Större kapacitet, större kraft, mindre storlek, lättare vikt, enklare masstillverkning och användningen av billigare komponenter är utmaningar vid konstruktion av elbilsbatterier. Det handlar med andra ord om kostnad och prestanda. Se det som en balansgång, där den uppnådda kilowattimme (kWh) måste ge maximal räckvidd, men till en rimlig kostnad att tillverka. Som ett resultat kommer du ofta att se batteripaketbeskrivningar som listar deras tillverkningskostnader, tillsammans med siffror, från 240 USD till 280 USD/kWh till exempel under produktionen.
Åh, och låt oss inte glömma säkerheten. Kom ihåg Samsung Galaxy Note 7-fiaskot för några år sedan, och elbilsbatteriets motsvarighet till fordonsbränder och Tjernobyl-motsvarande härdsmältningar. pack för att förhindra att en cell tänder en annan, en annan, etc., bidrar till komplexiteten i utvecklingen av elbilsbatterier. Bland dem har även Tesla problem.
Medan ett elbilsbatteri består av tre huvuddelar: battericeller, ett batterihanteringssystem och någon sorts låda eller behållare som håller ihop dem, för nu ska vi bara titta på batterier och hur de har utvecklats med Tesla, men fortfarande ett problem för Toyota.
Det cylindriska 18650-batteriet är ett litiumjonbatteri med en diameter på 18 mm, en längd på 65 mm och en vikt på cirka 47 gram. Vid en nominell spänning på 3,7 volt kan varje batteri ladda upp till 4,2 volt och ladda ur så lågt som 2,5 volt, lagra upp till 3500 mAh per cell.
Ungefär som elektrolytkondensatorer består Teslas elfordonsbatterier av långa ark av anod och katod, åtskilda av laddningsisolerande material, upprullade och tätt packade i cylindrar för att spara utrymme och lagra så mycket energi som möjligt. Dessa katoder (negativt laddade) och anod (positivt laddade) ark har var och en flikar för att ansluta liknande laddningar mellan cellerna, vilket resulterar i ett kraftfullt batteri – de blir till ett, om du så vill.
Precis som en kondensator ökar den sin kapacitans genom att minska avståndet mellan anod- och katodplåtarna, ändra dielektrikumet (ovan isoleringsmaterial mellan plåtarna) till ett med högre permittivitet och öka arean av anoden och katoden Nästa steg i Tesla EV-batteriet (kraft) är 2170, som har en något större cylinder än 18650, som mäter 21 mm x 70 mm och väger cirka 68 gram. Vid en nominell spänning på 3,7 volt kan varje batteri ladda upp till 4,2 volt och urladdning så lågt som 2,5 volt, lagra upp till 4800 mAh per cell.
Det finns dock en avvägning som mest handlar om motstånd och värme jämfört med att behöva en något större burk. I fallet med 2170 resulterar ökningen i anod/katodplattans storlek i en längre laddningsväg, vilket betyder mer motstånd, alltså mer energi som strömmar ut från batteriet som värme och stör kravet på snabbladdning.
För att skapa ett nästa generations batteri med mer kraft (men utan ökat motstånd) designade Teslas ingenjörer ett betydligt större batteri med en så kallad "tabell"-design som förkortar den elektriska vägen och därmed minskar mängden värme som genereras av motståndet. Mycket av detta kan tillskrivas vem som kan vara de bästa batteriforskarna i världen.
4680-batteriet är utformat i en helixform med kakel för enklare tillverkning, med en förpackningsstorlek på 46 mm i diameter och 80 mm i längd. Vikt är inte tillgänglig, men andra spänningsegenskaper rapporteras vara liknande eller identiska; varje cell är dock klassad till cirka 9000 mAh, vilket är det som gör de nya Teslas platta batterierna så bra. Dessutom är dess laddningshastighet fortfarande bra för snabb efterfrågan.
Även om en ökning av storleken på varje cell snarare än att krympa kan tyckas gå emot batteriets designkrav, resulterade förbättringarna i kraftkapacitet och termisk kontroll av 4680 jämfört med 18650 och 2170 i avsevärt färre celler jämfört med att använda 18650 och 2170 batterier. -drivna tidigare Tesla-modeller har mer kraft per batteripaket av samma storlek.
Ur en numerisk synvinkel innebär detta att endast cirka 960 "4680"-celler krävs för att fylla samma utrymme som 4 416 "2170"-celler, men med ytterligare fördelar som lägre produktionskostnader per kWh och användning av 4680. Batteripaketet ökar effekten avsevärt.
Som nämnt förväntas 4680 erbjuda 5 gånger så mycket energilagring och 6 gånger så mycket effekt jämfört med 2170-batteriet, vilket översätts till en förväntad körningsökning från 82 kWh till 95 kWh i nyare Teslas. Körsträcka ökar med upp till 16%.
Kom ihåg att detta bara är grunderna för Tesla-batterier, det finns mer bakom tekniken. Men det här är en bra början för en framtida artikel, eftersom vi kommer att lära oss hur man hanterar batteripaketets strömanvändning, samt kontrollerar säkerhetsfrågorna kring värmegenerering, strömförlust och... naturligtvis... risken för att elbilsbatterier brinner.
Om du gillar All-Things-Tesla, här är din chans att köpa en Hot Wheels RC-version av Tesla Cybertruck.
Timothy Boyer är Tesla och EV-reporter för Torque News i Cincinnati. Han har erfarenhet av tidig bilrestaurering och restaurerar regelbundet äldre fordon och modifierar motorer för att förbättra prestanda. Följ Tim på Twitter @TimBoyerWrites för dagliga Tesla- och EV-nyheter.
Posttid: 2022-21-2