Una major capacitat, una potència més gran, una mida més petita, un pes més lleuger, una fabricació en massa més fàcil i l'ús de components més barats són reptes a l'hora de dissenyar bateries de vehicles elèctrics. En altres paraules, es redueix al cost i al rendiment. Penseu-hi com un acte d'equilibri, on el quilowatt-hora (kWh) aconseguit ha de proporcionar la màxima autonomia, però a un cost raonable de fabricació. Com a resultat, sovint veureu descripcions del paquet de bateries que indiquen els seus costos de fabricació, juntament amb números, que van des dels 240 fins als 280 dòlars/kWh. durant la producció, per exemple.
Ah, i no ens oblidem de la seguretat. Recordeu el fiasco del Samsung Galaxy Note 7 fa uns anys, i l'equivalent de la bateria dels vehicles elèctrics als incendis de vehicles i les fusions equivalents a Txernòbil. En un escenari de desastre de reacció en cadena, espaiat i controls tèrmics entre les cel·les d'una bateria paquet per evitar que una cèl·lula encengui una altra, una altra, etc., afegeixen la complexitat del desenvolupament de la bateria dels vehicles elèctrics. Entre elles, fins i tot Tesla té problemes.
Tot i que un paquet de bateries EV consta de tres parts principals: cèl·lules de bateries, un sistema de gestió de bateries i algun tipus de caixa o contenidor que les uneix, de moment, només veurem les bateries i com han evolucionat amb Tesla, però segueix sent un problema per a Toyota.
La bateria cilíndrica 18650 és una bateria d'ions de liti amb un diàmetre de 18 mm, una longitud de 65 mm i un pes d'aproximadament 47 grams. Amb una tensió nominal de 3,7 volts, cada bateria pot carregar fins a 4,2 volts i descarregar-se tan baix. com a 2,5 volts, emmagatzemant fins a 3500 mAh per cèl·lula.
Igual que els condensadors electrolítics, les bateries dels vehicles elèctrics de Tesla consisteixen en làmines llargues d'ànode i càtode, separades per material aïllant de càrrega, enrotllades i ben empaquetades en cilindres per estalviar espai i emmagatzemar tanta energia com sigui possible. Aquests càtodes (carregats negativament) i Les làmines d'ànode (càrrega positiva) tenen cadascuna pestanyes per connectar càrregues similars entre les cel·les, donant com a resultat una bateria potent; sumen una, si voleu.
Igual que un condensador, augmenta la seva capacitat reduint l'espai entre les làmines d'ànode i càtode, canviant el dielèctric (el material aïllant anterior entre les làmines) a un amb una permitivitat més alta i augmentant l'àrea de l'ànode i el càtode. El següent pas de la bateria (potència) de Tesla EV és la 2170, que té un cilindre lleugerament més gran que el 18650, que mesura 21 mm x 70 mm i pesa uns 68 grams. Amb una tensió nominal de 3,7 volts, cada bateria pot carregar fins a 4,2 volts i descàrrega de fins a 2,5 volts, emmagatzemant fins a 4800 mAh per cèl·lula.
Hi ha una compensació, però, que es tracta principalment de la resistència i la calor en comparació amb la necessitat d'un pot una mica més gran. En el cas del 2170, l'augment de la mida de la placa ànode/càtode dóna com a resultat un camí de càrrega més llarg, la qual cosa significa més resistència i, per tant, més l'energia que s'escapa de la bateria com a calor i interfereix amb el requisit de càrrega ràpida.
Per crear una bateria d'última generació amb més potència (però sense augmentar la resistència), els enginyers de Tesla van dissenyar una bateria significativament més gran amb un disseny anomenat "taules" que escurça el camí elèctric i, per tant, redueix la quantitat de calor generada per la resistència. Gran part d'això es pot atribuir a qui poden ser els millors investigadors de bateries del món.
La bateria 4680 està dissenyada en forma d'hèlix de rajoles per a una fabricació més senzilla, amb una mida de paquet de 46 mm de diàmetre i 80 mm de llarg. El pes no està disponible, però s'informa que altres característiques de voltatge són similars o idèntiques;no obstant això, cada cel·la té una capacitat d'uns 9000 mAh, que és el que fa que les noves bateries de pantalla plana de Tesla siguin tan bones. A més, la seva velocitat de càrrega encara és bona per a una demanda ràpida.
Tot i que augmentar la mida de cada cel·la en lloc de reduir-se pot semblar que va en contra dels requisits de disseny de la bateria, les millores en la capacitat de potència i el control tèrmic del 4680 en comparació amb el 18650 i el 2170 van donar lloc a un nombre substancial de cel·les en comparació amb l'ús de la bateria 18650 i 2170. -els models de Tesla anteriors tenen més potència per paquet de bateries de la mateixa mida.
Des del punt de vista numèric, això significa que només es necessiten unes 960 cel·les "4680" per omplir el mateix espai que 4.416 cel·les "2170", però amb avantatges addicionals com ara costos de producció més baixos per kWh i l'ús de 4680. El paquet de bateries augmenta la potència significativament.
Com s'ha esmentat, s'espera que el 4680 ofereixi 5 vegades l'emmagatzematge d'energia i 6 vegades la potència en comparació amb la bateria 2170, la qual cosa es tradueix en un augment de conducció esperat de 82 kWh a 95 kWh en els nous Teslas Mileage augmenta fins a un 16%.
Recordeu que això és només els conceptes bàsics de les bateries de Tesla, hi ha més coses darrere de la tecnologia. Però aquest és un bon començament per a un article futur, ja que aprendrem a gestionar l'ús d'energia del paquet de bateries, així com a controlar els problemes de seguretat al voltant. la generació de calor, la pèrdua d'energia i... per descomptat... el risc d'incendis de la bateria dels vehicles elèctrics.
Si t'agrada All-Things-Tesla, aquí tens l'oportunitat de comprar una versió Hot Wheels RC del Tesla Cybertruck.
Timothy Boyer és un reporter de Tesla i EV de Torque News a Cincinnati. Amb experiència en la restauració de cotxes primerenques, restaura regularment vehicles antics i modifica motors per millorar el rendiment. Segueix a Tim a Twitter @TimBoyerWrites per a les notícies diàries de Tesla i EV.
Hora de publicació: 21-feb-2022