Større kapasitet, større kraft, mindre størrelse, lettere vekt, enklere masseproduksjon og bruk av billigere komponenter er utfordringer i utformingen av EV-batterier. Det koker med andre ord ned til kostnader og ytelse. Tenk på det som en balansegang, der den oppnådde kilowatt-timen (kWh) må gi maksimal rekkevidde, men til en rimelig kostnad å produsere. Som et resultat vil du ofte se batteripakkebeskrivelser som viser produksjonskostnadene deres, sammen med tall, fra $240 til $280/kWh under produksjon, for eksempel.
Å, og la oss ikke glemme sikkerheten. Husk Samsung Galaxy Note 7-fiaskoen for noen år siden, og EV-batteriekvivalenten til kjøretøybranner og Tsjernobyl-ekvivalente nedsmeltninger. I et løpsk kjedereaksjonskatastrofescenario, avstand og termisk kontroll mellom cellene i et batteri pakke for å hindre en celle i å antenne en annen, en annen osv., øker kompleksiteten i utviklingen av EV-batterier. Blant dem har til og med Tesla problemer.
Mens en EV-batteripakke består av tre hoveddeler: battericeller, et batteristyringssystem og en slags boks eller beholder som holder dem sammen, vil vi foreløpig bare se på batterier og hvordan de har utviklet seg med Tesla, men fortsatt et problem for Toyota.
Det sylindriske 18650-batteriet er et litium-ion-batteri med en diameter på 18 mm, en lengde på 65 mm og en vekt på ca. 47 gram. Ved en nominell spenning på 3,7 volt kan hvert batteri lade opp til 4,2 volt og utlades så lavt som 2,5 volt, som lagrer opptil 3500 mAh per celle.
På samme måte som elektrolytiske kondensatorer, består Teslas elektriske kjøretøybatterier av lange ark med anode og katode, adskilt av ladeisolerende materiale, rullet opp og tett pakket inn i sylindere for å spare plass og lagre så mye energi som mulig. Disse katodene (negativt ladet) og anode (positivt ladede) ark har hver enkelt tapper for tilkobling av lignende ladninger mellom cellene, noe som resulterer i et kraftig batteri – de utgjør ett, om du vil.
Akkurat som en kondensator, øker den sin kapasitans ved å redusere avstanden mellom anode- og katodeplatene, endre dielektrikumet (det ovennevnte isolasjonsmaterialet mellom arkene) til en med høyere permittivitet, og øke arealet til anoden og katoden. Det neste trinnet i (kraft) Tesla EV-batteriet er 2170, som har en litt større sylinder enn 18650, som måler 21 mm x 70 mm og veier rundt 68 gram. Ved en nominell spenning på 3,7 volt kan hvert batteri lade opp til 4,2 volt og utladning så lavt som 2,5 volt, og lagrer opptil 4800 mAh per celle.
Det er imidlertid en avveining som hovedsakelig handler om motstand og varme versus behov for en litt større krukke. Når det gjelder 2170, resulterer økningen i anode/katodeplatestørrelse i en lengre ladebane, noe som betyr mer motstand, og dermed mer energi som slipper ut av batteriet som varme og forstyrrer hurtigladingskravet.
For å lage et neste generasjons batteri med mer kraft (men uten økt motstand), designet Tesla-ingeniører et betydelig større batteri med en såkalt "tabell"-design som forkorter den elektriske banen og dermed reduserer mengden varme som genereres av motstanden. Mye av dette kan tilskrives hvem som kan være de beste batteriforskerne i verden.
4680-batteriet er utformet i en flislagt helixform for enklere produksjon, med en pakkestørrelse på 46 mm i diameter og 80 mm i lengde. Vekt er ikke tilgjengelig, men andre spenningsegenskaper er rapportert å være like eller identiske; Hver celle er imidlertid vurdert til rundt 9000 mAh, som er det som gjør de nye Tesla-flatpanelbatteriene så gode. Ladehastigheten er også fortsatt god for rask etterspørsel.
Selv om å øke størrelsen på hver celle i stedet for å krympe kan se ut til å være i strid med batteriets designkrav, resulterte forbedringene i kraftkapasitet og termisk kontroll av 4680 sammenlignet med 18650 og 2170 i vesentlig færre celler sammenlignet med bruk av 18650 og 2170 batterier. -drevne tidligere Tesla-modeller har mer kraft per batteripakke av samme størrelse.
Fra et numerisk ståsted betyr dette at det bare kreves rundt 960 "4680"-celler for å fylle samme plass som 4416 "2170"-celler, men med tilleggsfordeler som lavere produksjonskostnader per kWh og bruk av 4680. Batteripakken øker effekten betydelig.
Som nevnt forventes 4680 å tilby 5 ganger energilagring og 6 ganger kraft sammenlignet med 2170-batteriet, noe som betyr en forventet kjøreøkning fra 82 kWh til 95 kWh i nyere Teslas. Kjørelengde øker med opptil 16 %.
Husk at dette bare er det grunnleggende om Tesla-batterier, det er mer bak teknologien. Men dette er en god start for en fremtidig artikkel, da vi vil lære hvordan du administrerer batteripakkens strømforbruk, samt kontrollerer sikkerhetsproblemene rundt varmegenerering, strømtap, og... selvfølgelig... risikoen for at elbilbatterier fyrer.
Hvis du liker All-Things-Tesla, her er sjansen din til å kjøpe en Hot Wheels RC-versjon av Tesla Cybertruck.
Timothy Boyer er Tesla- og EV-reporter for Torque News i Cincinnati. Erfaren med tidlig bilrestaurering, restaurerer han jevnlig eldre kjøretøy og modifiserer motorer for å forbedre ytelsen. Følg Tim på Twitter @TimBoyerWrites for daglige Tesla- og EV-nyheter.
Innleggstid: 21. februar 2022