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).

устройство, характеристики, применение :: SYL.ru

Компания «Тесла» известна, в первую очередь, прорывом в области электрокаров. Концепция экологически чистого транспорта давно осваивается крупнейшими автогигантами, но американским инженерам удалось ближе всех довести идею до реальных интересов потребителя. В немалой степени этому способствовали системы энергоснабжения, которые должны были полностью заменить традиционный двигатель внутреннего сгорания. И линейка батарей для электромобиля Tesla Model S ознаменовала собой новый этап развития сегмента.

Применение аккумуляторов

Основные мотивы разработки принципиально новых элементов питания были вызваны задачами увеличения эксплуатационных качеств электрических автомобилей. Поэтому базовая линейка ориентируется на обеспечение транспорта инновационной системой энергоснабжения. В частности, для моделей Tesla Model S применяются флагманские литий-ионные версии аккумуляторов. Их особенностью является исключение так называемого гибридного принципа работы батарей, в котором допускается попеременное питание машины от аккумуляторного блока и ДВС. Компания стремится сделать энергоснабжение электрокаров полностью независимым от традиционного топлива.

Однако системами питания автотранспорта разработчики не ограничиваются. На сегодняшний день сформировалось несколько серий с аккумуляторами, предназначенными для стационарного бытового и коммерческого использования. И если аккумулятор «Тесла» для автомобиля ориентирован на поддержку функциональности ходовых механизмов и бортовой электроники, то модели батарей-накопителей энергии можно рассматривать как универсальные и автономные источники энергоснабжения. Потенциала данных элементов достаточно для обслуживания, к примеру, домашней бытовой техники. Также развивается концепция аккумуляции солнечной энергии, но пока о широком распространении подобных систем речи не идет.

Устройство аккумулятора

Батареи имеют особую структуру и конфигурацию расположения активных элементов. В первую очередь, блоки питания отличаются базированием на литий-ионной основе. Такие элементы давно используются в качестве источника питания мобильных устройств и электроинструмента, но задачу энергоснабжения транспорта для них впервые открыли разработчики аккумулятора «Тесла». Для автомобиля применяется блок, состоящий из 74 компонентов, которые внешне напоминают пальчиковые батареи. Весь блок разделен на несколько сегментов (от 6 до 16 в зависимости от версии). В качестве положительного электрода выступает графит, а отрицательный заряд дает целая группа химических наполнителей, среди которых оксид алюминия, кобальт и никель.

Что касается интеграции в конструкцию автомобиля, то аккумуляторный блок крепится к днищу. К слову, именно такое размещение обеспечивает электрокарам пониженный центр тяжести и, как следствие, оптимальную управляемость. Непосредственно фиксация осуществляется при помощи комплектных кронштейнов.

Поскольку аналогов подобных решений на сегодняшний день единицы, то, в первую очередь, может прийти мысль о сравнении батареи Tesla с традиционными аккумуляторами. И в этом смысле логично возникает вопрос о безопасности, как минимум, такого способа размещения. Задача обеспечения защиты решается высокопрочным корпусом, в который заключен аккумулятор «Тесла». Устройство каждого блока также предусматривает наличие ограждающих металлических пластин. Причем изолируется не сам внутренний отсек, а каждый сегмент по отдельности. К этому стоит добавить и наличие пластиковой накладки, которая специально предназначена для исключения проникновения воды под корпус.

Технические характеристики

Самая мощная версия аккумулятора для электрокара «Тесла» включает около 7104 мини-батарей, имеет 210 см по длине, 15 см в толщине и 150 см по ширине. Электрическое напряжение в блоке составляет 3,6 В. Для сравнения, объем энергии, вырабатываемой одной секцией батареи, соответствует производимому потенциалу от аккумуляторов сотни портативных компьютеров. Но и вес аккумулятора «Тесла» довольно внушителен – около 540 кг.

Что же дают эти характеристики электрокару? По расчетам специалистов, батарея объемом 85 кВт*ч (средняя в линейке производителя) позволяет на одном заряде проезжать порядка 400 км. Опять же, для сравнения, не так давно крупнейшие автопроизводители в «зеленом» сегменте боролись за показатели 250-300 км пути, который мог преодолеваться без дозарядки. Впечатляет и скоростная динамика – 100 км/ч набираются всего за 4,4 сек.

Разумеется, при таких свойствах возникнет вопрос о долговечности батареи, так как высокая производительность предполагает соответствующую интенсивность износа активных элементов. Сразу надо отметить, что изготовитель дает 8-летнюю гарантию на свои аккумуляторы. Вероятно, и фактический срок службы аккумулятора «Тесла» будет аналогичным, но пока даже первые обладатели электрокаров не могут подтвердить или опровергнуть этот показатель.

С другой стороны, есть исследования, в которых отмечается умеренная потеря мощности батареи. В среднем блок теряет 5% мощностного потенциала на 80 тыс. км. Есть и другой показатель, свидетельствующий о том, что количество обращений пользователей электрокаров «Тесла» по причинам неполадок в аккумуляторном блоке сокращается по мере выхода новых модификаций.

Емкость батареи

С оценкой емкостного показателя аккумуляторов не все однозначно. По мере развития линейки эта характеристика проделала путь от 60 до 105 кВт*ч, если брать наиболее заметные версии. Соответственно, по официальным данным на текущий момент пиковая емкость аккумулятора «Тесла» составляет порядка 100 кВт*ч. Однако по результатам проверки первых владельцев электрокаров с таким оснащением выяснилось, что, к примеру, модификация на 85 кВт*ч фактически располагает объемом 77 кВт*ч.

Есть и обратные примеры, в которых обнаруживается превышение объема. Так, модель батареи на 100 кВт*ч при детальном исследовании оказалась наделенной емкостью в 102,4 кВт*ч. Также выявляются и нестыковки в определении количества активных элементов питания. В частности, имеют место расхождения в оценках количества ячеек батареи. Специалисты связывают это с тем, что аккумулятор «Тесла» постоянно модернизируется, вбирает новые улучшения и доработки. В самой компании отмечают, что ежегодно новые версии блока претерпевают изменения в архитектуре, электронных компонентах и системе охлаждения. Но в каждом случае деятельность инженеров ставит целью улучшение эксплуатационных качеств продукта.

Модификация PowerWall

Как уже говорилось, параллельно с линейкой автомобильных аккумуляторов компания «Тесла» развивает и сегмент накопителей энергии, предназначенных для бытовых нужд. Одной из последних и самых ярких разработок в этом сегменте стал тоже литий-ионный блок PowerWall. Его можно использовать и в качестве постоянного источника энергии для покрытия определенных энергетических задач и как резервный блок с функцией автономного генератора. Данный аккумулятор «Тесла» представлен в разных исполнениях, которые отличаются емкостью. Так, наиболее популярны модели на 7 и 10 кВт*ч .

Что касается эксплуатационных качеств, то мощностный потенциал составляет 3,3 кВт при напряжении 350–450 В и силе тока 9 А. Масса блока – 100 кг, поэтому о мобильности аккумулятора можно забыть. Хотя не стоит отметать возможность применения блока на даче в сезонное время. О повреждениях батареи при транспортировке волноваться не стоит, поскольку разработчики особое внимание уделяют физической защите корпуса. Единственное, что может огорчить новоиспеченного пользователя данной продукции «Тесла» — время зарядки аккумулятора, которое составляет порядка 10-18 ч в зависимости от версии накопителя.

Модификация PowerPack

Данная система базируется на элементах PowerWall, но предназначена для обслуживания предприятий. То есть речь идет о коммерческой версии энергетического накопителя, который поддается масштабированию и способен обеспечивать высокую производительность целевого объекта. Достаточно сказать, что объем батареи составляет 100 кВт, хотя и эта емкость не является максимальной. Разработчики предусмотрели гибкую систему объединения нескольких блоков с возможностью обеспечения от 500 кВт до 10 МВт.

Более того, и одиночные аккумуляторы PowerPack совершенствуются в своих эксплуатационных качествах. Не так давно было заявлено о появлении второго поколения коммерческого аккумулятора «Тесла» характеристики в плане мощности достигли уже 200 кВт, а КПД – 99%. Отличается данный резерв хранения энергии и технологическими свойствами.

Инженеры для обеспечения возможности расширения объема применили новый инвертор реверсивного типа. Благодаря этому новшеству увеличилась и мощность, и производительность блока. В ближайшее время компания планирует предложить и концепцию введения ячеек PowerPack в структуру вспомогательных солнечных элементов Solar Roof. Это даст возможность восполнять энергетический потенциал аккумулятора не через магистральные линии электроснабжения, а за счет бесплатной солнечной энергии в непрерывном режиме.

Где производится аккумулятор «Тесла»?

По заявлениям производителя, литий-ионные батареи изготавливает его собственная фабрика Gigafactory. Причем сам процесс сборки реализуется совместно с фирмой Panasonic. К слову, и комплектующие для аккумуляторных сегментов также поставляет японская компания. На мощностях Gigafactory, в частности, выпускается новейшая серия питающих блоков, предназначенных для третьего поколения электрокаров Model. По некоторым расчетам, совокупность объема выпускаемых батарей на максимальном производственном цикле должна составить 35 ГВт*ч в год. Для сравнения, этот объем занимает половину от всех мощностей выпускаемых в мире элементов питания. Обслуживать столь высокий потенциал будут 6500 работников предприятия, хотя в будущем планируется создать еще порядка 20 тыс. рабочих мест.

При этом надо отметить, что аккумулятор «Тесла» модель S имеет высокую степень защиты от взлома, что практически минимизирует риски появления на рынке контрафактных аналогов. К тому же и сам процесс изготовления предполагает участие высокоточных роботизированных агрегатов. Очевидно, что повторить технологию сегодня способны только корпорации такого же уровня, как и «Тесла». Впрочем, заинтересованным фирмам это и не нужно, так как они занимаются собственными разработками в этом направлении.

Стоимость аккумуляторов

Цены на аккумуляторы фирмы «Тесла» также регулярно меняются, что связано с удешевлением технологий производства и выходом все новых компонентов с более высокими эксплуатационными характеристиками. Еще несколько лет назад батарею для электрокара Model S можно было приобрести за 45 000$. На данный момент элементы стоят 3 000-5 000$. Аналогичные ценники распространяются на устройства для домашнего использования PowerWall. А вот самым дорогим является коммерческий аккумулятор «Тесла», цена которого составляет 25 000$. Но и это касается лишь версии первого поколения.

Аналоги от конкурентов

Как уже отмечалось, «Тесла» не является монополистом в сегменте. На рынке немало аналогичных предложений, которые могут быть менее известны, но по характеристикам вполне конкурентоспособны. Так, альтернативу системе PowerWall предлагает корейская фирма LG, разработавшая элементы Chem RESU. Блок емкостью 6,5 кВт*ч оценивается в 4 000$. Накопители с диапазоном 6-23 кВт*ч предлагает Sunverge. Этот продукт отличается возможностью мониторинга заряда и подключением к солнечным панелям. Его стоимость варьируется в среднем от 10 000$ до 20 000$. Фирма ElectrIQ предлагает домашние энергетические накопители емкостным потенциалом 10 кВт*ч. Блок стоит 13 000$, однако в эту стоимость входит также инвертор.

Осваивают инновационное направление и другие автомобильные производители, которые еще плотнее теснят на рынке аккумулятор «Тесла» в разных модификациях. Среди конкурентов этого звена особенно отмечаются Nissan и Mercedes. В первом случае предлагается линейка аккумуляторов XStorage емкостью 4,2 кВт*ч. К особенностям этих элементов стоит отнести высокую степень экологической безопасности, что укладывается в требованиях новейших европейских стандартов производства автомобилей. В свою очередь, Mercedes выпускает небольшие элементы по 2,5 кВт*ч, но их можно объединять в более производительные блоки, мощность которых достигает 20 кВт*ч.

В заключение

Производитель «Тесла», безусловно, является самым популярным разработчиком инновационных систем энергоснабжения и экологического автотранспорта. Но, открывая новые горизонты в мире технологий, и эта фирма сталкивается с серьезными препятствиями. В частности электрокары Tesla Model S с литий-ионными батареями регулярно критикуются специалистами за недостаточно высокую безопасность в плане защиты от возгораний элементов питания. Хотя в последних версиях инженеры сделали существенные доработки в этом отношении.

По-прежнему сохраняется и проблема недоступности аккумуляторов для массового потребителя. И если с бытовыми накопителями эта ситуация меняется за счет удешевления элементов, то идея сопряжения блоков с солнечными панелями пока не может быть успешной на рынке из-за высокой стоимости. Возможности аккумуляции бесплатной энергии наиболее перспективны и выгодны для пользователей, но приобретение таких систем не по силам большинству даже заинтересованных потребителей. Это же касается и других направлений, в которых предполагается задействование альтернативных источников энергии. Принцип их работы дает массу преимуществ, но достигаются они только за счет сложного высокотехнологичного оборудования.

Как устроен аккумулятор автомобиля Tesla Model S

Tesla Motors является создателем революционных электромобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими сделать их относительно массовым видом транспорта.

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.

Микросхемы аккумулятора Tesla

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.

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.

Распилим аккумулятор Tesla Model S

К этому автомобилю вообще конечно последнее время достаточно спорное отношение. Многие обсуждают, какой он Частный государственный Элон Маск, других шокирует разгон этого автомобиля. Есть люди, которые считают автомобиль «Тесла» отличным элементом пиар-кампании, построенной на продаже того, что давно существовало, но никому в голову не приходило из этого сделать автомобиль, да и перспектив типа у него немного и даже существует российский конкурент «Тесла»

Но давайте оставим эти споры «за бортом» и посмотрим на главный элемент этого автомобиля — аккумуляторы. Нашлись люди, которые не поленились и не зажали какое то количество денег взяли и распилили батарейку от машины.

Вот как это выглядело

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 и раскроем магию успеха этого аккумулятора.

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.

Батарея Tesla. 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 врядли 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 гарантийной обслуживание своей продукции на срок до 8 лет.

Таким образом вы узнали из чего состоит аккумулятор Tesla Model S и принцип его работы.

источник
http://autotesla.ru/auto-tesla/akkumulyatory-tesla/akkumulyator-tesla-model-s-chto-vnutri-razbiraem.html

Еще интересное про Теслу: вот вам Башни Тесла, скрывающиеся в дебрях лесов Подмосковья, а вот и сам тот, кто разговаривает с электричеством

Как устроен аккумулятор Тесла

Американская компания Tesla Motors некоторое время назад произвела настоящую революцию в сфере производства электромобилей. Им удалось наладить серийное производство экологически чистых транспортных средств. Причём топовые модели Tesla имели динамические характеристики, сравнимые с бензиновыми суперкарами. Электромобили объединили в себе передовые разработки инженеров компании, в числе которых была и технология создания тяговых аккумуляторных батарей. Именно об аккумуляторах для Тесла и пойдёт речь в этой статье. Мы рассмотрим, какие АКБ устанавливались и устанавливаются на американские электромобили, а также их устройство.

 

Содержание статьи

Разновидности аккумуляторных батарей на электромобилях Тесла

С момента запуска серийной сборки Model S, а затем и Model X, на эти электромобили устанавливались батареи, ёмкость которых лежала в диапазоне 40─100 кВтч. Они состояли 8, 12, 16 секций. Секция, в свою очередь, состоит из большого количества соединённых между собой литиевых элементов. Сначала использовались аккумуляторные элементы форм-фактора 18650 производства Panasonic. Позднее стали использовать аккумуляторные батареи форм-фактора 21700.

Их габариты зашифрованы в названии: диаметр 18 мм и высота (длина) 65 мм.

Требования к этим аккумуляторам в Tesla предъявляют довольно жёсткие, и компания Panasonic в качестве поставщика была выбрана не случайно. Японский производитель смог обеспечить выпуск качественных элементов, выдерживающих серьёзные нагрузки.

На изображениях ниже можно посмотреть схематическое устройство силовой части электромобиля Tesla.

Как уже было сказано, аккумуляторная батарея состоит из нескольких блоков, которые в свою очередь делятся на много отдельных аккумуляторных элементов. Это схематично показано на рисунке ниже.

Вернуться к содержанию
 

Какие виды аккумуляторов для Tesla выпускались?

40 кВтч. Эти тяговые АКБ были двух типов: из 8 и 12 модулей. Первые были сделаны на базе батареи для модели Тойота RAV4 EV. Аккумулятор из 12 блоков имел номинал 60 кВтч, но программно был ограничен на отметке 40 кВтч. Выпуск этих моделей был довольно быстро прекращён из-за низкого спроса на Tesla Model S 40 кВтч.

60 кВтч. Выпускались модификации с 12 или 16 секциями. Первые использовались на Model S40. Модификация с 16 модулями представляла собой модифицированный вариант, который выпускался с обозначением «New».

70/75 кВтч. Эти модели использовались на Model S60 (S60D), S70 (S70D), S75 (S75D). Для S60 использовались модификации с номиналом 60 кВтч, имеющие на 77 аккумуляторных элементов меньше, чем в моделях S70. В последних все модели были загружены целиком.

85/90 кВтч. Модификации номиналом 85 и 90 кВтч (и 100 также) состоят из 16 модулей. Каждый из них имеет в своём составе 444 литиевых элемента и плату управления, управляющую их зарядом, разрядом и балансировкой. Наиболее популярным аккумулятором для Tesla стал 85 кВтч, имеющий в своём составе 7104 элементом форм-фактора 18650.

Специалисты Panasonic в 2015 году усовершенствовали конструкцию анода литиевых аккумуляторных элементов, в результате чего ёмкость аккумулятора увеличилась на 6 процентов. Так появились АКБ с номиналом 90 кВтч.

Ёмкость батарей Panasonic 18650 в батарее 85 кВтч весит 46 грамм. В модели 90 кВтч масса такого элемента 48,5 грамма. Кроме того, усовершенствованный элемент увеличил токоотдачу с 10C (80) до 25C (90). Этим объясняется наличие режима Ludicrous только на электромобилях Tesla c АКБ 90 и 100 кВтч. Только с ними стало возможным наращивание динамических характеристик.

100 кВтч. Это наиболее мощная версия. Инженеры Tesla изменили внутреннюю конфигурацию аккумуляторной батареи и в каждом модуле разместили 516 элементов 18650. В результате всего в АКБ разместились 8256 штук. Запасённая энергия составила более 100 кВтч. Электромобиль на таком аккумуляторе пробегает около 500 км. Токоотдача составила 25C.

Это стало наилучшим результатом. Но специалисты на этом не остановились и исследования продолжаются. Для повышения эффективности АКБ и уменьшения издержек Tesla возвели в населённом пункте Спаркс (штат Невада) крупный аккумуляторный завод, получивший название Gigafactory 1.

По данным некоторых зарубежных изданий на фабрике Gigafactory 1 запустили сборку АКБ для электромобилей Tesla с использованием элементов форм-фактора 21700. Диаметр этих цилиндрических аккумуляторов 21 мм, а длина 70 мм.

Их сначала применяли в батареях Tesla Powerpack и Powerwall, а затем в новом Model 3. Этот седан уступает по размерам Model S. Сообщается, что энергоэффективность 21700 выше 18650 на 10─15 процентов. При этом объём запасаемой энергии выше на 46 процентов.

Предприятие Gigafactory выпускает литий-ионные аккумуляторные батареи на основе сотрудничества Tesla Motors и Panasonic. Японская компания уже длительное время работает с американским производителем электромобилей и вложили в их предприятие Solar Roof миллиард долларов. Около двух лет назад появлялись сообщения о том, что фабрика Gigafactory вышла на ежегодный объём производства аккумуляторных батарей 30─35 ГВтч в год.

На вышеупомянутом предприятии работает больше 6 тысяч человек и планируется значительное расширение штата. Строительство завода обошлось в сумму около 5 млрд долларов США.
Вернуться к содержанию
 

Что внутри?

Поскольку электромобиль Tesla является весьма дорогим транспортным средством, не каждый владелец может позволить себе распотрошить на камеру его аккумуляторную батарею. Кстати, стоимость аккумулятора составляет 40─50 тысяч $. Но такие энтузиасты нашлись. Несколько лет назад на просторах англоязычного интернета появились фотографии разбора модели 85 кВтч.

Аккумуляторная батарея находится в дне кузова и крепится к нему за кронштейны. Благодаря большой массе АКБ обеспечивается низкий центр тяжести и хорошая управляемость моделей Tesla.

Внутри можно обнаружить 16 модулей, соединённых параллельно. От попадания влаги и просто внешнего воздействия сделана защита в виде пластин из металла и пластиковых вставок. На фото можно видеть, как измеряют напряжение.

Сами аккумуляторы находятся близко друг к другу в специальных ячейках. Укладка осуществляется в автоматическом режиме промышленным роботом.

В модулях аккумуляторные элементы также подразделяются на группы по 74 элемента. Их работой управляют электронные платы, которые с натяжкой можно назвать аналогом BMS плат для аккумуляторов ноутбуков. Всего в АКБ 85 кВтч 7104 литий-ионных аккумуляторных элементов. Предусмотрена жидкостная система охлаждения.

Номинальное напряжение одного элемента составляет 3,6 вольта. При производстве отрицательного электрода используется никель, кобальт, оксид алюминия (LiNiCoAlO₂ в процентном отношении никеля ─ 80, кобальта ─ 15, алюминия ─ 5 процентов), а для изготовления положительного электрода применяется графит. Производство самих Panasonic 18650 выполняется в различных странах, среди которых Китай, Индия и др. Однако финальная проверка и сборка выполняется на предприятии Tesla в США.

Общий вес аккумуляторной батареи 85 кВтч составляет 540 кг. Габариты представлены ниже.

• Длина 2,1 м.
• Ширина 1,5 м.
• Толщина 0,15 м.

Компания осуществляет гарантийное обслуживание батарей своего производства в течение восьми лет.

Позднее в общем доступе появились изображения разобранной АКБ, сделанные Джейсоном Хьюзом, одним из владельцев Tesla. На этот раз аккумуляторная батарея заявленная мощность была 100 кВтч.

Как удалось выяснить Хьюзу, реальная ёмкость батареи составила 102,4 кВтч. Чтобы выяснить реальные характеристики этой модели, он получил доступ в систему управлении питанием электромобиля. Он хотел проверить утверждения представителей Tesla о том, что батарея претерпела серьёзную модернизацию. В частности, сообщалось об обновлении архитектуры, системы охлаждения и электронной начинке.

Хьюзу удалось выяснить, что теперь в одном модуле АКБ находится 516 элементов, а суммарное количество составляет 8256 штук. По сравнению с предшествующими моделями 85/90 кВтч увеличение составило около 16 процентов. В модуль, по его словам, добавили несколько рядов для элементов. Контуры охлаждения стали более тонкими и короткими (в модуле два). В результате хладагент забирает тепло от меньшего количества элементов.

Новые аккумуляторы сохранили совместимость с различными модификациями Tesla Model X и Model S. Кроме того, по словам представителей компании, новые решения, реализованные в батарее, позволили им выпустить Model 3. Хьюз показал, что конструкция подключения охлаждающей системы, а также разъёма кабелей высокого и низкого напряжения осталась прежней. Как видно на фотографиях, коннекторы можно без проблем заменить.
Вернуться к содержанию
 

Направление развития

Новые электромобили Tesla Model 3 имеют запас хода более 300 км. Информация о развитии будущих аккумуляторных батарей для Тесла в основном непроверенная. Были сообщения, что при сборке будут использовать литиевые элементы стандарта 21700 (диаметр 21 мм, длина 70 мм). Стоимость этих батарей будет немногим более 110$ за 1 кВт. По сравнению с альтернативными решениями это довольно дёшево. В модуль будут входить 4 базовых элемента с охлаждающим контуром, а вокруг них будут располагаться литиевые элементы 21700.

Химический состав: LiNiCoAlO₂ (литий-никель-кобальт-оксид алюминия c 80% никеля, 15% кобальта, 5% алюминия). Представители Tesla называют такой состав главным преимуществом их АКБ по сравнению с другими решениями. В частности, по их утверждению, на Model 3 устанавливаются батареи с наивысшей плотностью энергии из всех возможных.

Это было достигнуто благодаря существенному снижению содержания кобальта в катодной химии и увеличении объёма никеля. Им удалось сохранить отличные показатели температурной стабильности. По непроверенной информации, содержание никеля, марганца и кобальта в катоде будет в соотношении 8:1:1.

Специалисты фирмы Benchmark Mineral Intelligence вообще считают, что усовершенствованная технология производства аккумуляторных батарей для электромобилей Tesla может серьёзно ударить по кобальтовой промышленности. Это уже привело к серьёзному сокращению использования кобальта для производства аккумуляторов. В среднем со времени выхода на рынок Model S первого поколения компания Тесла сумела сократить потребление кобальта на один электромобиль в среднем на 59%. Если Model S требовала для производства 11 кг кобальта, то современный экземпляр Model 3 требует лишь 4,5 кг.

Сведения об этом содержались в отчёте компания Тесла за I квартал 2018 года. Илон Маск и технический директор Tesla Дж. Б. Страубель не раз заявляли, что направляют большие усилия для сокращения потребления кобальта. Это необходимо, чтобы сократить суммарные затраты на 1 кВт-ч при производстве батарей. Ведь кобальт является одним из наиболее дорогостоящих компонентов, используемых в производстве аккумуляторов для электромобилей Тесла. Как показывают данные OilPrice, его стоимость превышает 90 тысяч долларов за тонну.

В то же время, конкурирующие с Tesla компании из Японии, Германии, США, Южной Кореи пока отстают по технологии производства аккумуляторных батарей. За счёт них ещё некоторое время поставщики кобальта будут сохранять объёмы сбыта и компенсируют потери закупок со стороны Тесла.
Вернуться к содержанию
 

Зарядка и деградация аккумуляторов

Что касается деградации аккумуляторных батарей, то последние модели Тесла демонстрируют потерю ёмкости на 10% после пробега 160 тысяч миль (чуть менее 260 тыс. км). Как показывают исследования, большинство аккумуляторов теряют 5% своей ёмкости за первые 80 тыс. км. После этого ёмкость выравнивается и деградация существенно замедляется.

Одно из ключевых требований к АКБ электромобилей заключается в том, чтобы они могли заряжаться быстро. Особенно это чувствительно, если вы находитесь в пути. Бытовая электросеть переменного тока 240 вольт способна заржать аккумуляторы с помощью ЗУ мощностью 10 кВт. В электромобиле имеется схема, выпрямляющая переменный ток. Благодаря схеме он превращается в постоянный ток. Подобный вариант для полного заряда требует несколько часов и подходит, если электромобиль стоит у вас дома или в гараже ночью.

Чтобы решить проблему зарядки в пути, Tesla установили зарядные станции постоянного тока Supercharger по всему миру. Они обеспечивают мощность до 135 кВт. DC заряжает аккумулятор в обход схемы зарядки. В результате на заряд батареи уходит 20─40 минут.

Когда речь идёт о зарядке аккумуляторов электромобилей, в целом, и Тесла, в частности, то следует сказать об ограничениях литий-ионных элементов. К примеру, максимальное зарядное напряжение для Panasonic 18650 равно 4,5 вольта. Производитель установил допустимый ток на один элемент величиной в 2 ампера. Инженеры Тесла увеличили его до 4 А. С таким током зарядки могут эксплуатироваться новые элементы 21700. Они будут основой аккумуляторов для Tesla Model 3.

Из-за этих ограничений возникает верхний предел мощности зарядного устройства, которое можно использовать для зарядки аккумуляторов. Максимальная мощность вычисляется по формуле 4,2 * N * I. Здесь N означает число элементов в блоке, а I — это максимально разрешённый ток на один элемент. Для используемых в Tesla аккумуляторах значения получаются следующие.

• 85/90 кВтч. Мощность = 7104 х 16,8 (4,2*4) = 119,3 кВт.
• 100 кВтч. Мощность 8256 Х 16,8 = 138,7 кВт.

Дальнейшее увеличение мощности зарядки возможно лишь при наращивании зарядного тока. Но это ускорит деградацию литиевых элементов. Гарантию компания Tesla обеспечивает от отказа и поломок, но не от деградации. Но работа элементов обеспечивается таким образом, что деградация идёт всего лишь на 1─2% в год.
Вернуться к содержанию
 

Опрос

Примите участие в опросе!

 Загрузка …
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Исправления и дополнения к статье, а также ваши отзывы об аккумуляторах Tesla, оставляйте в комментариях ниже. Голосуйте в опросе и оценивайте статью.
Вернуться к содержанию

Электромобиль Tesla Model S: из чего состоит батарея

Tesla Motors стали первой успешной компанией, которой удалось предложить потребителям серийные экологически чистые автомобили. При этом электромобиль Tesla имеет отличные динамические характеристики и вполне достаточный запас хода для ежедневного использования.

Поставка батарей клиентам осуществляется в таких вот ящиках из ОСБ

Самая крупная и дорогая запчасть для Tesla Model S

Согласно US Environmental Protection Agency (EPA) заряда литий-ионного аккумулятора емкостью 85 кВт/ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет Model S преодолевать наибольшую дистанцию из доступных на рынке электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.

Made in USA

Одним словом: не лезь — убьет!

Секрет успеха Tesla Model S — в эффективных литий-ионных батареях высокой емкости, поставщиком базовых элементов для которых является известная японская фирма Panasonic. Вокруг батарей Tesla ходит немало слухов и домыслов, поэтому один из владельцев и энтузиастов Tesla из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S емкостью 85 кВт/ч, чтобы детально изучить ее конструкцию. Кстати, ее стоимость, как запчасти, составляет 12 тысяч долларов.

Последние приготовления перед актом технического вандализма

Вскрывается почти как консервная банка

Блок аккумуляторов Model S находится в днище автомобиля (по сути это и есть пол машины), за счет чего Tesla имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость. Батарея крепится к силовой структуре кузова при помощи мощных кронштейнов.

Коробочка поддалась

Батарейный блок во всей красе

Батарейный отсек состоит из 16 крупных отдельных блоков, соединенных паралельно и надежно защищенных от внешней среды металлическими пластинами, поэтому, чтобы добраться до внутренней начинки этот «панцырь» пришлось сорвать. Сверху блоки источников питания укрыты дополнительным кожухом из прозрачного пластика, который призван исключить попадание влаги и короткие замыкания.

Проверка вольтажа

В передней части — 2 блока

Перед окончательный разборкой были проведены замеры вольтажа, которые показали, что батарея полностью исправна и способна подавать электроэнергию.

Защитный скальп полностью снят

Эффектно, черт побери!

Собраны аккумуляторы очень плотно, четко и качественно: подгонка деталей — на самом высоком уровне. На производстве задействованы современные роботы, а в цехах царит абсолютная стерильность: выдерживается даже определенная температура и влажность.

Платы продвинутой системы управления

Элементы системы жидкостного охлаждения батарей

В каждом из 16 блоков находится 6 групп по 74 маленьких элементов в виде цилиндрических капсул — литий-ионных ячеек Panasonic 18650 весом 46 грамм. Они поразительно похожи на обычные пальчиковые батарейки. Схема их расположения и взаимодействия держится в строжайшем секрете и даже раскурочив аккумулятор докопаться до инженерных тайн практически невозможно: китайцам скопировать конструкцию будет весьма проблематично.

Процесс вынимания батарейных блоков из своих гнезд в самом разгаре

В качестве анода у этих капсул используется графит, а для катода применяется NCA (никель, кобальт, оксид алюминия). Номинальный вольтаж одной капсулы — 3,6 В.

Один из блоков пошел в разрыв

Для понимания размеров ячеек Panasonic 18650: почти как пальчиковые батарейки формата АА

В наиболее мощном аккумуляторе емкостью 85 кВт/ч число таких батарей-ячеек достигает 7104 штук. Общий вес аккумулятора в сборе составляет примерно 540 кг, при этом его длина достигает 210 см, ширина — 150 см, а толщина — 15 см. Отдача только одного из 16 блоков эквивалентна примерно 100 батареям для ноутбука среднего уровня!

Патронташ будущего

Финальный аккорд: вскрытие ячейки

При постройке батареи Tesla используются комплектующие, изготовленные в самых разных странах: Индии, Мексике, Китае, но окончательная сборка осуществляется в США, о чем информирует фирменная лейба. Кстати, Tesla дает на батарею 85 кВт/ч гарантию 8 лет без ограничения по пробегу, что как бы намекает на их качество.
Источник

Аккумулятор Tesla Model S разобрали. Причина успеха батареи

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 и раскроем магию успеха этого аккумулятора.

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.

Батарея Tesla. 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 врядли увидим!

В роли положительного электрода служит графит, а отрицательного — никель, кобальт и оксид алюминия. .

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 гарантийной обслуживание своей продукции на срок до 8 лет.

Таким образом вы узнали из чего состоит аккумулятор Tesla Model S и принцип его работы. Благодарим за внимание!