Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?
Тяговые литий-ионные батареи Tesla, что внутри?
Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей – электромобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно. Сегодня мы заглянем внутрь тяговой аккумуляторной батареи электромобиля Tesla Model S, узнаем, как она устроена и раскроем магию успеха этой аккумуляторной батареи.
Поставка батарей клиентам осуществляется в таких вот ящиках из ОСБ.
Самая крупная и дорогая запчасть для Tesla Model S – блок тяговой аккумуляторной батареи.
Блок тяговой аккумуляторной батареи находится в днище автомобиля (по сути это пол электромобиля – машины), за счёт чего Tesla Model S имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость.
По данным североамериканского Агентства по защите окружающей US Environmental Protection Agency (EPA) одного заряда тяговой литий-ионной аккумуляторной батареи Tesla с номинальным напряжением 400В DC, ёмкостью 85 кВт·ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет преодолевать наибольшую дистанцию среди подобных электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.
Секрет успеха Tesla Model S – это высокоэффективные цилиндрические литий-ионные батареи высокой энергоёмкости, поставщик базовых элементов известная японская фирма Panasonic. Вокруг этих батарей ходит немало слухов.
Один из
них – это не влезай, убьёт!
Один из владельцев и энтузиастов Tesla Model S из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S энергоёмкостью 85 кВт·ч, чтобы детально изучить её конструкцию.
Кстати, её стоимость, как запчасти, в США составляет 12 000 USD.
Сверху блок батареи размещено тепло и звука изоляционное покрытие, которое закрывается толстой полиэтиленовой плёнкой. Снимаем это покрытие, в виде ковра и готовимся к разборке. Для работы с батареей необходимо иметь изолированный инструмент и пользоваться резиновой обувью, и резиновыми защитными перчатками.
Батарея Tesla. Разбираем!
Тяговая аккумуляторная батарея Tesla (блок тяговой аккумуляторной батареи) состоит 16 батарейных модулей, каждый номинальным напряжением 25В (исполнение батарейного блока – IP56). Шестнадцать батарейных модулей соединены последовательно в батарею с номинальным напряжением 400В. Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic (вес одного аккумулятора 46 г), которые соединены по схеме 6s74p (6 элементов последовательно и 74 таких групп параллельно).
Всего в тяговой аккумуляторной батарее Tesla – 7104 таких элементов (аккумуляторов). Батарея защищена от окружающей среды посредством использования металлического корпуса с алюминиевой крышкой. На внутренней стороне общей алюминиевой крышки имеются пластиковые накладки, в виде плёнки. Общая алюминиевая крышка крепится винтами с металлическими, и резиновыми прокладками, которые герметизируются, дополнительно силиконовым герметиком. Блок тяговой аккумуляторной батареи разделен на 14 отсеков, в каждом отсеке размещен батарейный модуль. В каждом отсеке сверху и снизу батарейных модулей размещены листы прессованной слюды. Листы слюды обеспечивают хорошую изоляцию батареи электрическую, и тепловую от корпуса электромобиля. Отдельно спереди батареи под своей крышкой размещены два таких же батарейных модуля. В каждом из 16 батарейных модулей имеется встроенный блок BMU, который соединён с общей системой BMS, которая управляет работой, следит за параметрами, а так же обеспечивает защиту всей аккумуляторной батареи.
До того, как полностью её разобрать, было замерено электрическое напряжение (оно составили около 313,8В), что говорит о том, что батарея разряжена, но находится в рабочем состоянии.
Батарейные модули отличается высокой плотностью элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic, которые там размещены и точностью подгонки деталей. Весь процесс сборки на заводе Tesla проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов, выдерживается даже определенная температура и влажность.
Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов), которые по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками – это литий-ионные цилиндрические аккумуляторы 18650, производства компании Panasonic. Энергоемкость каждого батарейного модуля из таких элементов составляет 5,3 кВт·ч.
В аккумуляторах 18650 Panasonic положительный электрод – графит, а отрицательный электрод – никель, кобальт и оксид алюминия.
Тяговая аккумуляторная батарея Tesla весит 540 кг, а её размеры равны 210 см в длину, 150 см в ширину, и 15 см в толщину. Количество энергии (5,3 кВт·ч), вырабатываемой всего одним блоком (из 16 батарейных модулей), равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от 100 портативных компьютеров. К минусу каждого элемента (аккумулятора) в качестве соединителя припаяна проволочка (внешний токовый ограничитель), который при превышении тока (или при коротком замыкании) сгорает и защищает цепь, при этом не работает только группа (из 6 аккумуляторов), в которой был этот элемент, все остальные аккумуляторы продолжают работать.
Тяговая аккумуляторная батарея Tesla охлаждается и подогревается с помощью жидкостной системы на основе антифриза.
При сборке своих батарей Тесла применяет элементы (аккумуляторы), произведенные компанией Panasonic в различных странах, таких, как Индия, КНР и Мексика. Финальная доработка и размещение в корпус батарейного отсека, производятся в Соединенных Штатах.
На фото (сверху) элементы – аккумуляторы 18650 Panasonic (завальцовка у элементов со стороны плюса «+»).
Таким образом, мы узнали, из чего состоит тяговая аккумуляторная батарея Tesla Model S.
Благодарим за внимание!
Какой аккумулятор в автомобилях Тесла
Статья обновлена: 2021-05-26
Какой аккумулятор в автомобилях Тесла
В устройстве электромобиля принципиально важную роль играет аккумуляторная батарея. Именно от ее характеристик зависит расстояние пробега на 1 заряде, длительность зарядки, масса и цена автомобиля.
Компания Tesla оснащает свои электромобили литиевыми батареями тягового типа. Аккумуляторный блок размещается в днище экомобиля и крепится к кузову надежными кронштейнами. Эта особенность конструкции обеспечивает электромобилям заниженный центр тяжести и отличную управляемость.
Какие батареи используются в Тесле?
Батареи Tesla состоят из высокоэффективных Li-ion аккумуляторов цилиндрической формы. Преимущественно их поставляет японский производитель Panasonic. Батареи для первых электромобилей Tesla собирались вручную специалистами из Panasonic. Со временем этот процесс роботизировали, и производственный процесс поставили на конвейер.
Сборка батарей Тесла осуществляется на заводе Gigafactory в США. Роботы собирают АКБ с точной подгонкой элементов, четким соблюдением технологии, поддержанием оптимальной температуры, влажности и стерильности помещения.
Головной завод компании находится в калифорнийском Фримонте.
Для оснащения электромобилей Tesla Model S используются Li-ion аккумуляторы с высокой плотностью энергии. Они производятся в разных странах: Индии, Мексике, КНР, но доработка и конечная комплектация батарей осуществляется в США. Кроме корпорации Panasonic аккумуляторы для сборки АКБ на электромобили Tesla поставляет южнокорейская компания LG Chem, которая входит в группу LG.
Характеристики
В таблице приведены основные характеристики аккумуляторных батарей Tesla:
|
Параметр |
Значение |
|
Типоразмер элементов |
В Tesla Model 3 – ячейки 21700, обозначаемые также 21-70 или Tesla 2170. В батареях для Model S и Model X – Panasonic 18650. |
|
Ближайший аналог по типоразмеру (для 21700) |
18650, 18650В. Ячейки формата 21700 на 5 мм длиннее элементов 18650, и энергоемкость у них на 30% выше. |
|
Тип катодной химии |
Используется, как минимум, 3 разных типа химии. |
|
Материал анода |
Графит |
|
Количество аккумуляторов в АКБ |
В батарее Tesla Roadster – 6831. В варианте Model S с энерговооруженностью 60 кВт·ч – 5375 ячеек. В батарее Model S с энерговооруженностью 85 кВт·ч – 7104 ячеек. |
|
Место установки |
Под днищем |
| Взаимозаменяемость |
Старые и новые АКБ Тесла имеют универсальные коннекторы и полностью взаимозаменяемы. |
|
Охлаждение |
В новых моделях электромобилей реализован эффективный контур охлаждения на основе антифриза. Литиевые ячейки собраны в 4 группы и расположены вокруг охлаждающих радиаторов. |
|
Номинальное напряжение |
400 В |
|
Расстояние пробега на одном заряде |
При использовании батареи емкостью 85 кВт·ч – до 265 миль (до 426 км). |
|
Вес и размеры |
У самой мощной батареи (на 85 кВт·ч) ≈540 кг, 2100х1500х150 мм. |
|
Срок гарантийного обслуживания |
До 8 лет |
Самый распространенный вариант – LiNiCoAlO2 (тип NCA) c 80% Ni, 15% Co и 5% Al. Для получения максимально возможной энергоемкости с сохранением отличной температурной стабильности используются аккумуляторы с уменьшенным содержанием кобальта и добавлением никеля. В некоторых моделях используется соотношение Ni:Mn:Co, равное 8:1:1. Применяются также ячейки, содержащие кремний.
Кроме основной тяговой батареи на 400 В, в электромобилях Тесла есть дополнительная АКБ на 12 В.
Она обеспечивает автономное питание бортовых электроприборов, стеклоподъемников и других дополнительных устройств.
Схема сборки
Тяговая АКБ Tesla Model S с энергоемкостью 85 кВт·ч и номинальным напряжением 400 В состоит из 16 последовательно соединенных блоков напряжением по 25 В и энергоемкостью по 5,3 кВт·ч. Каждый из них в свою очередь собирается из 444 ячеек формата 21700. Они соединяются по схеме 6s74p – параллельно соединяется 74 набора, каждый из которых состоит из 6 последовательно соединенных цилиндрических аккумуляторов. Всего в состав сборки входит 7104 элемента питания.
От внешних воздействий батарею защищает металлический корпус с крышкой, которая фиксируется винтами и герметизируется с помощью прокладок и силиконового герметика. На ее внутренней поверхности есть накладки. В аккумуляторных отсеках вверху и внизу находятся листы прессованной слюды. Они необходимы для тепло- и электроизоляции АКБ от корпуса автомобиля.
В каждом из 16 аккумуляторных модулей предусмотрен блок BMU, соединенный с общей BMS платой. Она контролирует параметры работы батареи, защищает ее от токовых перегрузок и других опасных ситуаций. В задней области аккумуляторного блока расположены общие клеммы-выводы (терминал).
Какой ресурс у батареи Теслы?
АКБ электромобиля Tesla Model 3 имеет ресурс 1500 циклов заряд-разряд. В зависимости от условий эксплуатации, она способна обеспечить пробег от 480 до 800 тыс. км. Замена каждого изношенного модуля обходится в 5–7 тыс. $. Но в рамках онлайн-презентации Tesla Battery Day в сентябре 2020 года Илон Маск представил интересные перспективы, касающиеся дальнейшего производства аккумуляторных батарей.
Он пообещал, что примерно через 3 года будет налажено серийное производство АКБ нового поколения – более мощных и долговечных. При этом их цена обещает быть в 2 раза ниже нынешней. Возможно, глава компании Tesla имел в виду литий-железо-фосфатные аккумуляторы, но это только одно из предположений.
В предыдущей статье блога VirtusTec описан принцип работы контроллера Li-ion аккумулятора.
2021-05-26
Комментарии: 0
Просмотры: 20101
Комментарии
Какие батареи использует Tesla в своих электромобилях?
Tesla — крупнейший в мире производитель электромобилей, и многие задаются вопросом, какие аккумуляторы использует компания. Есть ли секретный тип батареи, который позволяет добиться успеха?
Что ж, если посмотреть на почти 20-летнюю историю Теслы, то кажется, что секрет не в конкретной батарее, а в подходе — очень прагматичном, гибком, ориентированном на постоянную эволюцию, адаптацию и поиск возможностей.
Когда компания начала свой путь с оригинальным родстером Tesla, выбор литий-ионных аккумуляторов был невелик.
Tesla просто решила использовать цилиндрические батареи типа 18650 (недавно называемые 1865), предназначенные для общего назначения (слегка адаптированные для электромобилей).
Их было сложно использовать из-за большого количества мелких элементов (малой емкости) в батарейном блоке (несколько тысяч), но они были доступны с постоянным качеством и в больших объемах. Обладая выдающимися инженерными решениями для управления электрическим и тепловым режимом (жидкостное охлаждение), Tesla пошла по прагматичному пути (в то время некоторые другие компании начали использовать новые типы мешочных или призматических элементов).
Ячейки типа 1865 использовались в Roadster и Model S/Model X (включая обновленные). Основным поставщиком этих элементов для Tesla является Panasonic (из Японии).
Позже Тесла понял, что было бы лучше иметь большую ячейку батареи (большая емкость на ячейку и меньшее количество ячеек), оптимизированную для электромобилей. Именно так цилиндрическая ячейка типа 2170 вышла на рынок в больших объемах для Tesla Model 3/Tesla Model Y, а также для продуктов для хранения энергии.
Тип 2170 изначально производился Panasonic на заводе Tesla Gigafactory 1 в Неваде (в настоящее время примерно 38-39 ГВтч/год). В последние годы компания LG Energy Solution компании LG Chem также стала поставщиком таких элементов для Tesla — производя их в Китае, в основном для шанхайского завода Tesla Giga.
В этом году на рынок вышла новейшая и пока самая большая цилиндрическая ячейка типа 4680. Ячейка физически в 5 раз больше, чем тип 2170, что позволяет дополнительно оптимизировать систему и внедрить некоторые новые технологии. Однако размер и новые решения усложняют производство. Вот почему Tesla начала собственную разработку и производство в Калифорнии и Техасе и призывает поставщиков, в том числе Panasonic, активизировать свои усилия.
Это три типа цилиндрических элементов, которые Tesla использует в своих электромобилях, но есть и четвертый – призматический, для аккумуляторов LFP, поставляемых CATL. По состоянию на первый квартал 2022 года почти половина всех автомобилей Tesla была оснащена призматическими батареями LFP.
Это еще один яркий пример прагматичной адаптации к рыночному спросу, поскольку призматические батареи LFP являются основой менее дорогих моделей Tesla начального уровня.
Типы аккумуляторов Tesla:
- 1865-тип (диаметр 18 мм и высота 65 мм)
применение: родстер (оригинал), Model S, Model X - 2170-тип (21 мм диаметр и 70 мм высота)
применение: модель 3, Модель Y - Тип 4680 (46 мм в диаметре и 80 мм в высоту)
Использование: Модель Y Сделано в Техасе (в будущем также Модель Y из Германии и новые модели) - призматический
использование: модели 3 и модели начального уровня Y
Все тяговые батареи Tesla являются литий-ионными батареями, но они не все одинаковы. Существует несколько основных химических катодов, каждый из которых развивается с годами.
Три основных типа катодов в электромобилях Tesla:
- никель-кобальт-алюминий (NCA)
- никель-кобальт-марганец (NCM)
- литий-железо-фосфат (LFP)
Два первых – NCA и NCM – обладают высокой плотностью энергии, что предрасполагает их к использованию в дальнобойных версиях автомобилей Tesla.
Эти два типа использовались в цилиндрических ячейках (NCA в 1865 и 2170 от Panasonic, NCM в 2170 от LGES).
LFP менее энергоемкий тип. Он не содержит никеля или кобальта, что делает его менее дорогим. Он идеально подходит для моделей начального уровня и систем накопления энергии. Tesla использует призматические ячейки LFP от CATL.
В недавнем отчете о воздействии на 2021 год Tesla объясняет, что «продолжит продвигать диверсифицированную катодную стратегию для LFP, катодов с высоким содержанием никеля и марганца, чтобы охватить различные сегменты рынка для транспортных средств и продуктов для хранения энергии и обеспечить будущую гибкость на основе о наличии сырья и ценах».
Tesla пытается увеличить содержание никеля и уменьшить содержание кобальта в батареях NCA и NCM, что уменьшит стоимость и улучшит плотность энергии (и запас хода). Однако удалить кобальт непросто из-за его роли в безопасности и долговечности батареи.
«Tesla продолжит продвигать диверсифицированную стратегию катодов для LFP, катодов с высоким содержанием никеля и марганца, чтобы охватить различные сегменты рынка транспортных средств и продуктов для хранения энергии и обеспечить гибкость в будущем в зависимости от наличия сырья и цен».
Компания также отмечает, что в ближайшие годы ее абсолютный спрос на кобальт будет увеличиваться, поскольку, по прогнозам, рост производства аккумуляторов и транспортных средств будет опережать общий темп сокращения кобальта в пересчете на элемент.
Мы также должны помнить, что катод — не единственный элемент батареи, и постоянно совершенствуются все элементы, включая анод (содержание кремния против графита) и электролит.
Наконец, поставщики аккумуляторов. Первоначально и в течение длительного времени основным поставщиком аккумуляторов для Tesla была компания Panasonic — элементы типа 1865 и 2170 с химией NCA. Но позже к ней присоединились LG Energy Solution (ячейки типа 2170 с химией NCM) и CATL (призматическая химия LFP).
Кроме того, Tesla начала собственное производство аккумуляторов — элементов типа 4680 с неизвестным химическим составом (но, скорее всего, с высокой плотностью энергии). В январе в Калифорнии был произведен миллионный элемент Tesla (для электромобиля может потребоваться до 1000 таких элементов).
Другими словами, мы видим прогрессирующую диверсификацию:
- Panasonic:
Япония: NCA типа 1865 (основное использование: Model S/Model X)
США (Gigafactory 1 в Неваде: NCA типа 2170 (основное использование: Модель 3/Модель Y из Калифорнии) - Решение LG Energy от LG Chem:
Китай: NCM типа 2170 (основное применение: MIC Model 3/Model Y и MIG Model Y) - CATL:
Китай: призматический LFP (основное применение: начальный уровень) Модель 3/Модель Y во всем мире) - Tesla:
Калифорния/Техас: тип 4680, нераскрытая химия (основное использование: Сделано в Техасе, модель Y)
* возможны другие поставщики и другие варианты использования (поставщик/формат ячейки/химия), но это общие.
Как мы видим, тема батареи стала довольно сложной. Похоже, что Tesla продвигается вперед с новыми типами аккумуляторов, но пока не отказывается от предыдущих (частично из-за отсутствия производственных мощностей по производству аккумуляторов и дополнительных затрат на перепроектирование продуктов под новые элементы).
Только время покажет, насколько быстрой и успешной будет последняя ветка аккумуляторов типа 4680.
Tesla переходит на аккумуляторы LFP во всех автомобилях стандартной линейки
- 900:25 Tesla меняет химический состав аккумуляторных элементов, который он использует в своих автомобилях стандартной линейки, заявил автопроизводитель в среду в отчете для инвесторов за третий квартал.
- В новых батареях будет использоваться литий-железо-фосфат (LFP), а не никель-кобальт-алюминий, который Tesla продолжит использовать в своих автомобилях с большим запасом хода.
- Этот шаг, вероятно, является способом для Tesla увеличить прибыль от своих автомобилей, не обязательно повышая цены.
Коллекция Смит/Гадо | Архив фотографий | Гетти Изображений
Tesla меняет химический состав аккумуляторов, который он использует во всех своих электромобилях стандартной серии, на версию с литий-железо-фосфатным (LFP) катодом, сообщил автопроизводитель в среду в отчете для инвесторов за третий квартал.
Этот шаг, вероятно, является способом для Tesla увеличить прибыль от своих полностью электрических автомобилей, не обязательно повышая цены на автомобили. В прошлом Tesla подвергалась критике за спорадические изменения цен на автомобили.
Компания уже производит автомобили с химией LFP на своем заводе в Шанхае. Эти автомобили продаются в Китае, Азиатско-Тихоокеанском регионе и Европе.
По словам исследователя материалов и консультанта Роскилла, Китай обычно пропагандирует использование этого типа батарей. Фирма отмечает, что около 95% производства катодов LFP производится в Китае.
В сентябре Tesla спросила держателей резерваций Model 3 в США, примут ли они автомобиль с аккумулятором, изготовленным из элементов LFP вместо элементов из никель-кобальт-алюминиевого оксида (NCA), которые Tesla ранее использовала для седанов Model 3, продаваемых в США. Северная Америка.
смотреть сейчас
«У LFP есть как положительные, так и отрицательные стороны», — сказал Сэм Абуэльсамид, главный аналитик Guidehouse Insights.
«Он значительно дешевле и не требует никеля или кобальта. Он также более стабилен, что делает его более безопасным».
Один существенный недостаток: ячейки менее энергоемкие, что означает, что они предлагают меньший диапазон при том же весе, что и другие ячейки. По словам Абуэльсамид, холодная погода также влияет на них больше.
Абуэльсамид считает, что изменение Tesla «вероятно, разумная идея, потому что они, вероятно, не пойдут на снижение цен, поэтому это, вероятно, увеличит их прибыль».
По словам Абуэльсамида, другие автопроизводители, такие как Ford Motor и Volkswagen, проявили интерес к химическому составу аккумуляторов для более дешевых моделей. Он сказал, что это также особенно привлекательно для коммерческих транспортных средств, таких как фургоны для доставки, которым не нужен пробег в несколько сотен миль.
Генеральный директор Snow Bull Capital Тейлор Оган, давний бык Tesla, сказал CNBC: «Аккумуляторы LFP дешевле и безопаснее. С помощью этой химии вы можете зарядить аккумулятор вашего автомобиля до 100% и не беспокоиться о долгой деградации.