Батареи электромобилей tesla оказались более живучими чем ожидалось
Обновлено: 06.07.2024
Деградация батареи — одно из главных опасений при покупке электрического автомобиля, такого как Tesla Model S/X. По опыту использования смартфонов и других гаджетов мы знаем, что литий-ионные аккумуляторы склонны быстро деградировать после определённого количества циклов заряда-разряда даже если относиться к ним очень бережно: заряжать до 80% ёмкости, как рекомендует Илон Маск, избегать сильного разряда и т. д.
Конечно, такие данные не могут не настораживать: если экстраполировать дальше потерю 5% каждые 50 000 км, то через 250 000 км в батареях Tesla останется лишь 77,4% оригинальной ёмкости. И это без учёта того, что деградация может ускоряться со временем.
Но сейчас потенциальные и нынешние владельцы электромобилей могут выдохнуть с облегчением. Чтобы потерять ещё 5% ёмкости батареи, придётся ждать гораздо больше времени, если вы вообще этого дождётесь. По статистике, в большинстве случаев после пробега 250 000 км ёмкость аккумулятора по-прежнему превышает 90%. Судя по линии тренда, падение до 90% изначальной ёмкости наступит где-то в районе пробега 300 000 км.
Кстати, для модели Model 3 компания Tesla установила гарантию, что ёмкость аккумулятора не упадёт ниже 70%. Для стандартного аккумулятора гарантия действует восемь лет или 160 000 км, для Long Range Battery — те же восемь лет или 192 000 км (в зависимости от того, что наступит раньше).
Для сравнения, Chevy Bolt EV гарантирует минимум 60% ёмкости за 8 лет или 160 000 км пробега, а Nissan Leaf — 66% ёмкости за тот же срок и пробег. То есть гарантийные условия у Tesla чуть лучше, чем у конкурентов, хотя гарантия на минимальную ёмкость аккумулятора появилась только в Model 3. В предыдущих моделях её не было.
Обширное объективное исследование данных с 1382 электромобилей Nissan Leaf, проданных в 2011-2017 годы, судя по всему, показывает более сильную деградацию батарей, чем на машинах Tesla.
Оригинальные батареи на 24 кВт·ч деградируют примерно на 20% после пяти лет эксплуатации, а более новая модель батареи на 30 кВт·ч теряет ёмкость ещё быстрее. Похоже, здесь потеря 20% происходит в среднем быстрее, чем за три года.
Эксперты выражают мнение, что в автомобилях Tesla используется гораздо более продвинутая система управления температурным режимом элементов, чем в Nissan Leaf.
А если верить словам Илона Маска, то батареи Tesla ещё надёжнее, чем можно судить из опубликованных графиков. Он говорил, что в лабораторных тестах многократного заряда после симуляции 800 000 км батарея продолжала работать более чем на 80% от первоначальной мощности. С таким пробегом скорее ходовая часть автомобиля выйдет из строя, чем его аккумуляторная батарея.
Tesla представила свою новую аккумуляторную батарею 4680 на мероприятии Battery Day. Она имеет в шесть раз большую мощность, чем предшественники, и в пять раз большую энергоемкость. Размер батареи составляет 46х80 мм.
Tesla решила проблему терморегулирования, создав конструкцию цилиндрической формы. Благодаря новым анодно-катодным технологиям компании удалось значительно сократить путь прохождения энергии внутри конструкции.
В компании надеются, что дальность хода электрокаров на новых батареях вырастет на 16%.
Стоимость киловатт-часа при этом снизится на 14%. В целом, новый процесс производства должен снизить стоимость батареи, отметили в Tesla.
Генеральный директор Tesla Илон Маск и старший вице-президент по силовым агрегатам и энергетике Дрю Баглино отметили, что разработка новой батареи наряду с другими усилиями должны позволить создать электромобиль по цене $25 000. Маск заявлял об идее бюджетного электрокара еще два года назад, в августе 2018 года, и тогда он сказал, что верит в возможность достижения целевой цены примерно за три года. Теперь Маск и Баглино признали, что пройдет еще два или три года, прежде чем компания сможет реализовать новые технологии в достаточном масштабе для выпуска такого авто.
Между тем Tesla представила новую версию своего флагманского седана, модель S Plaid.
Электромобиль будет иметь запас хода более 836 км, максимальную скорость 321,8 км/ч и разгон от 0 до 96,5 км в час менее чем за две секунды. Электромобиль оснащен трехмоторным полным приводом.
Последний дизайн прототипа Model S Plaid стал ближе к нынешней Model S.
Tesla уже принимает заказы на автомобиль и объявила цену, которая начинается со $139 990 без учета дополнительных опций. Однако выпуск нового электрокара отложен до конца 2021 года.
Model S Plaid испытали на гоночной трассе Laguna Seca в минувшие выходные, и она прошла круг за 1:30. В прошлом году другой прототип модели завершил круг за 1:36,55.
Аккумуляторы в электромобилях — слабое звено. Даже если батарея сконструирована без инженерных ошибок и не дает сбоев, ее срок службы гораздо меньше, чем у самого электромобиля. Ну а поскольку последние сейчас — восходящий тренд, то производители стремятся улучшить аккумуляторы, чтобы сделать электрокары еще популярнее.
Инженерная компания, которая разрабатывает различные технологические новшества для Tesla, занимается созданием батарей, способных выдержать 1 млн миль (свыше 1,6 млн км) пути без необходимости замены. Tesla Inc такие батареи нужны, и не только для того, чтобы радовать клиентов, но и для машин, которые будут обслуживать клиентов роботакси — сервиса, который компания планирует запустить в скором будущем (возможно, уже в следующем году).
Выступая на Tesla Autonomy Event, Илон Маск заявил, что электромобили компании конструируются таким образом, чтобы выдержать 1 млн миль. Это касается как автомобиля в целом, так и отдельных его компонентов. Всех, кроме аккумуляторов. Текущие батареи нужно менять после 300 — 500 тыс. миль проделанного пути.
Команда исследователей, которая проводит тестирование, испытывает аккумуляторы в разных режимах и с разной нагрузкой. Так, тесты включают долгосрочный цикл зарядки-разрядки при температурах в 20, 40 и 55°C, краткосрочное хранение при тех же условиях и еще несколько режимов. Батареи испытываются с разными электролитами, включая те, что могут обеспечить быстрый заряд аккумулятора.
Как оказалось, даже при температуре в 40°C аккумуляторы выдерживают 4000 циклов заряд-разряд. С активной системой охлаждения, которая используется в батарейных комплексах Tesla, срок службы будет еще выше, аккумуляторы смогут выдерживать около 6000 циклов.
По словам исследователей, новые аккумуляторы идеально подходят для роботакси, электрических тягачей и прочих транспортных средств, которые работают постоянно и на износ. Для тягачей, которые накатывают за короткое время десятки и сотни тысяч километров, это особенно важно.
Насколько можно судить, Tesla постепенно приближается сразу к нескольким намеченным целям. Одна из них — постоянное наращивание объемов выпуска электромобилей. Вторая — улучшение качества своих машин и постепенное увеличение автономности. Плюс ко всему, компания расширяет ассортимент выпускаемых транспортных средств и предоставляемых услуг. И для всего этого нужны аккумуляторы — надежные, долгосрочные, с возможностью быстрой зарядки. Если новые батареи реально могут выдержать 1,6 млн км, то вскоре на дороги выйдут новые электромобили, которые будут служить очень долго.
Событие, которое было два раза перенесено и которое обещало перевернуть мир литийсодержащих аккумуляторов, свершилось — Илон Маск представил новые батареи для будущих электромобилей. Новые аккумуляторные ячейки стали в 6 раз мощнее и в 5 раз ёмче. Но рано радоваться. Без подтасовки не обошлось.
Аккумуляторная ячейка Tesla 4680 (Tesla)
Фактически ёмкость новых литийсодержащих аккумуляторных ячеек Tesla выросла за счёт увеличения объёма ячейки. В компании представили новый увеличенный формфактор аккумулятора, который назвали 4680 (46 мм в диаметре и 80 мм высотой). По сравнению с аккумуляторной ячейкой 2170, которая до этого использовалась и будет использоваться дальше в блоках тяговых аккумуляторов электромобилей Tesla, физический объём элемента 4680 в шесть раз больше.
Нетрудно заметить, что ёмкость в пересчёте на объём элемента даже стала меньше — она увеличилась только в пять раз. Однако это даст небольшой выигрыш в составе блока батарей, что увеличит дальность пробега на одном заряде примерно на 16 %.
Отметим, что переход на новый формфактор был сопряжён с преодолением ряда технических проблем. Например, задачу по эффективному отводу тепла от элемента решили путём отказа от медного вкладыша и переходом к теплорассеивающей медной прокладке по диаметру элемента.
Новый элемент использует новый теплорассеивающий вкладыш (на фото справа)
В перспективе производством элементов 4680 будут заниматься множество заводов во всём мире. По словам Маска, через три года выпуск аккумуляторов компании будет увеличен в 85 раз с нынешних 35 ГВт·ч до 3000 ГВт·ч. Производство элементов 4680 Tesla обещает начать ближе к концу следующего года на своём заводе в США во Фремонте, штат Калифорния, с запланированной мощностью 10 ГВт·ч. Но к полномасштабному выпуску новых элементов компания приступит не раньше, чем через три года.
Примечательно, что выпуском новых катодов (электродов для элементов) будет заниматься свой собственный завод Tesla. О планах его строительства Маск заявил во время анонса новых батарей. Однако пока ничего конкретного на этот счёт не сообщается. Информация будет обнародована позже.
Осенью 2020 года компания Tesla представила разработанные совместно с Panasonic аккумуляторные ячейки типоразмера 4680, которые исключительно за счёт компоновочных изменений обещали снизить себестоимость хранения заряда и поднять удельную ёмкость. В Калифорнии на экспериментальной линии Tesla уже выпущено более миллиона таких аккумуляторных ячеек.
Источник изображения: Tesla
О преодолении символического рубежа в январе этого года компания сообщила на своей странице в Twitter только на этой неделе. Известно, что производство подобных аккумуляторов со временем будет развёрнуто не только на предприятии в Техасе, но и в окрестностях Берлина, а оснащаемые ими кроссоверы Model Y начнут сходить с обоих конвейеров в этом году. Фактически, отладочные партии машин уже были замечены на стоянке возле предприятия в Остине, рядом с которым расположилась новая штаб-квартира компании.
Несмотря на статус экспериментальной линии, площадка в Калифорнии способна производить аккумуляторы совокупной ёмкостью до 10 ГВт·ч, но основные объёмы с течением времени всё-таки будут обеспечивать предприятия в Остине и Берлине. На квартальном отчётном мероприятии представители Tesla дали понять, что в текущем году объёмы выпуска батарей типа 4680 не станут для неё ограничивающим фактором, и дефицит полупроводниковых компонентов на темпы экспансии производства электромобилей будет оказывать значительно большее влияние.
Компания Panasonic тоже рассчитывает приступить к массовому производству аккумуляторов типоразмера 4680 в следующем году, но поставлять их будет не только компании Tesla. Аналогичные аккумуляторные ячейки готова освоить в производстве и корейская LG Energy Solution, а вот Samsung SDI разработала собственный аналог с несколько иными характеристиками. В перспективе распространение элементов типа 4680 позволит Tesla не только освоить массовый выпуск грузовиков Semi, но и создать необходимые экономические условия для производства доступных электромобилей стоимостью от $25 000.
Преодоление рубежа в 1 млн выпущенных ячеек 4680 в действительности не особо способствует скорейшему выходу на рынок оснащаемых ими электромобилей, поскольку на одну машину расходуется в среднем до 1000 ячеек. Соответственно, имеющегося запаса хватит для выпуска около 1000 кроссоверов Tesla Model Y, поэтому основной прорыв на этом направлении будет наблюдаться только после запуска аккумуляторного производства в Техасе и Берлине. Panasonic свои батареи данного типа для Tesla будет поставлять с предприятий в Японии и штате Невада, а LG Energy Solution хотела бы локализовать производство в США и Европе.
Читайте также: