Større kapacitet, større effekt, mindre størrelse, lettere vægt, lettere masseproduktion og brugen af billigere komponenter er udfordringer i forbindelse med design af EV-batterier. Det handler med andre ord om omkostninger og ydeevne. Tænk på det som en balancegang, hvor den opnåede kilowatt-time (kWh) skal give maksimal rækkevidde, men til en rimelig pris at fremstille. Som et resultat vil du ofte se batteripakkebeskrivelser med deres fremstillingsomkostninger sammen med tal, der spænder fra $240 til $280/kWh under produktionen f.eks.
Åh, og lad os ikke glemme sikkerheden. Husk Samsung Galaxy Note 7-fiaskoen for et par år siden, og EV-batteriet, der svarer til køretøjsbrande og Tjernobyl-ækvivalente nedsmeltninger. pakke for at forhindre en celle i at antænde en anden, en anden osv., tilføjer kompleksiteten i udviklingen af EV-batterier. Blandt dem har selv Tesla problemer.
Mens en EV-batteripakke består af tre hoveddele: battericeller, et batteristyringssystem og en slags boks eller beholder, der holder dem sammen, vil vi lige nu se på batterier, og hvordan de har udviklet sig med Tesla, men stadig et problem for Toyota.
Det cylindriske 18650-batteri er et lithium-ion-batteri med en diameter på 18 mm, en længde på 65 mm og en vægt på cirka 47 gram. Ved en nominel spænding på 3,7 volt kan hvert batteri lade op til 4,2 volt og aflade så lavt som 2,5 volt, der lagrer op til 3500 mAh pr. celle.
Ligesom elektrolytiske kondensatorer består Teslas elektriske køretøjsbatterier af lange plader af anode og katode, adskilt af ladningsisolerende materiale, rullet op og tæt pakket ind i cylindre for at spare plads og opbevare så meget energi som muligt. Disse katoder (negativt ladede) og anode (positivt opladede) ark har hver især faner til at forbinde lignende ladninger mellem cellerne, hvilket resulterer i et kraftigt batteri - de tæller op til ét, om du vil.
Ligesom en kondensator øger den sin kapacitans ved at reducere afstanden mellem anode- og katodepladerne, ændre dielektrikumet (det ovennævnte isoleringsmateriale mellem pladerne) til et med højere permittivitet og øge arealet af anoden og katoden. Næste trin i (power) Tesla EV-batteriet er 2170, som har en lidt større cylinder end 18650, der måler 21 mm x 70 mm og vejer omkring 68 gram. Ved en nominel spænding på 3,7 volt kan hvert batteri lade op til 4,2 volt og afladning så lavt som 2,5 volt, der lagrer op til 4800 mAh pr. celle.
Der er dog en afvejning, der for det meste handler om modstand og varme i forhold til behovet for en lidt større krukke. I tilfældet med 2170 resulterer stigningen i anode/katodepladestørrelse i en længere opladningsvej, hvilket betyder mere modstand og dermed mere energi, der slipper ud af batteriet som varme og forstyrrer kravet til hurtig opladning.
For at skabe et næste generations batteri med mere strøm (men uden øget modstand) designede Teslas ingeniører et væsentligt større batteri med et såkaldt "tabeller"-design, der forkorter den elektriske vej og dermed reducerer mængden af varme, der genereres af modstanden. Meget af dette kan tilskrives, hvem der måske er de bedste batteriforskere i verden.
4680-batteriet er designet i en flisebelagt spiralform til enklere fremstilling, med en pakkestørrelse på 46 mm i diameter og 80 mm i længden. Vægt er ikke tilgængelig, men andre spændingskarakteristika er rapporteret at være ens eller identiske; hver celle er dog vurderet til omkring 9000 mAh, hvilket er det, der gør de nye Tesla fladskærmsbatterier så gode. Også dens opladningshastighed er stadig god til hurtig efterspørgsel.
Selvom en stigning i størrelsen af hver celle frem for at krympe kan synes at gå imod batteriets designkrav, resulterede forbedringerne i strømkapacitet og termisk kontrol af 4680 sammenlignet med 18650 og 2170 i væsentligt færre celler sammenlignet med at bruge 18650 og 2170 batterier. -drevne tidligere Tesla-modeller har mere strøm pr. batteripakke af samme størrelse.
Fra et numerisk synspunkt betyder det, at der kun kræves omkring 960 "4680"-celler for at fylde det samme rum som 4.416 "2170"-celler, men med yderligere fordele såsom lavere produktionsomkostninger pr. kWh og brug af 4680. Batteripakken øger effekten betydeligt.
Som nævnt forventes 4680 at tilbyde 5 gange energilagring og 6 gange effekt sammenlignet med 2170 batteriet, hvilket oversættes til en forventet kørselsstigning fra 82 kWh til 95 kWh i nyere Teslaer. Kilometertal stiger med op til 16%.
Husk, at dette kun er det grundlæggende i Tesla-batterier, der er mere bag teknologien. Men dette er en god start for en fremtidig artikel, da vi vil lære, hvordan man styrer batteripakkens strømforbrug, samt kontrollerer sikkerhedsproblemerne omkring varmegenerering, strømtab og... selvfølgelig... risikoen for EV-batteribrande.
Hvis du kan lide All-Things-Tesla, er her din chance for at købe en Hot Wheels RC-version af Tesla Cybertruck.
Timothy Boyer er Tesla- og el-reporter for Torque News i Cincinnati. Han har erfaring med tidlig bilrestaurering og restaurerer regelmæssigt ældre køretøjer og ændrer motorer for at forbedre ydeevnen. Følg Tim på Twitter @TimBoyerWrites for daglige nyheder om Tesla og elbiler.
Indlægstid: 21. februar 2022