Grotere capaciteit, groter vermogen, kleiner formaat, lichter gewicht, eenvoudiger massaproductie en het gebruik van goedkopere componenten zijn uitdagingen bij het ontwerpen van EV-batterijen. Met andere woorden, het komt neer op kosten en prestaties. Zie het als een evenwichtsoefening, waarbij Het bereikte kilowattuur (kWh) moet een maximale actieradius bieden, maar tegen redelijke productiekosten. Als gevolg daarvan zie je vaak beschrijvingen van accupakketten met hun productiekosten, samen met cijfers, variërend van $240 tot $280/kWh tijdens de productie bijvoorbeeld.
Oh, en laten we de veiligheid niet vergeten. Denk aan het fiasco van de Samsung Galaxy Note 7 een paar jaar geleden, en het EV-batterij-equivalent van autobranden en Tsjernobyl-equivalente meltdowns. In een op hol geslagen kettingreactie-rampscenario zijn de afstand en thermische controles tussen cellen in een batterij pakket om te voorkomen dat de ene cel een andere, een andere, enz. in brand steekt, dragen bij aan de complexiteit van de ontwikkeling van EV-batterijen. Onder hen heeft zelfs Tesla problemen.
Hoewel een EV-batterijpakket uit drie hoofdonderdelen bestaat: batterijcellen, een batterijbeheersysteem en een soort doos of container die ze bij elkaar houdt, kijken we voorlopig alleen naar batterijen en hoe ze zijn geëvolueerd met Tesla. maar nog steeds een probleem voor Toyota.
De cilindrische 18650 accu is een lithium-ion accu met een diameter van 18 mm, een lengte van 65 mm en een gewicht van circa 47 gram. Bij een nominale spanning van 3,7 volt kan elke accu tot 4,2 volt opladen en zo laag mogelijk ontladen. als 2,5 volt, met een opslagcapaciteit van maximaal 3500 mAh per cel.
Net als elektrolytische condensatoren bestaan de accu's van Tesla uit lange vellen anode en kathode, gescheiden door ladingsisolerend materiaal, opgerold en stevig verpakt in cilinders om ruimte te besparen en zoveel mogelijk energie op te slaan. Deze kathode (negatief geladen) en Anodevellen (positief geladen) hebben elk lipjes waarmee vergelijkbare ladingen tussen de cellen kunnen worden verbonden, wat resulteert in een krachtige batterij – ze vormen samen één batterij, als je wilt.
Net als een condensator vergroot hij zijn capaciteit door de afstand tussen de anode- en kathodeplaten te verkleinen, het diëlektricum (het bovengenoemde isolatiemateriaal tussen de platen) te veranderen naar een diëlektricum met een hogere permittiviteit, en het oppervlak van de anode en kathode te vergroten. De volgende stap in de (power) Tesla EV-batterij is de 2170, die een iets grotere cilinder heeft dan de 18650, 21 mm x 70 mm meet en ongeveer 68 gram weegt. Bij een nominale spanning van 3,7 volt kan elke batterij tot 4,2 volt opladen. volt en ontlaadt zo laag als 2,5 volt, met een opslagcapaciteit van maximaal 4800 mAh per cel.
Er is echter een wisselwerking: het gaat vooral om weerstand en warmte versus de noodzaak van een iets grotere pot. In het geval van de 2170 resulteert de grotere anode-/kathodeplaatgrootte in een langer laadpad, wat meer weerstand betekent, en dus meer energie die als warmte uit de batterij ontsnapt en de snelle oplaadbehoefte verstoort.
Om een batterij van de volgende generatie te creëren met meer vermogen (maar zonder verhoogde weerstand), ontwierpen de ingenieurs van Tesla een aanzienlijk grotere batterij met een zogenaamd “tafels”-ontwerp dat het elektrische pad verkort en zo de hoeveelheid warmte die door de weerstand wordt gegenereerd, vermindert. Een groot deel hiervan kan worden toegeschreven aan wie misschien wel de beste batterijonderzoekers ter wereld zijn.
De 4680-batterij is ontworpen in de vorm van een betegelde helix voor eenvoudiger fabricage, met een pakketgrootte van 46 mm in diameter en 80 mm in lengte. Gewicht is niet beschikbaar, maar andere spanningskarakteristieken zijn naar verluidt vergelijkbaar of identiek;elke cel heeft echter een vermogen van ongeveer 9000 mAh, wat de nieuwe flatpanelbatterijen van Tesla zo goed maakt. Bovendien is de laadsnelheid nog steeds goed voor een snelle vraag.
Hoewel het vergroten van de grootte van elke cel in plaats van verkleinen in strijd lijkt te zijn met de ontwerpvereisten van de batterij, resulteerden de verbeteringen in de stroomcapaciteit en thermische controle van de 4680 in vergelijking met de 18650 en 2170 in aanzienlijk minder cellen vergeleken met het gebruik van de 18650 en 2170 batterij. -aangedreven eerdere Tesla-modellen hebben meer vermogen per accupakket van hetzelfde formaat.
Vanuit numeriek oogpunt betekent dit dat er slechts ongeveer 960 “4680″-cellen nodig zijn om dezelfde ruimte te vullen als 4.416 “2170″-cellen, maar met extra voordelen zoals lagere productiekosten per kWh en het gebruik van 4680-batterijen. Het batterijpakket verhoogt het vermogen aanzienlijk.
Zoals gezegd zal de 4680 naar verwachting vijf keer zoveel energieopslag en zes keer meer vermogen bieden in vergelijking met de 2170-batterij, wat zich vertaalt in een verwachte rijtoename van 82 kWh naar 95 kWh in nieuwere Tesla's. De kilometerstand stijgt met maximaal 16%.
Vergeet niet dat dit slechts de basisprincipes van Tesla-batterijen zijn; er zit meer achter de technologie. Maar dit is een goed begin voor een toekomstig artikel, omdat we zullen leren hoe we het stroomverbruik van de batterij kunnen beheren en hoe we de veiligheidsproblemen rondom de batterij kunnen beheersen. warmteopwekking, stroomverlies en… natuurlijk… het risico op brand in EV-batterijen.
Als je All-Things-Tesla leuk vindt, is dit je kans om een Hot Wheels RC-versie van de Tesla Cybertruck te kopen.
Timothy Boyer is een Tesla- en EV-reporter voor Torque News in Cincinnati. Hij heeft ervaring met vroege autorestauratie, restaureert regelmatig oudere voertuigen en past motoren aan om de prestaties te verbeteren. Volg Tim op Twitter @TimBoyerWrites voor dagelijks Tesla- en EV-nieuws.
Posttijd: 21 februari 2022