Принцип работы батареи тесла
Добавил пользователь Alex Обновлено: 19.09.2024
Автомобили Tesla приводятся в действие исключительно электрическим зарядом, хранящимся в батареях, и называются Battery Electric Vehicles или BEV. Причиной существования Tesla как компании является то, что литий-ионные аккумуляторы имеют самую высокую зарядную емкость за достаточно небольшие деньги, и это позволяет BEV быть практичными.
Идея использования литий-ионных аккумуляторных батарей была впервые предложена британским химиком в начале 1970-х годов. В этой статье Википедии содержится подробный обзор разработки литий-ионных аккумуляторных батарей.
Тесла использует 18650 ёмкостные элементы, производства Panasonic в Азии, в автомобилях моделей S и X с 2013 года. Это небольшие аккумуляторные элементы, немного больше, чем стандартные элементы AA. Цилиндрические ячейки Тесла имеют диаметр 18 мм и высоту 65 мм. Продукция Panasonic, возможно, с использованием информации от Tesla, является, одной из самых надежных доступных сегодня, обеспечивающей очень длительный срок службы и надежность в суровых автомобильных условиях.
Tesla Model X на выставочном стенде Panasonic
Самый популярный аккумуляторный блок, поставляемый Tesla, содержит 7 104 элементов 18650 в 16-и 444 элементных модулях, способных хранить до 85 кВт-ч энергии. В 2015 году компания Panasonic изменила конструкцию анода, увеличив емкость батареи примерно на 6%, что позволило аккумуляторным батареям сохранять до 90 кВт-ч энергии. Совсем недавно инженеры Tesla перенастроили внутреннюю часть аккумуляторного блока так, чтобы в каждом модуле было по 516 элементов, в общей сложности 8256 элементов, способных хранить чуть более 100 кВт-ч энергии, что позволяет автомобилям преодолевать расстояние более 480км.
Чтобы еще больше повысить эффективность элементов и снизить затраты, Tesla построила крупный аккумуляторный завод в Спаркс, штат Невада, недалеко от Рино, под названием Gigafactory 1, который в настоящее время производит новую конструкцию элемента под названием 2170, поскольку его диаметр составляет 21 мм, а высота — 70 мм. Первоначально использовался в продуктах Tesla Powerwall и продуктах Powerpack, а также в новом седане Model 3, который был меньше и дешевле, чем модель S. Объем модели 2170 на 46% больше, чем у 18650 и 10-15% энергоэффективнее, чем 18650 ячеек, по словам JB Straubel, технического директора Tesla.
Кстати по ремонту самой Тесла или переборка её батареи на элементах 18650 или 2170(или каких других) в Москве и МО. Можно обратиться к друзьям нашего портала из сервисного центра .
Одно из ключевых требований к аккумуляторным батареям электромобилей, особенно в дорожных поездках, заключается в том, что их необходимо заряжать относительно быстро.
Поскольку аккумуляторы являются устройствами постоянного тока, а домашнее электроснабжение осуществляется от сети переменного тока, при зарядке дома обычно используется цепь на 220 вольт, питающая не более 32 ампер (около 7 кВт мощности). Автомобиль имеет встроенную зарядную схему, которая выпрямляет переменный ток, преобразуя его в постоянный. Зарядка таким способом обычно занимает несколько часов. Tesla установила зарядные станции постоянного тока Supercharger по всему миру(ну кроме России разумеется), которые обеспечивают мощность до 135 кВт. Станция обходит схему зарядки автомобиля и заряжает аккумулятор напрямую.Это намного быстрее, и обычно занимает от 20 до 40 минут.
Аккумуляторы Tesla, использующие аккумуляторы Panasonic 18650, могут заряжаться не быстрее этого. Максимальное зарядное напряжение для элемента Panasonic составляет 4,2 вольт. Panasonic устанавливает максимальный зарядный ток 2 ампер на элемент. Тесла позволяет зарядному току быть до 4 ампер.
Поэтому максимальная мощность, которую аккумуляторная батарея Tesla может использовать для зарядки, составляет 4,2*N*I, где N — это количество элементов в блоке, а I — максимально допустимый ток на элемент. Для блоков мощностью 85/90 кВтч это 7 104 х 16,8 = 119,3 кВт. Для упаковок по 100 кВт-ч это 8 256 Х 16,8 = 138,7 кВт. Нет возможности заряжать быстрее без увеличения максимального зарядного тока на элемент, который может ускорить деградацию элементов, что еще хуже.
Все элементы перезаряжаемых аккумуляторов со временем разлагаются, поскольку в элементах происходят нежелательные побочные реакции, которые вырабатывают побочные продукты, которые блокируют попадание ионов лития на анод во время зарядки. Аккумуляторы Tesla имеют гарантию от отказа, но не от деградации. Деградация элементов 18650 происходит очень медленно, в худшем случае теряет лишь один или два процента емкости в год. По-видимому, элементы очень устойчивы к деградации.
Анализ деградации батареи Тесла
В автомобилях Tesla Model 3 будут использоваться упомянутые выше ячейки производства Gigafactory 2170. Ячейки большего размера могут использовать более 4 ампер зарядного тока, что ускорит зарядку, но, поскольку 2170 ячеек обладают большей емкостью накопления энергии, чем 18650 ячеек, пропорционально меньше потребуется для создания пакета с заданным значением кВтч.(N становится меньше, I становится больше). Это означает, что зарядка большей мощности для этих аккумуляторов не имеет смысла. Отношение 4.2*N*I все еще применяется. Будет интересно посмотреть, как работают эти новые аккумуляторные батареи.
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
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. 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.
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.
Старые и новые АКБ Тесла имеют универсальные коннекторы и полностью взаимозаменяемы.
В новых моделях электромобилей реализован эффективный контур охлаждения на основе антифриза. Литиевые ячейки собраны в 4 группы и расположены вокруг охлаждающих радиаторов.
Расстояние пробега на одном заряде
При использовании батареи емкостью 85 кВт·ч – до 265 миль (до 426 км).
У самой мощной батареи (на 85 кВт·ч) ≈540 кг, 2100х1500х150 мм.
Срок гарантийного обслуживания
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.
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. Батарея крепится к силовой части кузова при помощи мощных кронштейнов (см. фото ниже) или выполняет роль силовой – несущей части кузова авто.
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. Общие выводные клеммы (терминал) находится в задней части блока тяговой 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. Компания Tesla предоставляет гарантийной обслуживание своей продукции (в том числе и аккумуляторной батареи) на срок до 8 лет.
Таким образом, мы узнали, из чего состоит тяговая аккумуляторная батарея Tesla Model S.
Благодарим за внимание!
Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.
Как это сделано, как это работает, как это устроено
Самое познавательное сообщество Живого Журнала
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.
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.
Батарейный отсек формируют 16 блоков, которые параллельно соединены и ограждены от окружающей среды посредством металлических пластин, а также, пластиковой накладкой, предотвращающей попадание воды.
Вскрытие аккумулятора Tesla Model S
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.
Блоки батареи Tesla
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.
блок аккумулятора Tesla в разборе
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.
Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!
Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс, где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.
Читайте также: