Заглянем внутрь батареи электромобиля Tesla Model S и узнаем как она устроена.
По данным североамериканского Агентства по защите окружающей среды (ЕРА), Model S достаточно одного подзаряда батарей объемом 85 кВт*ч для преодоления более 400 км, что является самым значимым показателем среди подобных автомобилей, представленных на специализированном рынке. Для разгона до 100 км/час электрокару достаточно лишь 4,4 секунды.
Залогом успеха данной модели является наличие литий-ионных батарей, основные составляющие которых поставляются для Тесла компанией Panasonic. Аккумуляторы Тесла овеяны легендами. И поэтому один из обладателей такой батареи решился нарушить ее целостность и выяснить, что она представляет из себя внутри. Кстати, стоимость подобной батареи равна 45 000 USD.
Аккумулятор расположен в днище, благодаря чему Тесла обладает низким центром тяжести и прекрасной управляемостью. Присоединяется он к кузову посредством кронштейнов.
Разбираем:
Батарейный отсек формируют 16 блоков, которые параллельно соединены и ограждены от окружающей среды посредством металлических пластин, а также, пластиковой накладкой, предотвращающей попадание воды.
До того, как полностью ее разобрать, было замерено электрическое напряжение, подтвердившее рабочее состояние батареи.
Сборка аккумуляторов отличается высокой плотностью и точностью подгонки деталей. Весь процесс комплектации проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов.
Каждый блок состоит из 74 элементов, по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками (литий-ионные ячейки Panasonic), разделенных на 6 групп. При этом, выяснить схему их размещения и работы почти нереально — это большой секрет, а значит, сделать реплику данной батареи будет крайне трудно. Китайский аналог аккумулятора Tesla Model S мы вряд ли увидим.
В роли положительного электрода служит графит, а отрицательного — никель, кобальт и оксид алюминия. Указанный объем электрического напряжения в капсуле составляет 3,6В.
Самый мощный из имеющихся аккумуляторов (его объем составляет 85 кВт*ч) состоит из 7104 подобных батарей. И весит он порядка 540 кг, а его параметры равны 210 см в длину, 150 см в ширину и 15 см в толщину. Количество энергии, вырабатываемой всего одним блоком из 16, равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от портативных компьютеров.
При сборке своих батарей Тесла применяют элементы, произведенные в различных странах, таких, как Индия, КНР, Мексика, но финальная доработка и комплектация производятся в Соединенных Штатах. Компания предоставляет гарантийное обслуживание своей продукции на срок до 8 лет.
Теперь и вы знаете из чего состоит аккумулятор электромобиля Tesla Model S.
Приводятся в действие исключительно от электричества, хранящимся в батареях.
С начала производства Тесла на свои электрокары модельного ряда Model S, а позже и на Model X устанавливала батареи емкостью от 40 до 100 кВтч, каждая из которых состоит из 8, 12 или 16 секций.
Каждая секция представляет собой соединенные между собой небольших «пальчиковых» аккумуляторов Panasonic, немного превышающих в размерах стандартные аккумуляторы AA. Цилиндрические аккумуляторы Tesla имеют диаметр 18 мм и высоту 65 мм. Стоит так же отметить, что их преимущество заключается в долговечности, надежности и производительности в суровых автомобильных условиях.
1 — Аккумуляторная батарея; 2 — Преобразователь напряжения (DC/DC); 3 — Высоковольтный кабель (оранжевого цвета); 4 — Главное бортовое зарядное устройство 10 кВт; 5 — Дополнительное зарядное устройство 10 кВт (опция); 6 — Зарядный разъем; 7 — Модуль привода;
Батарея 40 кВтч
40-киловаттная батарея бывает двух типов: 40-киловаттная батарея с 8-ю секциями (сегментами/ячейками) (создана на базе батарейки Toyota RAV4 EV), и 60-киловаттная батарея в которой было 12 ячеек и была запрограммирована на зарядку до 40 киловатт.
Tesla Model S 40 кВтч популярностью не пользовались, поэтому их производство вскоре было завершено.
Батарея 60 кВтч
Батарея 60 кВт состояла из 12 или 16 секций. 12-секционная устанавливалась на Model S40, 16-секционная батарея получила обозначение «NEW» и была кардинально модифицирована.
Батарея 70/75 кВтч
Кроме того, что эта батарея устанавливалась на Model S60 (S60D), она так же устанавливалась на S70 (S70D) и S75 (S75D), но с
расширенными функциями.
Батарея на 60 кВтч для 60-ой модели отличалась отсутствием 77 пальчиковых аккумуляторов, для 70-х Модель S все 16 секций были заполнены аккумуляторами полностью, за счет чего и повышалась общая емкость батареи.
Батарея 85/90 кВтч
Батарея Тесла 85, 90 и 100 кВтч состоит из 16 секций. Каждая ячейка состоит из 444 «пальчиковых» аккумуляторов и имеет свою плата BMS, которая управляет балансировкой всех ячеек.
Самый популярный аккумулятор поставляемый Tesla (85 кВтч), содержит 7104 аккумуляторов 18650.
В 2015 году компания Panasonic изменила конструкцию анода, увеличив емкость аккумулятора примерно на 6%, позволяя аккумуляторным блокам хранить до 90 кВт энергии. В результате чего между 90-киловаттная батареей отличается от 85-киловаттной не по емкости:
- во-первых, емкость аккумулятора Panasonic 18650 в 85-киловаттной батареи имеет вес — 46 грамм, в 90-киловаттной батареи этот же аккумулятор весит 48.5 грамм;
- во-вторых, токоотдача в 85-ой батареи — 10C, в 90-ой — 25C (по этой причине режим Ludicrous доступен только на Тесла с 90 и 100-кВтч батареей, так как технические возможности позволяют дать машине более резвую динамику);
Батарея 100 кВтч
Самая мощная батарея Tesla. Внутренние элементы аккумуляторной батареи были переконфигурированы, чтобы в каждый модуль вмещалось 516 аккумуляторов 18650.
В общей сложности в 100-киловаттной батареи было помещено 8256 аккумуляторов Панасоник, способных хранить чуть более 100 кВтч энергии, и позволяя электрическим автомобилям Тесла проезжать более 500 километров.
Данная батарея имеет токоотдачу 25C и представляет собой «последнее слово техники» в инженерии батарей от компании Тесла.
И даже на этом развитие и усовершенствование не останавливается. Чтобы еще больше повысить эффективность аккумуляторов и снизить затраты, компания Tesla построила крупную фабрику батарей в Спаркс, штат Невада, которая называется Gigafactory 1.
Фабрика производит новую конструкцию аккумулятора под названием 2170. Он имеет диаметр 21 мм и высоту 70 мм, и первоначально использовался в Tesla Powerwall и Powerpack, а также в новом седане Tesla Model 3, который меньше и дешевле от Model S.
Аккумулятор 2170 на 46% больше по объему, чем 18650 и 10-15 % более энергоэффективной, чем 18650.
Очень важно правильно заряжать батарею, а именно с надлежащим зарядным устройством — оригинальным или от качественного производителя, так как от самодельных зарядных устройств батарея перегревается, плохие контакты и плохое качество тока, в результате чего сильно влияет на емкость и долговечность батареи.
Во время эксплуатации производитель настоятельно не рекомендует подвергать автомобиль непрерывному воздействию температуры выше +60C или ниже -30C более 24 часов
Рекомендовано не допускать полного разряда аккумуляторной батареи. В случае, если автомобиль не эксплуатируется, энергия постепенно расходуется на питание бортовой электроники (ежедневно батарея разряжается в среднем на 1%).
Чтобы предотвратить полный разряд, рекомендовано перевести автомобиль в режим энергосбережения, в котором отключается питание бортовой электроники, что позволит сократить разряд до 4% в месяц. Так же стоит отметить, что в энергосберегающем режиме зарядка 12-вольтового аккумулятора прекращается, что в течение 12 часов приведет его к полному разряду. Поэтому в данном случае потребуется подключение к внешней пусковой аккумуляторной батареи или ее замена.
Но, не стоит забывать, что при активации режима энергосбережения — необходимо подключить автомобиль к источнику питания в течение 2 месяцев, чтобы предотвратить полную разрядку батареи Тесла.
Новое поколение аккумуляторов Tesla разрабатывается в секретной зоне
Александр Климнов, фото Tesla и Teslarati.com
Сегодня компания Tesla Inc. весьма усердно работает над следующим поколением уже своих собственных аккумуляторных батарей. Они должны хранить значительно большее количество энергии и одновременно стать намного дешевле.
Новые аккумуляторные батареи могут начать применяться на перспективном пикапе Tesla (рисунок возможного облика пикапа, который по другим данным может стать и более брутальным, так как должен будет смести с рынка нынешний бестселлер Америки Ford F-series)
Калифорнийцы были теми, кто создал первые пригодные для серийного производства электромобилей энергоемкие литий-ионные аккумуляторные батареи, таким образом, кардинально нарастив их запас хода. В то время аккумуляторы модели Roadster – первенца марки Tesla, состояли из тысяч обычных пальчиковых аккумуляторов для ноутбуков, сейчас же для электромобилей литий-ионные аккумуляторы создаются специально. Сейчас их выпускают множество производителей, но передовая технология Tesla по-прежнему позволяет ей оставаться лидером в сегменте энергоемких АКБ. Однако в мировые СМИ начала просачиваться первая информация о следующем еще более мощном поколении батарей Tesla.
Технологический прорыв через поглощение бизнеса
Революционный скачок, с точки зрения развития конструкции аккумуляторов Tesla, вероятно произойдет благодаря приобретению Tesla Inc. фирмы Maxwell Technologies из Сан-Диего. Компания Maxwell производит суперконденсаторы (ионистеры) и активно исследует технологию твердотельных (сухих) электродов. По заявлению Maxwell при использовании данной технологии уже на прототипах батарей достигнута энергоемкость на уровне 300 Вт ч/кг. Задача на будущее – прорыв на уровень энергоемкости более 500 Вт ч/кг. Кроме того, себестоимость производства твердотельных аккумуляторов должна стать на 10-20% ниже, чем на используемые ныне компанией Tesla с жидким электролитом. Калифорнийская компания сообщила также еще об одном бонусе – прогнозируемом удвоении срока службы батареи. Таким образом, Tesla сможет достигнуть заветного 400-мильного (643,6 км) пробега своих электромобилей и достигнуть полной конкурентоспособности с обычными автомобилями по цене.
Новый суперкар Tesla Roadster 2020 года, сможет достигнуть заявленного запаса хода в 640 км только на принципиально новых аккумуляторах
Tesla запланировала собственное производство АКБ?Немецкий сайт журнала Auto motor und sport сообщает об упорных слухах о развертывании Tesla собственного производства аккумуляторных батарей. До сих пор аккумуляторные элементы (ячейки) калифорнийцам поставлял японский производитель Panasonic – для Model S и Model X они импортируются напрямую из Японии, а для Model 3 ячейки производятся на предприятии Gigafactory 1 в американском штате Невада. Производством на Gigafactory 1 совместно управляют Panasonic и Tesla. Однако в последнее время это привело к огромным разногласиям, так как Panasonic, очевидно, был разочарован показателями продаж Tesla, а также опасался, что калифорнийцы не будут расширять данное производство аккумуляторов в будущем.
Интригой запуска компактной Tesla Model Y в 2020 году стал источник поступления аккумуляторов
В частности, ритмичная поставка аккумуляторов для анонсированной уже на осень 2020 года Model Y поставлена под сомнение генеральным директором Panasonic Казухиро Цуга. В настоящее время Panasonic вообще прекратила свои инвестиции в Gigafactory 1. Возможно, Tesla хочет стать независимой от японцев за счет освоения собственного производства аккумуляторных элементов.
Tesla на сегодня выступает лидером в области технологий аккумуляторов высокой емкости для электромобилей и калифорнийцы твердо намерены отстоять это свое принципиальное конкурентное преимущество. Решающим шагом может стать как раз покупка компании Maxwell Technologies, но это зависит от того, насколько специалистам по из Сан-Диего реально удалось продвинуться к выводу на рынок революционной технологии твердотельных аккумуляторов.
Если революционная технология твердотельных АКБ действительно состоится, то возможно, что и электротягач Tesla Semi станет бестселлером на грузовом рынке, как Model 3 на легковом
Пока что многие автопроизводители настраиваются на собственное производства аккумуляторных элементов. Похоже, что и Tesla хочет стать более независимой от своего поставщика Panasonic и поэтому также проводит исследования в данной области.
С появлением в достаточном количестве революционных высокоэнергоемких твердотельных аккумуляторов Tesla получит решительное преимущество на рынке и, наконец, выпустит давно обещанные ее владельцем Илоном Масков реально дешевые и «дальнобойные» электромобили, что вызовет лавинообразный рост рынка BEV.
По данным источников CNBC, секретная лаборатория Tesla размещена в отдельном здании неподалеку от завода Tesla во Фримонте (фото за заставке). Ранее проходили сообщения о закрытой «зоне-лаборатории», находившейся на втором этаже предприятия. Вероятно, нынешнее аккумуляторное подразделение – преемник той прежней лаборатории, но еще более засекреченное.
Действительного прорыва на автомобильном рынке Tesla сможет достигнуть только, если, ее линейка моделей станет еще более «дальнобойной» при значительном снижении цены
По данным аналитиков IHS Markit – самый дорогостоящий элемент современного электромобиля – аккумуляторная батарея, но большую часть денег за них получает не Tesla, а Panasonic.
Инсайдеры пока не в состоянии сообщить о реальных достижениях секретной лаборатории Tesla. Предполагается, что Илон Маск поделится ей в конце года во время традиционного сеанса конференц-связи с инвесторами.
Ранее сообщалось, что Tesla планирует продавать по 1000 электромобилей Tesla Model 3 в сутки. Нынешний месячный рекорд Tesla по поставкам Model 3 составляет 90 700 электромобилей. Если компании удастся поставить в июне запланированное количество электромобилей, то этот рекорд может быть побит.
Потеря емкости батареи в ходе эксплуатации – одна из проблем электромобилей, несмотря на то, что этот процесс является нормой для любых устройств, оснащенных литий-ионными аккумуляторами. Однако эксперты организации Plug-in America установили, что электромобиль в этом отношении – исключение.
Так, они провели независимое исследование , которое показало, что потеря мощности батареи Model S даже при длительном пробеге является небольшой. В частности, блок аккумуляторов этого автомобиля в среднем теряет 5% своей мощности после преодоления машиной отметки в 50 тыс. миль (80 тыс. км), а при пробеге более 100 тыс. миль (160 тыс. км) – и вовсе менее 8%. Исследование было проведено на основе данных 500 электрокаров Tesla Model S, суммарный пробег которых составил более 12 млн миль (20 млн км).
Кроме того, Plug-in America провела еще одно исследование, которое показало, что за четыре года (с момента выхода Tesla Model S на рынок) в разы сократилось количество обращений на сервисные станции «Тесла» из-за проблем с аккумулятором, электродвигателем или зарядным устройством.
Емкость батареи может зависеть от нескольких факторов, таких как частота полной зарядки емкости, периоды времени пребывания в незаряженном состоянии и количество быстрых зарядок. Данные Plugin America также показывают, что коэффициенты замещения для основных компонентов значительно улучшились:
Такие данные обнадеживают, но несмотря на это Тесла продолжает работать над улучшением своей аккумуляторной батареи и технологий ячеек. Компания начала научное сотрудничество с исследовательской группой Jeff Dahn университета Далхаузи. Этот отдел специализируется на увеличении срока службы ячеек литий-ионных аккумуляторов, а его целью является максимальное продление пробега на батарее с небольшой потерей мощности.
Отметим, что батарея Tesla Model S, равно как и сам автомобиль с 2014 года имеет гарантию сроком на 8 лет и без ограничений на пробег. Тогда глава Tesla Илон Маск объяснил принятие такого решения так: «Если мы действительно верим, что электромоторы гораздо надежнее двигателей внутреннего сгорания, с меньшим количеством движущихся частей… то наша гарантийная политика должна отражать это».
