Как устроен аккумулятор электромобиля Tesla Model S
Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно.
Сегодня мы заглянем внутрь батареи электромобиля Tesla Model S 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.
Батарейный отсек формируют 16 блоков, которые параллельно соединены и ограждены от окружающей среды посредством металлических пластин, а также, пластиковой накладкой, предотвращающей попадание воды.
Вскрытие аккумулятора Tesla Model S
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 врядли увидим.
Блоки батареи Tesla
В роли положительного электрода служит графит, а отрицательного — никель, кобальт и оксид алюминия. Указанный объем электрического напряжения в капсуле составляет 3,6В.
Система охлаждения аккумулятора Tesla
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.
блок аккумулятора Tesla в разборе
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.
Аккумуляторы Panasonic от Tesla
Теперь и вы знаете из чего состоит аккумулятор электромобиля Tesla Model S.
Какой аккумулятор в автомобилях Tesla и что у него внутри?
Автомобиль «Тесла» способен преодолевать более 300 километров при работе от встроенного в днище (на примере Tesla Model 3) «тягового» литиевого аккумулятора под названием «Tesla 2170» (формат 21700).
В сборе такой модуль стоит несколько тысяч долларов США ($111 за 1 кВт•ч) и является самым дешёвым вариантом среди всех существующих альтернатив. Он состоит из четырёх базовых элементов с охлаждающими радиаторами, вокруг которых сосредоточены литиевые ячейки.
Помимо «тягового» 400-Волтового аккумулятора Tesla использует в электромобилях дополнительную батарею с напряжением 12 Вольт для питания бортовых электроприборов и вспомогательных элементов (таких, как стеклоподъёмники).
⚠ На ранних этапах батареи Тесла представляют собой произведение искусства — результат ручного труда инженеров компании и специалистов из Panasonic.
В процессе разработки и производства аккумуляторов Tesla обучается машинный конвейер. С каждым новым этапом поставки стремятся ускорить — это и цену снижает, и новые перспективы открывает по масштабированию линеек автомобиле.
⚠ Сегодня сборка аккумуляторов Tesla в заводских условиях уже полностью роботизирована.
Какой аккумулятор в автомобилях Tesla используется сейчас (в 2019–2020 годах)?
Этот вопрос невероятно популярен, но до сих пор однозначно и ясно ответить на него никто не смог (даже представители самой компании Tesla).
Предполагается, что это связано с неопределённостью будущего автомобильных батарейных комплексов — они всё ещё основываются на технологии 30-летней давности. И было бы глупо что-то обещать клиентам компании, а потом пойти против этих слов с появлением более совершенных технологий.
И вот теперь все факты, что известны из открытых источников мы собрали здесь. Источники официальные и авторитетные, каждый из них указан в ссылках.
- Название элементов:21700(другие наименования «21–70», «Tesla 2170»).
- Химический состав:LiNiCoAlO₂(литий-никель-кобальт-оксид алюминия c80% никеля, 15% кобальта, 5% алюминия).
- Ближайший аналог: ячейки 18650 (18650B).
- В сравнении с 18650 ячейка Tesla 2170 на 5 мм длиннее, но хранит на 30% больше энергии.
- Количество ячеек зависит от размера всего модуля батареи:
— Tesla Roadster — 6831 ячеек в ESS,
— Model S (60 кВт•ч) — 5375 единиц,
— Model S (85 кВт•ч) — 7104 единиц. - Размещение под днищем, а не в корпусе, как у многих электромобилей.
- Предусмотрена возможность замены аккумулятора Тесла после выхода из строя.
- В новых моделях автомобилей есть эффективный контур охлаждения.
- Старые и новые батареи Tesla взаимозаменяемы и обладают универсальными коннекторами (питание и охлаждение).
- Все элементы питания производятся в согласовании с японскими инженерами из Panasonic.
- Сборка выполняется на базе роботизированного предприятия Gigafactory в США.
В чём преимущество аккумуляторов Tesla в сравнении с другими?
Как заявляют в самой компании Tesla, новые элементы питания для электромобилей серии Model 3 получили наивысшую из возможного плотность энергии.
Достигли они этого путём значительного уменьшения количества кобальта на батарейный блок при одновременном добавлении никеля и сохранении превосходной температурной стабильности.
Содержание кобальта в никель-кобальто-алюминиевой катодной химии уже ниже, чем в катодах следующего поколения. Последние будут производиться другими производителями элементов с соотношением никель-марганец-кобальт 8:1:1.
⚠ Если у вас нет проблем с английским языком, то в этом видео даны исчерпывающие ответы на все вопросы об аккумуляторах Tesla.
В этом видео говорится уже о существовании трёх разных химических составов для аккумуляторов Tesla в 2019-м году. В более новых вариантах присутствует кремний в дополнение к заменяемому алюминию (на более тяжелые элементы вроде кобальта).
Напишите в комментариях, если вам известны ещё факты об аккумуляторах Tesla, которые нужно добавить в статью.
Как устроен аккумулятор электромобиля
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.
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 3,6 В.
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.
Разбор 100-киловаттчасной батареи Tesla обнаружил новую систему охлаждения и емкость 102 кВт·ч
В мире довольно много людей, которые любят проверять соответствие заявлений производителей различных устройств и систем реальному положению вещей. Один из таких правдолюбцев — владелец электромобиля Tesla Джейсон Хьюз (Jason Hughes). Он первым обнаружил тот факт, что емкость батарей транспортного средства не всегда соответствует заявленным характеристикам. В частности, при разборке батареи на 85 кВт*ч оказалось, что реальная емкость аккумулятора составляет всего 81 кВт*ч с доступной емкостью 77 кВт*ч.
Сейчас Хьюз получил в свое распоряжение новый комплект батарей емкостью в 100 кВт*ч. Этот комплект он незамедлительно разобрал и выяснил, что здесь реальность тоже расходится с заявлениями Tesla Motors. Правда, в этот раз емкость выше обещанного компанией: вместо 100 кВт*ч реальная емкость батареи составила 102,4 кВт*ч.
Хьюз взломал систему управления электропитанием автомобиля, что позволило ему провести ряд манипуляций с аккумуляторами для прояснения их характеристик. Он также стал первым владельцем электромобиля Tesla, кто разобрал представленный компанией в августе 2016 года аккумулятор на 100 кВт*ч. Компания тогда заявила, что плотность размещения элементов в аккумуляторе выше предыдущих моделей, плюс батарея получила несколько улучшений, включая обновленную архитектуру, систему охлаждения и электронные компоненты. Представители компании описали нововведения как «значительные изменения».
После разборки оказалось, что один модуль аккумулятора содержит 516 ячеек. Всего в батарее оказалось 8256 ячеек. Это на 16% больше, чем в предыдущих батареях емкостью 85/90 кВт*ч.
«Они (компания Tesla Motors — прим. ред.) добавили несколько новых рядов ячеек в модуль. Но что о слухах относительно охлаждения? Да, разработчики действительно обновили систему, но здесь нет экзотики. В новых модулях просто сделали два более коротких и тонких контура охлаждения. Таким образом, охладителю не приходится обходить слишком много ячеек перед выходом», — заявил Хьюз в своем блоге.
Он также показал разобранную старую (вверху) и новую (внизу) батареи на 85 кВт*ч и 100 кВт*ч соответственно. По словам Хьюза, у новинки 98,4 кВт*ч оперативной емкости и буфер на 4 кВт*ч, что дает общую емкость в 102,4 кВт*ч.
Архитектура батареи действительно претерпела значительные изменения, но внешне аккумулятор остался практически таким-же. С новым приобретением электромобиль Model X P90D, принадлежащий Хьюзу, превратился в модель P100D.
По словам технического директора компании, некоторые ключевые новинки, добавленные в новый аккумулятор, разработаны в полном соответствии с планами развития технологии в Tesla Motors. Именно четкое соблюдение плана и новые технологии позволили компании выпустить Tesla Model 3.
Что касается совместимости, то у батарей нового образца прежняя конструкция коннектора кабеля высокого напряжения, низкого напряжения и коннектора системы охлаждения. Правда, появилось обновленное кольцо, опоясывающее коннектор кабеля высокого напряжения. В целом, новые батареи полностью совместимы с любыми разновидностями Tesla Model S или Tesla Model X.
Правда, коннектор оранжевого цвета можно снять, для того, чтобы заменить на коннектор, совместимый с Tesla Model S. Так что проблемы совместимостью нет — обновленные аккумуляторы подходят для большинства моделей электромобилей от Tesla.
Где производят аккумуляторы?
В этом месяце корпорация Tesla Motors заявила о начале производства литий-ионных батарей на своей фабрике, которую компания называет Gigafactory. Процесс производства осуществляется совместно с японской компанией Panasonic. Японцы достаточно давно сотрудничают с Tesla, ранее, например, было объявлено о том, что компания вкладывает в предприятие Илона Маска Solar Roof около $853 млн.
Что касается Гигафабрики, то здесь будут производиться аккумуляторы для Tesla Model 3. Электромобили начнут производить уже во втором квартале этого года. К 2018 году объем производимых батарей в совокупности составит 35 ГВт*ч в год. Это — около половины мощности всех производимых в мире аккумуляторов. На производстве занято в текущий момент 6500 человек, плюс в будущем планируется создать еще 20-30 тысяч рабочих мест. Стоимость создания объекта — более $5 млрд. Довольно внушительная сумма, особенно, если учесть, что Tesla Motors только недавно вышла на операционную прибыль. До этого много лет подряд компания была убыточной и существовала лишь на средства инвесторов.
Создаваемые аккумуляторы планируется использовать еще и в Powerpack и Powerwall — системах производства Tesla Motors, предназначенных для накопления и хранения энергии в домах и на производстве (небольшие предприятия).