Батарея Тесли в розборі. Пристрій акумуляторної батареї Tesla Model S. Застосування літій-іонних акумуляторних елементів

Нове покоління акумуляторів Tesla розробляється в секретній зоні

Олександр Клімнов, фото Tesla і Teslarati.com

Сьогодні компанія Tesla Inc. досить наполегливо працює над наступним поколінням вже своїх власних акумуляторних батарей. Вони повинні зберігати значно більшу кількість енергії і одночасно стати набагато дешевше.

Нові акумуляторні батареї можуть почати застосовуватися на перспективному пікапі Tesla (рисунок можливого вигляду пікапа, який за іншими даними може стати і більш брутальним, так як повинен буде змести з ринку нинішній бестселер Америки Ford F-series)

Каліфорнійці були тими, хто створив перші придатні для серійного виробництва електромобілів енергоємні літій-іонні акумуляторні батареї, таким чином, кардинально наростивши їх запас ходу. У той час акумулятори моделі Roadster - первістка марки Tesla, складалися з тисяч звичайних пальчикових акумуляторів для ноутбуків, зараз же для електромобілів літій-іонні акумулятори створюються спеціально. Зараз їх випускають безліч виробників, але передова технологія Tesla як і раніше дозволяє їй залишатися лідером в сегменті енергоємних АКБ. Однак в світові ЗМІ почала просочуватися перша інформація про наступне ще більш потужному поколінні батарей Tesla.

Технологічний прорив через поглинання бізнесу
Революційний стрибок, з точки зору розвитку конструкції акумуляторів Tesla, ймовірно відбудеться завдяки придбанню Tesla Inc. фірми Maxwell Technologies з Сан-Дієго. Компанія Maxwell виробляє суперконденсатори (іоністери) і активно досліджує технологію твердотільних (сухих) електродів. За заявою Maxwell при використанні даної технології вже на прототипах батарей досягнута енергоємність на рівні 300 Вт год / кг. Завдання на майбутнє - прорив на рівень енергоємності більше 500 Вт год / кг. Крім того, собівартість виробництва твердотільних акумуляторів повинна стати на 10-20% нижче, ніж на використовувані нині компанією Tesla з рідким електролітом. Каліфорнійська компанія повідомила також про ще один бонус - прогнозованому подвоєнні терміну служби батареї. Таким чином, Tesla зможе досягти заповітного 400-мильного (643,6 км) пробігу своїх електромобілів і досягти повної конкурентоспроможності зі звичайними автомобілями за ціною.

Новий суперкар Tesla Roadster 2020 року, зможе досягти заявленого запасу ходу в 640 км тільки на принципово нових акумуляторах

Tesla запланувала власне виробництво АКБ?
Німецький сайт журналу Auto motor und sport повідомляє про наполегливих чутках про розгортання Tesla власного виробництва акумуляторних батарей. До сих пір акумуляторні елементи (комірки) калифорнийцам поставляв японський виробник Panasonic - для Model S і Model X вони імпортуються прямо з Японії, а для Model 3 осередки виробляються на підприємстві Gigafactory 1 в американському штаті Невада. Виробництвом на Gigafactory 1 спільно управляють Panasonic і Tesla. Однак останнім часом це призвело до величезних розбіжностей, так як Panasonic, очевидно, був розчарований показниками продажів Tesla, а також побоювався, що Каліфорнія не будуть розширювати дане виробництво акумуляторів в майбутньому.

Інтригою запуску компактної Tesla Model Y в 2020 році став джерело надходження акумуляторів

Зокрема, ритмічна поставка акумуляторів для анонсованої вже на осінь 2020 року Model Y поставлена \u200b\u200bпід сумнів генеральним директором Panasonic Казухіро Цуга. В даний час Panasonic взагалі припинила свої інвестиції в Gigafactory 1. Можливо, Tesla хоче стати незалежною від японців за рахунок освоєння власного виробництва акумуляторних елементів.
Tesla на сьогодні виступає лідером в області технологій акумуляторів високої ємності для електромобілів і каліфорнійці твердо мають намір відстояти це свою принципову конкурентну перевагу. Вирішальним кроком може стати якраз покупка компанії Maxwell Technologies, але це залежить від того, наскільки фахівцям з з Сан-Дієго реально вдалося просунутися до висновку на ринок революційної технології твердотільних акумуляторів.

Якщо революційна технологія твердотільних АКБ дійсно відбудеться, то можливо, що і електротягач Tesla Semi стане бестселером на вантажному ринку, як Model 3 на легковому

Поки що багато автовиробників налаштовуються на власне виробництва акумуляторних елементів. Схоже, що і Tesla хоче стати більш незалежною від свого постачальника Panasonic і тому також проводить дослідження в даній області.
З появою в достатній кількості революційних високоенергоемкіх твердотільних акумуляторів Tesla отримає рішучу перевагу на ринку і, нарешті, випустить давно обіцяні її власником Ілон Маск реально дешеві і «далекобійні» електромобілі, що викличе лавиноподібне зростання ринку BEV.
За даними джерел CNBC, секретна лабораторія Tesla розміщена в окремій будівлі неподалік від заводу Tesla під Фрімонті (фото за заставці). Раніше проходили повідомлення про закриту «зоні-лабораторії», що знаходилася на другому поверсі підприємства. Ймовірно, нинішнє акумуляторне підрозділ - наступник тієї колишньої лабораторії, але ще більш засекречене.

Дійсного прориву на автомобільному ринку Tesla зможе досягти тільки, якщо, її лінійка моделей стане ще більш «далекобійної» при значному зниженні ціни

За даними аналітиків IHS Markit - найдорожчий елемент сучасного електромобіля - акумуляторна батарея, але більшу частину грошей за них одержує не Tesla, а Panasonic.
Інсайдери поки не в змозі повідомити про реальні досягнення секретної лабораторії Tesla. Передбачається, що Ілон Маск поділиться їй в кінці року під час традиційного сеансу конференц-зв'язку з інвесторами.
Раніше повідомлялося, що Tesla планує продавати по 1000 електромобілів Tesla Model 3 на добу. Нинішній місячний рекорд Tesla по поставкам Model 3 становить 90 700 електромобілів. Якщо компанії вдасться поставити в червні заплановану кількість електромобілів, то цей рекорд може бути побитий.

Тесла Моторс є творцем воістину революційних екомобілів, які не тільки випускаються серійно, але і володіють унікальними показниками, що дозволяють їх використання буквально щодня. Сьогодні ми заглянемо всередину батареї електромобіля Tesla Model S дізнаємося як вона влаштована і розкриємо магію успіху цього акумулятора.

За даними північноамериканського Агентства по захисту навколишнього середовища (ЕРА), Model S досить одного підзарядки батарей об'ємом 85 кВт * год для подолання більш 400 км, що є найбільш значущим показником серед подібних автомобілів, представлених на спеціалізованому ринку. Для розгону до 100 км / год електрокару досить лише 4,4 секунди.

Запорукою успіху даної моделі є наявність літій-іонних батарей, основні складові яких поставляються для Тесла компанією Panasonic. Акумулятори Тесла овіяні легендами. І тому один з власників такої батареї зважився порушити її цілісність і з'ясувати, що вона вдає із себе всередині. До речі, вартість подібної батареї дорівнює 45 000 USD.

Акумулятор розташований в днище, завдяки чому Тесла володіє низьким центром ваги і прекрасною керованістю. Приєднується він до кузова за допомогою кронштейнів.

Батарея Tesla. розбираємо

Батарейний відсік формують 16 блоків, які паралельно з'єднані і огороджені від навколишнього середовища за допомогою металевих пластин, а також, пластиковою накладкою, що запобігає потраплянню води.

До того, як повністю її розібрати, було заміряні електрична напруга, яке підтвердило робочий стан батареї.

Збірка акумуляторів відрізняється високою щільністю і точністю підгонки деталей. Весь процес комплектації проходить в повністю стерильному приміщенні, з використанням роботів.

Кожен блок складається з 74 елементів, з вигляду вкрай схожих з простими пальчиковими батарейками (літій-іонні осередки Panasonic), розділених на 6 груп. При цьому, з'ясувати схему їх розміщення і роботи майже нереально - це великий секрет, а значить, зробити репліку даної батареї буде вкрай важко. Китайський аналог акумулятора Tesla Model S ми навряд чи побачимо!

У ролі позитивного електрода служить графіт, а негативного - нікель, кобальт і оксид алюмінію. .

Найпотужніший з наявних акумуляторів (його обсяг становить 85 кВт * год) складається з 7104 подібних батарей. І важить він близько 540 кг, а його параметри рівні 210 см в довжину, 150 см в ширину і 15 см в товщину. Кількість енергії, що виробляється за все одним блоком з 16, дорівнює кількості, виробленому сотнею акумуляторів від портативних комп'ютерів.

При складанні своїх батарей Тесла застосовують елементи, вироблені в різних країнах, таких, як Індія, КНР, Мексика, але фінальна доопрацювання і комплектація виробляються в Сполучених Штатах. Компанія надає гарантійної обслуговування своєї продукції на термін до 8 років.

Таким чином ви дізналися з чого складається акумулятор Tesla Model S і принцип його роботи. Дякуємо за увагу!

До цього автомобілю взагалі звичайно останнім часом досить спірне ставлення. Багато обговорюють, який він, інших. Є люди, які вважають автомобіль "Тесла" відмінним елементом піар-кампанії, побудованої на продажу того, що давно існувало, але нікому в голову не приходило з цього зробити автомобіль, та й перспектив типу у нього трохи і навіть існує

Але давайте залишимо ці суперечки "за бортом" і подивимося на головний елемент цього автомобіля - акумулятори. Знайшлися люди, які не полінувалися і не затиснули якийсь кількість грошей взяли і розпиляли батарейку від машини.

Ось як це виглядало

Батарея Tesla. розбираємо

До того, як повністю її розібрати, було заміряні електрична напруга, яке підтвердило робочий стан батареї.

У ролі позитивного електрода служить графіт, а негативного - нікель, кобальт і оксид алюмінію. Зазначений обсяг електричної напруги в капсулі становить 3,6.

Таким чином ви дізналися з чого складається акумулятор Tesla Model S і принцип його роботи.

Ще цікаве про Теслу: ось вам, а ось і сам

Головна проблема електрокарів - це зовсім не інфраструктура, а самі «батарейки». Зарядки поставити на кожній парковці не так складно. Та й потужності електромереж підтягнути цілком реально. Якщо хтось в це не вірить, згадайте вибухове зростання стільникових мереж. Оператори буквально за 10 років розгорнули інфраструктуру по всьому світу в рази складніше і дорожче, ніж потрібно для електрокарів. Тут буде і «нескінченний» грошовий потік і перспективи розвитку, так що протягнуть тему швидко і без великого шуму.

Простецький розрахунок економіки батареї tesla model S

Спочатку розберемося «з чого зроблений цей ваш хот дог». На жаль, на сайті виробника дані ТТХ публікуються для покупця, який не любить згадувати навіть закон Ома, так що довелося пошукати інформацію і зайнятися своїми грубими прикидками.
Що ми знаємо про цю батарею?
Є три варіанти, які маркуються по кіловат-годинах: 40, 60 і 85 кВтг (40 вже знята з виробництва).

Відомо, що батарея збирається з серійних акумуляторів 18650 Li-Ion 3.7v. Виробник Sanyo (він же Panasonic), ємність кожної банки імовірно 2600mAh, а вага 48г. Швидше за все є альтернативні поставки, але ТТХ повинні бути ~ однакові і основна маса на конвеєр йде все-таки від світового лідера.

(В серійних машинах акумуляторні збірки виглядають зовсім не так \u003d)
Кажуть, вага повної батареї ~ 500кг (зрозуміло, що залежить від ємності). Відкинемо захисний панцир, систему підігріву / охолодження, дрібниці і проводку вагою, ну припустимо, кг 100. Залишається ~ 400кг акумуляторів. При вазі однієї банки 48г виходить грубо ~ 8000-10000 банок.
Перевіримо припущення:
85000 ват-годин / 3.7 вольта \u003d ~ 23000 ампер-годин
23000 / 2,6 \u003d ~ 8850 банок
Тобто ~ 425кг
Значить, грубо сходиться. Можемо стверджувати, що там елементи ~ 2600mAh в кол-ве порядку 8к.
Ось і на фільм наткнувся вже після розрахунків \u003d). Тут туманно повідомляють, що батарея складається з більш ніж 7 тисяч осередків.

Тепер ми легко зможемо прикинути фінансову сторону питання.
Кожна банку пересічному покупця в роздріб СЬОГОДНІ варто ~ $ 6,5.
Щоб не бути голослівним, підтверджую скрін. Парні комплекти по $ 13,85:

Оптова ціна з заводу буде, мабуть, майже в 2 рази нижче. Тобто десь по $ 3,5-4 за шт. можна купити навіть на одну бибику (8000-9000 штук - це вже серйозний опт).
І виходить, що вартість самих акумуляторних осередків для батареї становить сьогодні ~ $ 30 000. Зрозуміло, Теслі вони дістаються значно дешевше.
За специфікації виробника (Sanyo), ми маємо тисячу гарантованих циклів перезарядки. Взагалі-то там написано мінімум 1000, але справа в тому, що для ~ 8000 банок якраз і буде актуальний мінімум.
Таким чином, якщо взяти стандартний середній пробіг машини за рік 25000км (тобто десь ~ 1-2 зарядки в тиждень), ми отримаємо приблизно 13 років до ПОВНОГО непридатності на 100%. Але майже половину ємності ці банки втрачають вже через 4 роки в такому режимі (цей факт зафіксовано для даного типу батарей). Фактично по гарантії вони ще робочі, але у машини половина пробігу. Експлуатація в такому вигляді втрачає будь-який сенс.
Значить, десь $ 30-40к за 4 роки нормального накату відлітають в утиль. На тлі цього будь-які розрахунки витрат на зарядку виглядають смішно (там буде на ~ $ 2-4К електроенергії за все життя батареї \u003d).
Навіть з цих грубих цифр можна прикинути перспективи витіснення «ДВС-вонючек» з авторинку.
Для схожого на model S седана з ДВС на 25000км в рік піде ~ $ 2500-3000 на бензин. За 4 роки відповідно ~ $ 10-14к.

висновки

До тих пір поки ціна на батареї не впаде в 2,5 рази (або ціни на паливо не виростуть в 2,5 рази \u003d), про масове захоплення ринку говорити рано.
Однак перспективи відмінні. Виробники акумуляторів будуть нарощувати ємність. Батареї стануть легше. У них буде менше рідкоземельних металів.
Як тільки для схожих банок (3.7v) доступна оптова ціна за ємністю 1000mAh скоротиться до $ 0.6-0.5, почнеться масовий рух в електрокари (Бензин стане ~ дорівнює за видатками).
Рекомендую моніторити і інші форм-фактори «батарейок». Можливо, ціни на них будуть змінюватися нерівномірно.
Я припускаю, що таке зниження цін відбудеться ще до нової революції в технологіях хімічних акумуляторів. Це буде швидкий еволюційний процес, який займе 2-5 років.
Залишається, звичайно, ризик різкого підвищення попиту на такі батареї. Як наслідок - дефіцит сировини або поставок, але мені здається, все обійдеться. Схожі ризики сильно переоцінювали в минулому, і в результаті все якось налагоджувалося.
Тут треба відзначити ще один цікавий момент. Tesla не просто запаює банки по 8к в одну «консерву». Акумулятори проходять складне тестування, підбираються один до одного, створюється якісна ланцюг, додається хитра система охолодження, купа контролерів, датчиків і прочая, поки недоступна пересічному покупцеві, начинка високого струму. Так що купити нову батарею буде дешевше у Tesl "и, чому економити і брати будь-яку байду. І виходить, що Tesla відразу підписала всіх покупців на витратні матеріали, які стоять в 10 разів дорожче, ніж сама енергія заряду. Це хороший бізнес \u003d).
Інша справа, що скоро з'являться конкуренти. Наприклад, BMW вже ось-ось почне випуск електричної i-серії (швидше за все, вклавши в акції BMW замість Tesl'и на довгі роки). Ну а далі - більше.

Бонус. Як зміниться глобальний ринок?

З точки зору основної сировини для виробництва авто різко впаде споживання сталі. Алюміній з ДВС перекочує в корпусні деталі, тому що зі сталі робити корпусу електрокарів вже не можна (занадто важкі). Без ДВС не потрібні складні і важкі сталеві компоненти. У машині (і в інфраструктурі) буде значно більше міді, більше полімерів, більше електроніки, але майже не буде сталі (мінімум в тягових елементах + ходова і броня. Все). Навіть обгортки акумуляторів обійдуться без жерсті \u003d).
Майже до нуля скоротиться витрата мастил, рідин і всяких присадок. Піде в історію смердюче паливо. Однак полімерів потрібно буде все більше, так що Газпром залишається на коні \u003d). В цілому нафту нераціонально «спалювати». З неї можна робити тверді і довговічні вироби найвищого технологічного рівня. Так що вік вуглеводнів не закінчиться на електрокарах, але реформи на цьому ринку будуть серйозні і хворобливі.

Тягові літій-іонні батареїTesla, що всередині?

Тесла Моторс є творцем воістину революційних екомобілів - електромобілів, які не тільки випускаються серійно, але і володіють унікальними показниками, що дозволяють їх використання буквально щодня. Сьогодні ми заглянемо всередину тягової акумуляторної батареї електромобіля Tesla Model S, дізнаємося, як вона влаштована і розкриємо магію успіху цієї акумуляторної батареї.

Поставка батарей клієнтам здійснюється в таких ось ящиках з ОСБ.

Найбільша і дорога запчастина для Tesla Model S - блок тягової акумуляторної батареї.

Блок тягової акумуляторної батареї знаходиться в днище автомобіля (по суті це пів електромобіля - машини), за рахунок чого Tesla Model S має дуже низький центр тяжіння і чудову керованість. Батарея кріпиться до силової частини кузова за допомогою потужних кронштейнів (див. Фото нижче) або виконує роль силової - несучої частини кузова авто.

За даними північноамериканського Агентства по захисту навколишнього US Environmental Protection Agency (EPA) одного заряду тягової літій-іонної акумуляторної батареї Tesla з номінальною напругою 400В DC, ємністю 85 кВт · год вистачає на 265 миль (426 км) пробігу, що дозволяє долати найбільшу дистанцію серед подібних електромобілів. При цьому від 0 до 100 км / год подібна машина розганяється всього за 4,4 секунди.

Секрет успіху Tesla Model S - це високоефективні циліндричні літій-іонні батареї високої енергоємності, постачальник базових елементів відома японська фірма Panasonic. Навколо цих батарей ходить чимало чуток.

Продин з них - цене вилазь, уб'є!

Один з власників і ентузіастів Tesla Model S з США вирішив повністю розібрати використану батарею для Tesla Model S енергоємністю 85 кВт · год, щоб детально вивчити її конструкцію. До речі, її вартість, як запчастини, в США складає 12 000 USD.

Зверху блок батареї розміщено тепло і звуку ізоляційне покриття, яке закривається товстою поліетиленовою плівкою. Знімаємо це покриття, у вигляді килима і готуємося до розбирання. Для роботи з батареєю необхідно мати ізольований інструмент і користуватися гумовим взуттям, і гумовими захисними рукавичками.

Батарея Tesla. Розбираємо!

Тягова акумуляторна батарея Tesla (блок тягової акумуляторної батареї) перебуває 16 батарейних модулів, кожен номінальною напругою 25В (виконання елементів живлення - IP56). Шістнадцять батарейних модулів з'єднані послідовно в батарею з номінальною напругою 400В. Кожен батарейний модуль складається з 444 елементів (акумуляторів) 18650 Panasonic (вага одного акумулятора 46 г), які з'єднані за схемою 6s74p (6 елементів послідовно і 74 таких груп паралельно). Всього в тягової акумуляторної батареї Tesla - 7104 таких елементів (акумуляторів). Батарея захищена від навколишнього середовища за допомогою використання металевого корпусу з алюмінієвою кришкою. На внутрішній стороні загальної алюмінієвої кришки є пластикові накладки, у вигляді плівки. Загальна алюмінієва кришка кріпиться гвинтами з металевими, і гумовими прокладками, які герметизуються, додатково силіконовим герметиком. Блок тягової акумуляторної батареї розділений на 14 відсіків, в кожному відсіку розміщений батарейний модуль. У кожному відсіку зверху і знизу батарейних модулів розміщені листи пресованої слюди. Листи слюди забезпечують хорошу ізоляцію батареї електричну, і теплову від корпусу електромобіля. Окремо спереду батареї під своєю кришкою розміщені два таких же батарейних модуля. У кожному з 16 батарейних модулів є вбудований блок BMU, який з'єднаний із загальною системою BMS, яка управляє роботою, стежить за параметрами, а так само забезпечує захист всієї акумуляторної батареї. Загальні вивідні клеми (термінал) знаходиться в задній частині блоку тягової батареї.

До того, як повністю її розібрати, було заміряні електрична напруга (воно склали близько 313,8В), що говорить про те, що батарея розряджена, але знаходиться в робочому стані.

Батарейні модулі відрізняється високою щільністю елементів (акумуляторів) 18650 Panasonic, які там розміщені і точністю підгонки деталей. Весь процес складання на заводі Tesla проходить в повністю стерильному приміщенні, з використанням роботів, витримується навіть певна температура і вологість.

Кожен батарейний модуль складається з 444 елементів (акумуляторів), які з вигляду вкрай схожих з простими пальчиковими батарейками - це літій-іонні циліндричні акумулятори 18650, виробництва компанії Panasonic. Енергоємність кожного батарейного модуля з таких елементів складає 5,3 кВт · год.

В акумуляторах 18650 Panasonic позитивний електрод - графіт, а негативний електрод - нікель, кобальт і оксид алюмінію.

Тягова акумуляторна батарея Tesla важить 540 кг, а її розміри рівні 210 см в довжину, 150 см в ширину, і 15 см в товщину. Кількість енергії (5,3 кВт · год), що виробляється за все одним блоком (з 16 батарейних модулів), дорівнює кількості, виробленому сотнею акумуляторів від 100 портативних комп'ютерів. До мінуса кожного елемента (акумулятора) в якості з'єднувача припаяна зволікання (зовнішній струмовий обмежувач), який при перевищенні струму (або при короткому замиканні) згорає і захищає ланцюг, при цьому не працює тільки група (з 6 акумуляторів), в якій був цей елемент , всі інші акумулятори продовжують працювати.

Тягова акумуляторна батарея Tesla охолоджується і підігрівається за допомогою рідинної системи на основі антифризу.

При складанні своїх батарей Тесла застосовує елементи (акумулятори), вироблені компанією Panasonic в різних країнах, таких, як Індія, КНР і Мексика. Фінальна доробка і розміщення в корпус батарейного відсіку, виробляються в Сполучених Штатах. Компанія Tesla надає гарантійної обслуговування своєї продукції (в тому числі і акумуляторної батареї) на термін до 8 років.

На фото (зверху) елементи - акумулятори 18650 Panasonic (завальцювання у елементів з боку плюса «+»).

Таким чином, ми дізналися, з чого складається тягова акумуляторна батарея Tesla Model S.

Дякуємо за увагу!