Тесла машина характеристики аккумулятора
Электрокар Tesla Model 3 намекнул на более крупную батарею
К слову, Model 3 является одним из семи претендентов на титул «Автомобиль года» в Европе. Победитель будет объявлен второго марта 2020-го.
Только на днях американцы провели платный программный апдейт седана Tesla Model 3, улучшивший его динамику (версия Long Range Dual Motor теперь набирает 60 миль/ч за 3,9 с вместо 4,4). Но на 2020 год намечены более заметные перемены. Один из владельцев Теслы, покопавшись в её компьютере, нашёл строки кода с перечнем разных конфигураций и обнаружил в нём батарею на 100 кВт•ч.
Напомним, что сама Tesla на своём сайте не указывает ёмкость батарей у разных моделей, а только паспортный запас хода. Но из различных документов — агентства EPA, в частности, — известно, что седан Model 3 Long Range обладает тяговым аккумулятором с номиналом в 80,5 кВт•ч, из которых, по разным данным, на практике используются 75–78 кВт•ч (число 75 часто фигурирует в описании этой модели).
Интересно, на что окажется способен такой вариант тесловской «тройки», если обычный Long Range, правда, при очень экономичном стиле вождения (на скорости 32-48 км/ч), проехал как-то 975 км, израсходовав на весь путь 66 кВт•ч энергии. Более крупная сестра Model S с батареей на 100 кВт•ч преодолела в руках энтузиастов и вовсе 1078 км на одной зарядке, потратив 98,4 кВт•ч. Если же говорить о паспортных показателях пробега Model 3 на одной зарядке, то самый дальнобойный вариант на нынешний момент (Long Range AWD) обеспечивает 322 мили (518 км) по стандарту EPA в смешанном цикле, 560 км по WLTP или 620 км по устаревшему стандарту NEDC.
На Токе заряженный портал
Все, что вам нужно знать о литий-ионных батареях Tesla — На токе
Все, что вам нужно знать о литий-ионных батареях Tesla
Понимание литий-ионных батарей TESLA
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.
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.
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 быть в состоянии 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.
Tesla. Факты о которых вы не знали.
Будущим и нынешним владельцам Теслы посвящается.
В автомобилях тесла 1 балансировочная плата применяется на 444 — 516 литиевых аккумуляторов. Для сравнения, в вашем телефоне на 1 аккумуляторную ячейку применяется 1 плата защиты и балансировки.
В типичной батарее для ноутбука стоит 6 литиевых элементов питания, которыми управляет одна балансировочная плата.
При этом каждый элемент питания имеет встроенную плату защиты. Т.е. в ноутбуке 6 плат защиты и 1 плата балансировки заряда и разряда.
Литиевые элементы питания в батарее тесла не имеют индивидуальных плат защиты. Во-первых это дешевле и проще в производстве. Во-вторых это позволило повысить ёмкость каждой батареи, заняв освободившееся место.
В-третьих это позволило тесла поднять токоотдачу до умопомрачительных 25С.
Дело в том, что для батареи с протекторной платой ток в 25С равносилен короткому замыканию. (25C = в 25 раз выше номинала)
Для сравнения, ёмкость батареи айфон 10 составляет 2,7 Ампер-часа. В режиме 25С аккумулятор айфона должен был бы выдать ток в 67,5 ампер. По параметрам тока и напряжения это сравнимо с маломощной электросваркой.
Самый популярный 85 киловаттный аккумулятор тесла содержит 7104 аккумуляторных элемента, ёмкость каждого из которых выше, чем в типичном телефоне (включая айфон)
Его рабочее напряжение 400 вольт.
Такое напряжение можно получить если соединить последовательно около 96 аккумуляторных элементов.
При общем количестве элементов в 7104 это даёт 74 параллельно соединённых сборок.
74 сборки элементов с токоотдачей в 25С при ёмкости каждого элемента в 4,9 ампер*час способны создать электросварку с током в 9000 ампер. 7000 ампер при 12V может испарить среднюю отвертку. Пережечь её моментально также как предохранитель в машине.
В Тесле потенциально 9000 ампер при напряжении 400 вольт.
Для того чтобы ноутбук не оторвал вам причинное место, в случае неполадок, в каждом его элементе питания и стоит отдельная протекторная плата. Если через него начнёт иди слишком большой ток по каким то причинам, то она просто отключит его от внешнего мира. Разорвет цепь. Да, это сделает аккумуляторную сборку полностью не пригодной к применению. Поскольку и балансировочная плата при этом обнаружит неполадки внутри сборки и отключит всю сборку.
Это хороший тон проектирования электроники. Чтобы аккумуляторные сборки не превращались в бомбы.
Это то, на что полностью наплевал Илон Маск, чтобы понравиться покупателям.
Опаснее чем тесла может быть только водородный дирижабль.
Что было бы, если бы Илон Маск не пренебрег хорошим тоном безопасности литиевых аккумуляторов?
Емкость батареи была бы меньше, вес больше, запас хода меньше. Максимальная мощность гораздо меньше. Что сделало бы теслу заурядным электромобилем. Зато безопасным.
Но одновременно и «ломучим», выход из строя одного аккумулятора вывел бы из строя остальные 95, последовательно с ним соединённые. А значит надо было бы отключать целиком всю сборку. Клиенту это очень не понравилось бы. Иметь 7000 элементов, при выходе любого из которых машина переставала бы ехать.
Компания тесла Допускает только 12 часов непрерывного простоя автомобиля в экономичном режиме. Далее 12 вольтовая батарея может необратимо испортиться.
В тесла есть т.н. «Абсурдный режим» (Ludicrous). В котором автомобиль начинает разгоняться ещё быстрее, чем обычно.
Название подобрано не случайно. Действительно, инновационность Теслы в том и заключается, что до них ни один авто производитель в мире не решался снимать 25C с литиевых аккумуляторов.
Поскольку первый и абсолютно точный гарантированный эффект такой нагрузки — снижение ресурса аккумуляторов.
Данная картинка демонстрирует нам то, что даже при токе разряда 1,5С аккумулятор не способен отдать всю запасённую ёмкость. Напряжение резко падает. Аккумулятор деградирует.
Но как выше уже было отмечено — Тесла не была бы Теслой, если бы не плевала на здравый смысл ради продаж.
Мощность батареи топовой Тесла — 100 КВт.
Мощность двух её электромоторов — 773 Л.С. (563 КВт).
Т.е. при 400 Вольтах напряжения для выдачи этой самой максимальной мощности им нужна сила тока в 1400 ампер.
Ёмкость каждого отдельного аккумулятора батареи Тесла — 4,9 А*ч
При 74 параллельных сборках ёмкость батареи получается = 362 Ампер*Часа
Для такой батареи разрядный ток в 1400 ампер является разрядным током в 3,9С
Этот график разрядных характеристик аккумуляторов даёт представление о том, сколько может проработать тесла в режиме максимальной мощности — около 2х минут. Даже если все остальные системы выдержат, то аккумулятор будет разряжен и сильно изношен.
По истине абсурдный режим.
Первый случай пожара в автомобиле Тесла произошел в октябре 2013 года. Двигавшийся по хайвею хэтчбек Model S наехал на деталь от прицепа, которая пробила днище и повредила батарею. Водитель был предупрежден бортовыми системами и успел покинуть машину, но она полностью выгорела.
(Когда кто-то говорит о том, что вот он якобы не хочет покупать «отечественное гомно» и уж тем более не хочет покупать «отечественное гомно» за дорого… я каждый раз вспоминаю замечательные электромобили Тесла. Их почему то можно покупать, эякулировать на них, молиться и мечтать.
Почему так? Потому, что «одарённые» мыслят образно. В образе Теслы нет того, что повреждение 1го из 7 тысяч аккумуляторных элементов может спалить весь автомобиль вместе с владельцем.
Не задумывается владелец о том, что всё что отделяет его от электросварки — это небольшой слой экологически безопасной биоразлагаемой изоляции проводов… вокруг которых сплошной металл. )
Лежащие на дороге предметы оказались не единственной причиной пожара. В ноябре 2013 г. Model S сгорела во время зарядки, похожий случай произошел три года спустя в Норвегии. Во Франции электромобиль загорелся во время пробной поездки. Позже выяснилось, что виной тому была неправильно обжатая проводка.
В Австрии, чтобы потушить врезавшуюся в отбойник Tesla, привлекли 35 человек и пять пожарных машин. С огнем удалось справиться после того, как была перерезана проводка. Позже в Калифорнии инженер Apple погиб на кроссовере Model X — он слишком доверился автопилоту и угодил в отбойник. Через пять дней потушенный электромобиль воспламенился снова. В мае во Флориде произошло еще одно смертельное ДТП с пожаром — Model S врезалась в бетонную стену. Один подросток выжил, а двое погибли.
Компания Тесла в инструкциях по эксплуатации прямо запрещает подвергать автомобиль воздействию высокой температуры (выше +60 градусов). Однако ничего не сказано о последствиях при езде по летнему асфальту раскалённому до +60 градусов. В плотной летней пробке, под палящим солнцем и горячим выхлопом других машин, аккумуляторы расположенные под днищем автомобиля вполне могут воспламениться.
Не способствует надёжности и безопасности также и система охлаждения аккумуляторов. Мало кто из владельцев в курсе, что в результате ДТП короткое замыкание внутри батареи может случиться по причине утечки охлаждающей батарею жидкости.
Да да, сумрачный гений додумался сделать водяное охлаждение аккумуляторов.
Пробег без капремонта.
Электродвигатель по своей конструкции гораздо более надёжный агрегат, нежели ДВС. Однако в случае с такими электромобилями как тесла возникает другой источник проблем. И это опять та самая батарейка…
За 3 года автомобиль компании Tesloop проехал около 400 тысяч миль. (Компания специализируется на транспорте и сдаче авто в аренду)
Для трёхлетнего пробега, длиной в 400 000 миль автомобилю понадобилось 3 батареи.
Первая была заменена уже через год при пробеге 194 000 миль. Она продержалась ещё меньше первой и её тоже пришлось заменить при пробеге в 324 000 миль. Таким образом за на 3 года интенсивной эксплуатации в автомобиле побывало 3 новых батареи. Учитывая тот подход, который применяет тесла к проектированию и изготовлению автомобилей — нет ничего удивительного в таком низком сроке службы аккумуляторов.
Помимо всех вышеописанных сложностей у Литиевых аккумуляторов есть и срок службы, определяемый в количестве циклов разряд-заряд.
Обычно для хороших литиевых аккумуляторов эта цифра составляет 1500-2000 циклов. Но это при правильном использовании.
Устройство аккумулятора Тесла и его разновидности
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.
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.
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.
Какие виды аккумуляторов для Tesla выпускались?
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.
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.
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?
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.
Общий вес аккумуляторной батареи 85 кВтч составляет 540 кг. Габариты представлены ниже.
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.
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.
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.
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.
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.
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.