Veći kapacitet, veća snaga, manja veličina, manja težina, lakša masovna proizvodnja i upotreba jeftinijih komponenti izazovi su u dizajniranju EV baterija. Drugim riječima, sve se svodi na trošak i performanse. Zamislite to kao čin balansiranja, gdje postignuti kilovat-sat (kWh) mora osigurati maksimalni domet, ali uz razumnu cijenu proizvodnje. Kao rezultat toga, često ćete vidjeti opise paketa baterija s popisom njihovih troškova proizvodnje, zajedno s brojevima, u rasponu od 240 do 280 USD/kWh tijekom proizvodnje npr.
Oh, i nemojmo zaboraviti sigurnost. Sjetite se fijaska sa Samsungom Galaxy Note 7 prije nekoliko godina i ekvivalenta EV baterije požarima vozila i topljenju u Černobilu. U scenariju katastrofe poput lančane reakcije, razmak i toplinske kontrole između ćelija u bateriji pakiranje kako bi se spriječilo da jedna ćelija zapali drugu, drugu itd., doprinosi složenosti razvoja baterija za električna vozila. Među njima, čak i Tesla ima problema.
Dok se baterija za EV sastoji od tri glavna dijela: baterijskih ćelija, sustava upravljanja baterijom i neke vrste kutije ili spremnika koji ih drži zajedno, za sada ćemo samo pogledati baterije i kako su evoluirale s Teslom, ali i dalje je problem za Toyotu.
Cilindrična baterija 18650 je litij-ionska baterija promjera 18 mm, duljine 65 mm i težine od približno 47 grama. Pri nominalnom naponu od 3,7 volta, svaka baterija može puniti do 4,2 volta i prazniti kao niska kao 2,5 volta, pohranjujući do 3500 mAh po ćeliji.
Slično kao elektrolitički kondenzatori, Tesline baterije za električna vozila sastoje se od dugih listova anode i katode, odvojenih materijalom za izolaciju naboja, smotanih i čvrsto zbijenih u cilindre kako bi se uštedio prostor i pohranilo što više energije. Ove katode (negativno nabijene) i anodni (pozitivno nabijeni) listovi imaju jezičke za povezivanje sličnih naboja među ćelijama, što rezultira snažnom baterijom—zbrajaju se do jedan, ako želite.
Baš kao i kondenzator, povećava svoj kapacitet smanjenjem razmaka između anodnih i katodnih listova, promjenom dielektrika (gornji izolacijski materijal između ploča) u onaj s većom permitivnošću i povećanjem površine anode i katode. Sljedeći korak u (snazi) baterije Tesla EV je 2170, koja ima malo veći cilindar od 18650, dimenzija 21 mm x 70 mm i težine oko 68 grama. Na nominalnom naponu od 3,7 volti, svaka baterija može napuniti do 4,2 volta i pražnjenja od samo 2,5 volta, pohranjujući do 4800 mAh po ćeliji.
Međutim, postoji kompromis koji se uglavnom odnosi na otpornost i toplinu u odnosu na potrebu za nešto većom staklenkom. U slučaju 2170, povećanje veličine ploče anode/katode rezultira duljim putem punjenja, što znači veći otpor, a time i više energija koja izlazi iz baterije kao toplina i ometa zahtjev za brzim punjenjem.
Kako bi stvorili bateriju sljedeće generacije s većom snagom (ali bez povećanog otpora), inženjeri Tesle dizajnirali su značajno veću bateriju s takozvanim dizajnom "stola" koji skraćuje električni put i tako smanjuje količinu topline koju stvara otpor. Velik dio toga može se pripisati tome tko bi mogao biti najbolji istraživač baterija na svijetu.
Baterija 4680 dizajnirana je u obliku spirale s pločicama radi jednostavnije proizvodnje, s veličinom paketa od 46 mm u promjeru i 80 mm u duljini. Težina nije dostupna, ali druge karakteristike napona su slične ili identične; međutim, svaka ćelija je ocijenjena na oko 9000 mAh, što je ono što čini nove Tesline baterije s ravnim zaslonom tako dobrima. Također, njihova brzina punjenja još uvijek je dobra za brzu potražnju.
Dok se povećanje veličine svake ćelije umjesto smanjivanja može činiti protivnim zahtjevima dizajna baterije, poboljšanja u kapacitetu napajanja i toplinskoj kontroli 4680 u usporedbi s 18650 i 2170 rezultirala su znatno manjim brojem ćelija u usporedbi s korištenjem 18650 i 2170 baterije. Raniji Teslini modeli s pogonom imaju više snage po bateriji iste veličine.
S numeričkog stajališta, to znači da je potrebno samo oko 960 “4680″ ćelija za popunjavanje istog prostora kao 4416 “2170″ ćelija, ali s dodatnim prednostima kao što su niži proizvodni troškovi po kWh i korištenje 4680 Baterija značajno povećava snagu.
Kao što je spomenuto, očekuje se da će 4680 nuditi 5 puta veću pohranu energije i 6 puta veću snagu u usporedbi s baterijom 2170, što znači očekivano povećanje vožnje s 82 kWh na 95 kWh u novijim Teslama. Kilometraža se povećava do 16%.
Upamtite, ovo su samo osnove Teslinih baterija, postoji više iza tehnologije. Ali ovo je dobar početak za budući članak, jer ćemo naučiti kako upravljati potrošnjom energije baterije, kao i kontrolirati sigurnosne probleme oko stvaranje topline, gubitak energije i... naravno... rizik od požara baterije EV.
Ako vam se sviđa All-Things-Tesla, evo prilike da kupite Hot Wheels RC verziju Tesla Cybertrucka.
Timothy Boyer je izvjestitelj za Tesla i EV za Torque News u Cincinnatiju. Iskusan u ranim restauracijama automobila, redovito obnavlja starija vozila i modificira motore kako bi poboljšao performanse. Slijedite Tima na Twitteru @TimBoyerPiše za dnevne vijesti o Tesli i EV.
Vrijeme objave: 21. veljače 2022