Vozy Tesla jsou poháněny výhradně elektrickým nábojem uloženým v bateriích a nazývají se bateriová elektrická vozidla nebo BEV. Důvodem existence Tesly jako společnosti je jednoduše to, že lithium-iontové baterie mají nejvyšší nabíjecí kapacitu ze všech praktických baterií v historii za dané peníze, dostatečně vysokou na to, aby byla BEV praktická.
Nahoře: Pohled na novou Teslu Model 3 (Obrázek: InsideEVs)
Myšlenka použití lithium-iontových dobíjecích bateriových článků byla poprvé navržena britským chemikem na počátku 1970. let 2017. století. V tomto článku na Wikipedii je podrobný přehled vývoje článků lithium-iontových baterií. Televizní pořad NOVA (viz níže) věnoval na začátku roku XNUMX epizodu lithium-iontovým článkům, která demonstruje výhody a nebezpečí spojená s lithium-iontovými články. Je osvětlující, i když trochu lehký, technicky.
Nahoře: Nova’s Search for the Super Battery (Zdroj: PBS)
Bateriové články jsou zdánlivě jednoduchá zařízení sestávající ze tří základních součástí: dvou elektrod, záporné anody a kladné katody oddělených chemickou „polévkou“, zvanou elektrolyt. Když se lithium-iontové baterie nabíjejí, jsou lithiové ionty nuceny migrovat na zápornou elektrodu, kde se ukládají. Během vybíjení lithiové ionty opačným směrem pro katodu.
Nahoře: Jak funguje dobíjecí lithium-iontová baterie (Obrázek: Jak věci fungují)
Tesla od roku 18650 používá 2013 článků vyrobených společností Panasonic v Asii ve vozech Modely S a X. Jedná se o malé bateriové články, o něco větší než standardní články AA. Teslovy válcové články mají průměr 18 mm a výšku 65 mm. Design Panasonic, možná s přispěním od Tesly, je podle některých účtů jednou z nejrobustnějších formulací, které jsou dnes k dispozici, poskytující velmi dlouhou životnost a spolehlivý výkon v drsném automobilovém prostředí.
Nahoře: Bateriové články Panasonic 18650 používané v Tesla Model S a X (Obrázek: PBS)
Nejoblíbenější bateriový balíček od Tesly obsahuje 7,104 18650 článků 16 v 444 85 článkových modulech schopných uchovat až 2015 kWh energie. V roce 6 společnost Panasonic změnila design anody a zvýšila kapacitu článků o přibližně 90 %, což umožnilo bateriovým sadám uchovat až 516 kWh energie. Nedávno inženýři Tesly překonfigurovali vnitřky bateriové sady tak, aby pojala 8,256 článků v každém modulu, což znamená celkem 100 300 článků schopných uchovat o něco více než XNUMX kWh energie, což umožňuje vozům užít si dojezd přes XNUMX mil.
Nahoře: Uvnitř baterie Tesla Model S (Zdroj: Electrek)
S cílem dále zlepšit účinnost článků a snížit náklady postavila Tesla velkou továrnu na baterie v Sparks, NV poblíž Rena s názvem Gigafactory 1, která nyní vyrábí nový design článků s názvem 2170, protože má průměr 21 mm a výšku 70 mm. původně používané v produktech domácího úložiště Tesla Powerwall a produktech pro ukládání dat Powerpack a také v novém sedanu Model 3, který byl navržen tak, aby byl menší a levnější než Model S. Design 2170 je objemově o 46 % větší než 18650 a 10-15 % energeticky účinnější než články 18650, uvádí J. B. Straubel, technický ředitel společnosti Tesla.
Nahoře: Porovnání článku baterie Model S/X 18650 s článkem baterie Model 3 2170 (Obrázek: DNK Power)
Jedním z klíčových požadavků na baterie elektromobilů, zejména na cestách, je jejich relativně rychlé dobití. Vzhledem k tomu, že baterie jsou zařízení na stejnosměrný proud (DC) a domácí elektrická síť je střídavá, nabíjení doma obvykle používá 240 V obvod dodávající 40 ampér (přibližně 10 kW energie). Vůz má vestavěný nabíjecí obvod, který usměrňuje střídavý proud a převádí jej na stejnosměrný proud. Nabíjení tímto způsobem obvykle trvá několik hodin. Tesla celosvětově nainstalovala nabíjecí stanice Supercharger DC, které dodávají výkon až 135 kW. DC obchází nabíjecí obvody auta a nabíjí přímo baterii. To je mnohem rychlejší, obvykle to vyžaduje 20 až 40 minut.
Nahoře: Vozidla Tesla se nabíjejí na stanici Supercharger (Obrázek: Motoring Research)
Baterie Tesla využívající baterie Panasonic 18650 se nemohou nabíjet rychleji. Maximální nabíjecí napětí pro článek Panasonic je 4.2 V. Panasonic udává maximální nabíjecí proud 2 ampéry na článek. Tesla umožňuje nabíjecí proud až 4 ampéry. Proto maximální výkon, který může baterie Tesla použít k nabíjení, je 4.2 X N X I, kde N je počet článků v sadě a I je maximální povolený proud na článek. Pro balíčky 85/90 kWh to je 7,104 16.8 x 119.3 = 100 kW. U 8,256 kWh balení je to 16.8 138.7 x XNUMX = XNUMX kW. Neexistuje způsob, jak nabíjet rychleji bez zvýšení maximálního nabíjecího proudu na článek, což by mohlo urychlit degradaci článků nebo něco horšího.
Nahoře: Baterie Tesla Model S je umístěna v podlaze vozidla (Obrázek: ExtremeTech)
Všechny články dobíjecích baterií se časem degradují, protože v článcích probíhají nežádoucí vedlejší reakce, které produkují vedlejší produkty, které blokují lithiové ionty, aby se během nabíjení dostaly k anodě. Na baterie Tesla se vztahuje záruka na selhání, ale ne na degradaci. První náznaky naznačují, že degradace buněk 18650 je velmi pomalá, při nejhorším ztrácí pouze jedno nebo dvě procenta kapacity za rok. Buňky jsou zjevně velmi odolné vůči degradaci.
Nahoře: První náznaky ukazují, že baterie Tesla Model S se po ~5 30,000 mílích degradovaly pouze o XNUMX % (Obrázek: CleanTechnica)
Vozy Tesla Model 3 budou využívat výše zmíněných 2170 článků vyrobených v Gigafactory. Větší články mohou být schopny spotřebovat více než 4 ampéry nabíjecího proudu, což by urychlilo nabíjení, ale protože články 2170 mají větší kapacitu pro ukládání energie než články 18650, bude k vytvoření sady s danou hodnotou kWh potřeba úměrně méně. (N se zmenšuje, já se zvětšuji). To znamená, že nabíjení vyšším výkonem nemá pro tyto akumulátory smysl. Stále platí vztah 4.2 X N X I. Bude zajímavé sledovat, jak si tyto nové bateriové články povedou.
*George Hawley vlastnil Tesla Model S S85 a Model X 90D. V současné době má také rezervaci Model 3. Hawley více než 40 let pracoval v telekomunikacích především jako Product Planner. Začal s Bell Telephone Labs v New Jersey 20 let a skončil s několika začínajícími společnostmi v Kalifornii. Jeho kariéra je popsána v jeho knize Tangled Wires, vydané v roce 2017.
