Разбор 100-киловаттчасной батареи Tesla обнаружил новую систему охлаждения и емкость 102 кВт·ч
В мире довольно много людей, которые любят проверять соответствие заявлений производителей различных устройств и систем реальному положению вещей. Один из таких правдолюбцев — владелец электромобиля Tesla Джейсон Хьюз (Jason Hughes). Он первым обнаружил тот факт, что емкость батарей транспортного средства не всегда соответствует заявленным характеристикам. В частности, при разборке батареи на 85 кВт*ч оказалось, что реальная емкость аккумулятора составляет всего 81 кВт*ч с доступной емкостью 77 кВт*ч.
Сейчас Хьюз получил в свое распоряжение новый комплект батарей емкостью в 100 кВт*ч. Этот комплект он незамедлительно разобрал и выяснил, что здесь реальность тоже расходится с заявлениями Tesla Motors. Правда, в этот раз емкость выше обещанного компанией: вместо 100 кВт*ч реальная емкость батареи составила 102,4 кВт*ч.
Хьюз взломал систему управления электропитанием автомобиля, что позволило ему провести ряд манипуляций с аккумуляторами для прояснения их характеристик. Он также стал первым владельцем электромобиля Tesla, кто разобрал представленный компанией в августе 2016 года аккумулятор на 100 кВт*ч. Компания тогда заявила, что плотность размещения элементов в аккумуляторе выше предыдущих моделей, плюс батарея получила несколько улучшений, включая обновленную архитектуру, систему охлаждения и электронные компоненты. Представители компании описали нововведения как «значительные изменения».
После разборки оказалось, что один модуль аккумулятора содержит 516 ячеек. Всего в батарее оказалось 8256 ячеек. Это на 16% больше, чем в предыдущих батареях емкостью 85/90 кВт*ч.
«Они (компания Tesla Motors — прим. ред.) добавили несколько новых рядов ячеек в модуль. Но что о слухах относительно охлаждения? Да, разработчики действительно обновили систему, но здесь нет экзотики. В новых модулях просто сделали два более коротких и тонких контура охлаждения. Таким образом, охладителю не приходится обходить слишком много ячеек перед выходом», — заявил Хьюз в своем блоге.
Он также показал разобранную старую (вверху) и новую (внизу) батареи на 85 кВт*ч и 100 кВт*ч соответственно. По словам Хьюза, у новинки 98,4 кВт*ч оперативной емкости и буфер на 4 кВт*ч, что дает общую емкость в 102,4 кВт*ч.
Архитектура батареи действительно претерпела значительные изменения, но внешне аккумулятор остался практически таким-же. С новым приобретением электромобиль Model X P90D, принадлежащий Хьюзу, превратился в модель P100D.
По словам технического директора компании, некоторые ключевые новинки, добавленные в новый аккумулятор, разработаны в полном соответствии с планами развития технологии в Tesla Motors. Именно четкое соблюдение плана и новые технологии позволили компании выпустить Tesla Model 3.
Что касается совместимости, то у батарей нового образца прежняя конструкция коннектора кабеля высокого напряжения, низкого напряжения и коннектора системы охлаждения. Правда, появилось обновленное кольцо, опоясывающее коннектор кабеля высокого напряжения. В целом, новые батареи полностью совместимы с любыми разновидностями Tesla Model S или Tesla Model X.
Правда, коннектор оранжевого цвета можно снять, для того, чтобы заменить на коннектор, совместимый с Tesla Model S. Так что проблемы совместимостью нет — обновленные аккумуляторы подходят для большинства моделей электромобилей от Tesla.
Где производят аккумуляторы?
Создаваемые аккумуляторы планируется использовать еще и в Powerpack и Powerwall — системах производства Tesla Motors, предназначенных для накопления и хранения энергии в домах и на производстве (небольшие предприятия).
Tesla представила свою новую аккумуляторную батарею 4680 на мероприятии Battery Day. Она имеет в шесть раз большую мощность, чем предшественники, и в пять раз большую энергоемкость. Размер батареи составляет 46х80 мм.
Tesla решила проблему терморегулирования, создав конструкцию цилиндрической формы. Благодаря новым анодно-катодным технологиям компании удалось значительно сократить путь прохождения энергии внутри конструкции.
В компании надеются, что дальность хода электрокаров на новых батареях вырастет на 16%.
Стоимость киловатт-часа при этом снизится на 14%. В целом, новый процесс производства должен снизить стоимость батареи, отметили в Tesla.
Между тем Tesla представила новую версию своего флагманского седана, модель S Plaid.
Электромобиль будет иметь запас хода более 836 км, максимальную скорость 321,8 км/ч и разгон от 0 до 96,5 км в час менее чем за две секунды. Электромобиль оснащен трехмоторным полным приводом.
Последний дизайн прототипа Model S Plaid стал ближе к нынешней Model S.
Model S Plaid испытали на гоночной трассе Laguna Seca в минувшие выходные, и она прошла круг за 1:30. В прошлом году другой прототип модели завершил круг за 1:36,55.
Tesla показала еще несколько прототипов, включая Roadster и Cybertruck.
Cybertruck
Roadster
Также был продемонстрирован прототип Tesla Semi, электрического тягача.
Наконец, показали Cyberquad, электрический квадроцикл.
Из чего состоит батарея для Tesla Model S
Компания Tesla Motors совершила настоящий прорыв на рынке электромобилей, впервые предложив покупателям экологически чистые серийные машины с выдающими динамическими характеристики и приемлемым для каждодневного использования запасом хода.
Согласно US Environmental Protection Agency (EPA) заряда литий-ионного аккумулятора емкостью 85 кВт/ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет Model S преодолевать наибольшую дистанцию из доступных на рынке электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.
Секрет успеха Tesla Model S — в эффективных литий-ионных батареях высокой емкости, поставщиком базовых элементов для которых является известная японская фирма Panasonic. Вокруг батарей Tesla ходит немало слухов и домыслов, поэтому один из владельцев и энтузиастов Tesla из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S емкостью 85 кВт/ч, чтобы детально изучить ее конструкцию. Кстати, ее стоимость, как запчасти, составляет 12 тысяч долларов.
Блок аккумуляторов Model S находится в днище автомобиля (по сути это и есть пол машины), за счет чего Tesla имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость. Батарея крепится к силовой структуре кузова при помощи мощных кронштейнов.
Батарейный отсек состоит из 16 крупных отдельных блоков, соединенных паралельно и надежно защищенных от внешней среды металлическими пластинами, поэтому, чтобы добраться до внутренней начинки этот «панцырь» пришлось сорвать. Сверху блоки источников питания укрыты дополнительным кожухом из прозрачного пластика, который призван исключить попадание влаги и короткие замыкания.
Перед окончательный разборкой были проведены замеры вольтажа, которые показали, что батарея полностью исправна и способна подавать электроэнергию.
Собраны аккумуляторы очень плотно, четко и качественно: подгонка деталей — на самом высоком уровне. На производстве задействованы современные роботы, а в цехах царит абсолютная стерильность: выдерживается даже определенная температура и влажность.
В каждом из 16 блоков находится 6 групп по 74 маленьких элементов в виде цлиндрических капсул — литий-ионных ячеек Panasonic 18650 весом 46 грамм. Они поразтельно похожи на обычные пальчиковые батарейки. Схема их расположения и взаимодействия держится в строжайшем секрете и даже раскурочив аккумулятор докопаться до инженерных тайн практически невозможно: китайцам скопировать конструкцию будет весьма проблематично.
В качестве анода у этих капсул используется графит, а для катода применяется NCA (никель, кобальт, оксид алюминия). Номинальный вольтаж одной капсулы — 3,6 В.
В наиболее мощном аккумуляторе емкостью 85 кВт/ч число таких батарей-ячеек достигает 7104 штук. Общий вес аккумулятора в сборе составляет примерно 540 кг, при этом его длина достигает 210 см, ширина — 150 см, а толщина — 15 см. Отдача только одного из 16 блоков эквивалентна примерно 100 батареям для ноутбука среднего уровня!
При постройке батареи Tesla используются комплектующие, изготовленные в самых разных странах: Индии, Мексике, Китае, но окончательная сборка осуществляется в США, о чем информирует фирменная лейба. Кстати, Tesla дает на батарею 85 кВт/ч гарантию 8 лет без ограничения по пробегу, что как бы намекает на их качество.
Также в моем блоге можно почитать о советском электромобиле ВАЗ-2801.
Комментарии 1280
Не уж то это те самые стандартные батарейки 18650 напр. 3,7 в, которые продаются в любом магазине радиодеталей, применяется в проф. фото-видеокамерах, электронных сигаретах и т.д?
Как? просмотры на ютюбе?
да сами акумы в отдельности по 200р продать уже сумма приличная.
Это не будушее. Это древность.
LTO надо ставить. Вот где будущее
А мне вот интересно научились наши умельцы уже скручивать пробег на теслах?)))
А то на автору продаётся тесла 14 года с пробегом в 50тыс )))
Давно, и не только скручивать пробег. Уже прошивки меняют на мощность.
» Схема их расположения и взаимодействия держится в строжайшем секрете и даже раскурочив аккумулятор докопаться до инженерных тайн практически невозможно: китайцам скопировать конструкцию будет весьма проблематично»
Зачем вы эту херню пишите?
да, попал конечно конвейер Илона Маска в тонкое понятие «ненадежность».
7104 литий-ионных элементов, сварены 14208 раз точечной сваркой… расположены на днище автомобиля, который не всегда передвигается по ровным дорогам, куча сервисной электроники, которая отвечает за охлаждение элементов, а в холодную погоду — за нагрев блока … практически выход на орбиту звездного корабля.
Молчал бы я, но шесть лет назад у знакомого владельца новой Tesla случилась утечка, один или группа элементов стали проводниками … ресурс батареи упал в разы, пробег соответственно в километры … полная неопределенность, итог — отправка в контейнере автомобиля обратно на родину Маска Илона.
25 тыс. вольт офигеть
Все элементы не соединяются последовательно.
Tesla. Факты о которых вы не знали.
Будущим и нынешним владельцам Теслы посвящается.
В автомобилях тесла 1 балансировочная плата применяется на 444 — 516 литиевых аккумуляторов. Для сравнения, в вашем телефоне на 1 аккумуляторную ячейку применяется 1 плата защиты и балансировки.
В типичной батарее для ноутбука стоит 6 литиевых элементов питания, которыми управляет одна балансировочная плата.
При этом каждый элемент питания имеет встроенную плату защиты. Т.е. в ноутбуке 6 плат защиты и 1 плата балансировки заряда и разряда.
Литиевые элементы питания в батарее тесла не имеют индивидуальных плат защиты. Во-первых это дешевле и проще в производстве. Во-вторых это позволило повысить ёмкость каждой батареи, заняв освободившееся место.
В-третьих это позволило тесла поднять токоотдачу до умопомрачительных 25С.
Дело в том, что для батареи с протекторной платой ток в 25С равносилен короткому замыканию. (25C = в 25 раз выше номинала)
Для сравнения, ёмкость батареи айфон 10 составляет 2,7 Ампер-часа. В режиме 25С аккумулятор айфона должен был бы выдать ток в 67,5 ампер. По параметрам тока и напряжения это сравнимо с маломощной электросваркой.
Самый популярный 85 киловаттный аккумулятор тесла содержит 7104 аккумуляторных элемента, ёмкость каждого из которых выше, чем в типичном телефоне (включая айфон)
Его рабочее напряжение 400 вольт.
Такое напряжение можно получить если соединить последовательно около 96 аккумуляторных элементов.
При общем количестве элементов в 7104 это даёт 74 параллельно соединённых сборок.
74 сборки элементов с токоотдачей в 25С при ёмкости каждого элемента в 4,9 ампер*час способны создать электросварку с током в 9000 ампер. 7000 ампер при 12V может испарить среднюю отвертку. Пережечь её моментально также как предохранитель в машине.
В Тесле потенциально 9000 ампер при напряжении 400 вольт.
Для того чтобы ноутбук не оторвал вам причинное место, в случае неполадок, в каждом его элементе питания и стоит отдельная протекторная плата. Если через него начнёт иди слишком большой ток по каким то причинам, то она просто отключит его от внешнего мира. Разорвет цепь. Да, это сделает аккумуляторную сборку полностью не пригодной к применению. Поскольку и балансировочная плата при этом обнаружит неполадки внутри сборки и отключит всю сборку.
Это хороший тон проектирования электроники. Чтобы аккумуляторные сборки не превращались в бомбы.
Это то, на что полностью наплевал Илон Маск, чтобы понравиться покупателям.
Опаснее чем тесла может быть только водородный дирижабль.
Что было бы, если бы Илон Маск не пренебрег хорошим тоном безопасности литиевых аккумуляторов?
Емкость батареи была бы меньше, вес больше, запас хода меньше. Максимальная мощность гораздо меньше. Что сделало бы теслу заурядным электромобилем. Зато безопасным.
Но одновременно и «ломучим», выход из строя одного аккумулятора вывел бы из строя остальные 95, последовательно с ним соединённые. А значит надо было бы отключать целиком всю сборку. Клиенту это очень не понравилось бы. Иметь 7000 элементов, при выходе любого из которых машина переставала бы ехать.
Компания тесла Допускает только 12 часов непрерывного простоя автомобиля в экономичном режиме. Далее 12 вольтовая батарея может необратимо испортиться.
В тесла есть т.н. «Абсурдный режим» (Ludicrous). В котором автомобиль начинает разгоняться ещё быстрее, чем обычно.
Название подобрано не случайно. Действительно, инновационность Теслы в том и заключается, что до них ни один авто производитель в мире не решался снимать 25C с литиевых аккумуляторов.
Поскольку первый и абсолютно точный гарантированный эффект такой нагрузки — снижение ресурса аккумуляторов.
Данная картинка демонстрирует нам то, что даже при токе разряда 1,5С аккумулятор не способен отдать всю запасённую ёмкость. Напряжение резко падает. Аккумулятор деградирует.
Но как выше уже было отмечено — Тесла не была бы Теслой, если бы не плевала на здравый смысл ради продаж.
Мощность батареи топовой Тесла — 100 КВт.
Мощность двух её электромоторов — 773 Л.С. (563 КВт).
Т.е. при 400 Вольтах напряжения для выдачи этой самой максимальной мощности им нужна сила тока в 1400 ампер.
Ёмкость каждого отдельного аккумулятора батареи Тесла — 4,9 А*ч
При 74 параллельных сборках ёмкость батареи получается = 362 Ампер*Часа
Для такой батареи разрядный ток в 1400 ампер является разрядным током в 3,9С
Этот график разрядных характеристик аккумуляторов даёт представление о том, сколько может проработать тесла в режиме максимальной мощности — около 2х минут. Даже если все остальные системы выдержат, то аккумулятор будет разряжен и сильно изношен.
По истине абсурдный режим.
Первый случай пожара в автомобиле Тесла произошел в октябре 2013 года. Двигавшийся по хайвею хэтчбек Model S наехал на деталь от прицепа, которая пробила днище и повредила батарею. Водитель был предупрежден бортовыми системами и успел покинуть машину, но она полностью выгорела.
(Когда кто-то говорит о том, что вот он якобы не хочет покупать «отечественное гомно» и уж тем более не хочет покупать «отечественное гомно» за дорого… я каждый раз вспоминаю замечательные электромобили Тесла. Их почему то можно покупать, эякулировать на них, молиться и мечтать.
Почему так? Потому, что «одарённые» мыслят образно. В образе Теслы нет того, что повреждение 1го из 7 тысяч аккумуляторных элементов может спалить весь автомобиль вместе с владельцем.
Не задумывается владелец о том, что всё что отделяет его от электросварки — это небольшой слой экологически безопасной биоразлагаемой изоляции проводов… вокруг которых сплошной металл. )
Лежащие на дороге предметы оказались не единственной причиной пожара. В ноябре 2013 г. Model S сгорела во время зарядки, похожий случай произошел три года спустя в Норвегии. Во Франции электромобиль загорелся во время пробной поездки. Позже выяснилось, что виной тому была неправильно обжатая проводка.
В Австрии, чтобы потушить врезавшуюся в отбойник Tesla, привлекли 35 человек и пять пожарных машин. С огнем удалось справиться после того, как была перерезана проводка. Позже в Калифорнии инженер Apple погиб на кроссовере Model X — он слишком доверился автопилоту и угодил в отбойник. Через пять дней потушенный электромобиль воспламенился снова. В мае во Флориде произошло еще одно смертельное ДТП с пожаром — Model S врезалась в бетонную стену. Один подросток выжил, а двое погибли.
Компания Тесла в инструкциях по эксплуатации прямо запрещает подвергать автомобиль воздействию высокой температуры (выше +60 градусов). Однако ничего не сказано о последствиях при езде по летнему асфальту раскалённому до +60 градусов. В плотной летней пробке, под палящим солнцем и горячим выхлопом других машин, аккумуляторы расположенные под днищем автомобиля вполне могут воспламениться.
Не способствует надёжности и безопасности также и система охлаждения аккумуляторов. Мало кто из владельцев в курсе, что в результате ДТП короткое замыкание внутри батареи может случиться по причине утечки охлаждающей батарею жидкости.
Да да, сумрачный гений додумался сделать водяное охлаждение аккумуляторов.
Пробег без капремонта.
Электродвигатель по своей конструкции гораздо более надёжный агрегат, нежели ДВС. Однако в случае с такими электромобилями как тесла возникает другой источник проблем. И это опять та самая батарейка…
За 3 года автомобиль компании Tesloop проехал около 400 тысяч миль. (Компания специализируется на транспорте и сдаче авто в аренду)
Для трёхлетнего пробега, длиной в 400 000 миль автомобилю понадобилось 3 батареи.
Первая была заменена уже через год при пробеге 194 000 миль. Она продержалась ещё меньше первой и её тоже пришлось заменить при пробеге в 324 000 миль. Таким образом за на 3 года интенсивной эксплуатации в автомобиле побывало 3 новых батареи. Учитывая тот подход, который применяет тесла к проектированию и изготовлению автомобилей — нет ничего удивительного в таком низком сроке службы аккумуляторов.
Помимо всех вышеописанных сложностей у Литиевых аккумуляторов есть и срок службы, определяемый в количестве циклов разряд-заряд.
Обычно для хороших литиевых аккумуляторов эта цифра составляет 1500-2000 циклов. Но это при правильном использовании.
Батарея Tesla S & X
Автомобили Tesla приводятся в действие исключительно от электричества, хранящимся в батареях.
С начала производства Тесла на свои электрокары модельного ряда Model S, а позже и на Model X устанавливала батареи емкостью от 40 до 100 кВтч, каждая из которых состоит из 8, 12 или 16 секций.
Каждая секция представляет собой соединенные между собой небольших «пальчиковых» аккумуляторов Panasonic, немного превышающих в размерах стандартные аккумуляторы AA. Цилиндрические аккумуляторы Tesla имеют диаметр 18 мм и высоту 65 мм. Стоит так же отметить, что их преимущество заключается в долговечности, надежности и производительности в суровых автомобильных условиях.
1 — Аккумуляторная батарея; 2 — Преобразователь напряжения (DC/DC); 3 — Высоковольтный кабель (оранжевого цвета); 4 — Главное бортовое зарядное устройство 10 кВт; 5 — Дополнительное зарядное устройство 10 кВт (опция); 6 — Зарядный разъем; 7 — Модуль привода;
Батарея 40 кВтч
40-киловаттная батарея бывает двух типов: 40-киловаттная батарея с 8-ю секциями (сегментами/ячейками) (создана на базе батарейки Toyota RAV4 EV), и 60-киловаттная батарея в которой было 12 ячеек и была запрограммирована на зарядку до 40 киловатт.
Tesla Model S 40 кВтч популярностью не пользовались, поэтому их производство вскоре было завершено.
Батарея 60 кВтч
Батарея 60 кВт состояла из 12 или 16 секций. 12-секционная устанавливалась на Model S40, 16-секционная батарея получила обозначение «NEW» и была кардинально модифицирована.
Батарея 70/75 кВтч
Кроме того, что эта батарея устанавливалась на Model S60 (S60D), она так же устанавливалась на S70 (S70D) и S75 (S75D), но с
расширенными функциями.
Батарея на 60 кВтч для 60-ой модели отличалась отсутствием 77 пальчиковых аккумуляторов, для 70-х Модель S все 16 секций были заполнены аккумуляторами полностью, за счет чего и повышалась общая емкость батареи.
Батарея 85/90 кВтч
Батарея Тесла 85, 90 и 100 кВтч состоит из 16 секций. Каждая ячейка состоит из 444 «пальчиковых» аккумуляторов и имеет свою плата BMS, которая управляет балансировкой всех ячеек.
Самый популярный аккумулятор поставляемый Tesla (85 кВтч), содержит 7104 аккумуляторов 18650.
В 2015 году компания Panasonic изменила конструкцию анода, увеличив емкость аккумулятора примерно на 6%, позволяя аккумуляторным блокам хранить до 90 кВт энергии. В результате чего между 90-киловаттная батареей отличается от 85-киловаттной не по емкости:
Батарея 100 кВтч
Самая мощная батарея Tesla. Внутренние элементы аккумуляторной батареи были переконфигурированы, чтобы в каждый модуль вмещалось 516 аккумуляторов 18650.
В общей сложности в 100-киловаттной батареи было помещено 8256 аккумуляторов Панасоник, способных хранить чуть более 100 кВтч энергии, и позволяя электрическим автомобилям Тесла проезжать более 500 километров.
Данная батарея имеет токоотдачу 25C и представляет собой «последнее слово техники» в инженерии батарей от компании Тесла.
И даже на этом развитие и усовершенствование не останавливается. Чтобы еще больше повысить эффективность аккумуляторов и снизить затраты, компания Tesla построила крупную фабрику батарей в Спаркс, штат Невада, которая называется Gigafactory 1.
Фабрика производит новую конструкцию аккумулятора под названием 2170. Он имеет диаметр 21 мм и высоту 70 мм, и первоначально использовался в Tesla Powerwall и Powerpack, а также в новом седане Tesla Model 3, который меньше и дешевле от Model S.
Аккумулятор 2170 на 46% больше по объему, чем 18650 и 10-15 % более энергоэффективной, чем 18650.
Рекомендации
Очень важно правильно заряжать батарею, а именно с надлежащим зарядным устройством — оригинальным или от качественного производителя, так как от самодельных зарядных устройств батарея перегревается, плохие контакты и плохое качество тока, в результате чего сильно влияет на емкость и долговечность батареи.
Рекомендовано не допускать полного разряда аккумуляторной батареи. В случае, если автомобиль не эксплуатируется, энергия постепенно расходуется на питание бортовой электроники (ежедневно батарея разряжается в среднем на 1%).
Чтобы предотвратить полный разряд, рекомендовано перевести автомобиль в режим энергосбережения, в котором отключается питание бортовой электроники, что позволит сократить разряд до 4% в месяц. Так же стоит отметить, что в энергосберегающем режиме зарядка 12-вольтового аккумулятора прекращается, что в течение 12 часов приведет его к полному разряду. Поэтому в данном случае потребуется подключение к внешней пусковой аккумуляторной батареи или ее замена.
Но, не стоит забывать, что при активации режима энергосбережения — необходимо подключить автомобиль к источнику питания в течение 2 месяцев, чтобы предотвратить полную разрядку батареи Тесла.
