Все, что вам нужно знать о литий-ионных батареях Tesla

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.

Элементы батареи — обманчиво простые устройства, состоящие из трех основных компонентов: двух электродов, отрицательного анода и положительного катода, разделенных химическим «супом», называемым электролитом. Когда литий-ионные аккумуляторы заряжаются, ионы лития вынуждены мигрировать на отрицательный электрод, где они заряжаются. Во время разряда ионы лития меняют направление на катод.

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.

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 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.

23
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!