электромобиля, эквивалентный пожарам транспортных средств и чернобыльским катастрофам. Пакет, предотвращающий воспламенение одного элемента другого, другого и т. д., усложняет разработку аккумуляторов для электромобилей. Среди них даже у Tesla есть проблемы.
Хотя аккумуляторный блок электромобиля состоит из трех основных частей: аккумуляторных элементов, системы управления аккумулятором и какой-то коробки или контейнера, который удерживает их вместе, сейчас мы просто посмотрим на аккумуляторы и на то, как они развивались вместе с Tesla. но все равно проблема для Тойоты.
Цилиндрический аккумулятор 18650 представляет собой литий-ионный аккумулятор диаметром 18 мм, длиной 65 мм и массой примерно 47 грамм. При номинальном напряжении 3,7 Вольт каждый аккумулятор может заряжаться до 4,2 Вольта и разряжаться до минимального напряжения. напряжением 2,5 В и емкостью до 3500 мАч на ячейку.
Подобно электролитическим конденсаторам, аккумуляторы электромобилей Tesla состоят из длинных листов анода и катода, разделенных зарядоизолирующим материалом, свернутых и плотно упакованных в цилиндры, чтобы сэкономить место и сохранить как можно больше энергии. Эти катод (отрицательно заряженный) и На каждом анодном (положительно заряженном) листе есть выступы для соединения одинаковых зарядов между элементами, в результате чего получается мощная батарея — в сумме они дают один, если хотите.
Так же, как и конденсатор, он увеличивает свою емкость за счет уменьшения расстояния между листами анода и катода, замены диэлектрика (вышеуказанного изолирующего материала между листами) на материал с более высокой диэлектрической проницаемостью и увеличения площади анода и катода. Следующим шагом в развитии аккумуляторной батареи Tesla EV является модель 2170, цилиндр которой немного больше, чем у 18650, размеры 21 x 70 мм и вес около 68 грамм. При номинальном напряжении 3,7 В каждая батарея может заряжаться до 4,2 В. вольт и разряд всего 2,5 вольт, сохраняя до 4800 мАч на элемент.
Однако есть компромисс, который в основном касается сопротивления и тепла по сравнению с необходимостью использования банки немного большего размера. В случае 2170 увеличение размера анодной/катодной пластины приводит к более длинному пути зарядки, что означает большее сопротивление, а значит, и большую длину. энергия выходит из аккумулятора в виде тепла и мешает быстрой зарядке.
Чтобы создать батарею следующего поколения с большей мощностью (но без повышенного сопротивления), инженеры Tesla спроектировали батарею значительно большего размера с так называемой конструкцией «столов», которая сокращает электрический путь и тем самым уменьшает количество тепла, выделяемого сопротивлением. Во многом это можно объяснить тем, кто может быть лучшим исследователем аккумуляторов в мире.
Батарея 4680 имеет форму черепичной спирали для упрощения изготовления, ее размер составляет 46 мм в диаметре и 80 мм в длину. Вес неизвестен, но сообщается, что другие характеристики напряжения аналогичны или идентичны; однако емкость каждой ячейки составляет около 9000 мАч, что делает новые плоские батареи Tesla такими хорошими. Кроме того, скорость зарядки по-прежнему достаточна для быстрого спроса.
Хотя может показаться, что увеличение размера каждой ячейки, а не ее уменьшение, противоречит конструктивным требованиям батареи, улучшения в мощности и терморегулировании 4680 по сравнению с 18650 и 2170 привели к значительному уменьшению количества ячеек по сравнению с использованием батарей 18650 и 2170. Более ранние модели Tesla с питанием от аккумулятора имеют большую мощность на аккумуляторную батарею того же размера.
С числовой точки зрения это означает, что для заполнения того же пространства, что и 4416 ячеек «2170», требуется всего около 960 ячеек «4680», но с дополнительными преимуществами, такими как более низкие производственные затраты на кВтч и использование аккумуляторной батареи 4680, которая значительно увеличивает мощность.
Как уже упоминалось, ожидается, что 4680 будет предлагать в 5 раз больше энергии и в 6 раз больше мощности по сравнению с батареей 2170, что означает ожидаемое увеличение расхода энергии с 82 кВтч до 95 кВтч в новых Tesla. Пробег увеличивается до 16%.
Помните, что это только основы аккумуляторов Tesla, за этой технологией стоит нечто большее. Но это хорошее начало для будущей статьи, поскольку мы научимся управлять потреблением энергии аккумуляторной батареи, а также контролировать вопросы безопасности, связанные с ней. выделение тепла, потеря мощности и… конечно… риск возгорания аккумулятора электромобиля.
Если вам нравится All-Things-Tesla, у вас есть шанс купить радиоуправляемую версию Tesla Cybertruck от Hot Wheels.
Тимоти Бойер — репортер журнала Torque News в Цинциннати, посвященный Tesla и электромобилям. Имея опыт ранней реставрации автомобилей, он регулярно восстанавливает старые автомобили и модифицирует двигатели для повышения производительности. Следите за Тимом в Твиттере @TimBoyerWrites, чтобы получать ежедневные новости о Tesla и электромобилях.
Время публикации: 21 февраля 2022 г.