Unha maior capacidade, maior potencia, menor tamaño, menor peso, máis fácil fabricación en masa e o uso de compoñentes máis baratos son retos no deseño de baterías de vehículos eléctricos. Noutras palabras, redúcese ao custo e ao rendemento. Pénsao como un acto de equilibrio, onde o kilovatio-hora (kWh) conseguido debe proporcionar o máximo alcance, pero a un custo de fabricación razoable. Como resultado, adoita ver descricións de baterías que enumeran os seus custos de fabricación, xunto con números, que van de $ 240 a $ 280/kWh durante a produción, por exemplo.
Ah, e non esquezamos a seguridade. Lembra o fiasco do Samsung Galaxy Note 7 de hai uns anos, e o equivalente á batería dos vehículos eléctricos dos incendios de vehículos e dos derrumbes equivalentes a Chernobyl. Nun escenario de desastre dunha reacción en cadea desbocada, o espazo e os controis térmicos entre as celas dunha batería paquete para evitar que unha cela prenda a outra, outra, etc., engádense á complexidade do desenvolvemento da batería de vehículos eléctricos. Entre elas, incluso Tesla ten problemas.
Aínda que un paquete de baterías de vehículos eléctricos consta de tres partes principais: pilas de batería, un sistema de xestión de baterías e algún tipo de caixa ou recipiente que as mantén unidas, polo momento só veremos as baterías e como evolucionaron con Tesla. pero segue sendo un problema para Toyota.
A batería cilíndrica 18650 é unha batería de iones de litio cun diámetro de 18 mm, unha lonxitude de 65 mm e un peso aproximado de 47 gramos. A unha tensión nominal de 3,7 voltios, cada batería pode cargar ata 4,2 voltios e descargarse como baixo. como 2,5 voltios, almacenando ata 3500 mAh por cela.
Do mesmo xeito que os capacitores electrolíticos, as baterías de vehículos eléctricos de Tesla consisten en longas follas de ánodo e cátodo, separadas por material illante de carga, enroladas e ben embaladas en cilindros para aforrar espazo e almacenar a maior cantidade de enerxía posible. Estes cátodos (cargados negativamente) e As follas de ánodo (cargadas positivamente) teñen cada unha pestanas para conectar cargas similares entre as celas, o que resulta nunha batería potente; suman unha, se queres.
Do mesmo xeito que un capacitor, aumenta a súa capacidade reducindo o espazo entre as follas de ánodo e cátodo, cambiando o dieléctrico (o material illante anterior entre as follas) a un cunha permitividade máis alta e aumentando a área do ánodo e do cátodo. O seguinte paso na batería (potencia) de Tesla EV é o 2170, que ten un cilindro lixeiramente máis grande que o 18650, mide 21 mm x 70 mm e pesa uns 68 gramos. A unha tensión nominal de 3,7 voltios, cada batería pode cargar ata 4,2 voltios e descarga tan baixo como 2,5 voltios, almacenando ata 4800 mAh por cela.
Non obstante, hai unha compensación que se relaciona principalmente coa resistencia e a calor fronte á necesidade dun bote lixeiramente maior. No caso do 2170, o aumento do tamaño da placa de ánodo/cátodo resulta nunha ruta de carga máis longa, o que significa máis resistencia e, polo tanto, máis a enerxía que escapa da batería como calor e interfire co requisito de carga rápida.
Para crear unha batería de próxima xeración con máis potencia (pero sen aumentar a resistencia), os enxeñeiros de Tesla deseñaron unha batería significativamente máis grande cun deseño denominado "táboas" que acurta o camiño eléctrico e, polo tanto, reduce a cantidade de calor xerada pola resistencia. Gran parte disto pódese atribuír a quen poden ser os mellores investigadores de baterías do mundo.
A batería 4680 está deseñada nunha forma de hélice de mosaico para unha fabricación máis sinxela, cun tamaño do paquete de 46 mm de diámetro e 80 mm de lonxitude. O peso non está dispoñible, pero se informa que outras características de tensión son similares ou idénticas;con todo, cada cela ten unha capacidade de aproximadamente 9000 mAh, que é o que fai que as novas baterías de pantalla plana de Tesla sexan tan boas. Ademais, a súa velocidade de carga aínda é boa para unha demanda rápida.
Aínda que o aumento do tamaño de cada cela en lugar de encoller pode parecer ir en contra dos requisitos de deseño da batería, as melloras na capacidade de enerxía e o control térmico do 4680 en comparación co 18650 e o 2170 deron lugar a un número substancialmente menor de celas en comparación co uso da batería 18650 e 2170. - Os modelos Tesla anteriores alimentados teñen máis potencia por batería do mesmo tamaño.
Desde o punto de vista numérico, isto significa que só son necesarias unhas 960 celas "4680" para encher o mesmo espazo que 4.416 celas "2170", pero con vantaxes adicionais como custos de produción máis baixos por kWh e usar 4680. A batería aumenta significativamente a potencia.
Como se mencionou, espérase que o 4680 ofreza 5 veces o almacenamento de enerxía e 6 veces a potencia en comparación coa batería 2170, o que se traduce nun aumento de condución previsto de 82 kWh a 95 kWh nos novos Teslas Mileage aumenta ata un 16%.
Lembre, isto é só o básico das baterías de Tesla, hai máis detrás da tecnoloxía. Pero este é un bo comezo para un artigo futuro, xa que aprenderemos a xestionar o uso de enerxía da batería, así como a controlar os problemas de seguridade ao redor. a xeración de calor, a perda de enerxía e... por suposto... o risco de incendios na batería dos vehículos eléctricos.
Se che gusta All-Things-Tesla, aquí tes a oportunidade de mercar unha versión Hot Wheels RC do Tesla Cybertruck.
Timothy Boyer é reporteiro de Tesla e EV para Torque News en Cincinnati. Con experiencia na restauración de automóbiles, restaura regularmente vehículos máis antigos e modifica os motores para mellorar o rendemento. Sigue a Tim en Twitter @TimBoyerWrites para obter noticias diarias de Tesla e EV.
Hora de publicación: 21-feb-2022