Как делают аккумуляторы для тесла

Самая мощная батарея тесла

Совсем недавно на рынке автомобилей произошел реальный прорыв. Всеми известная компания Тесла предложила потребителям экологически чистый транспорт с потрясающими характеристиками. Их машины работают на батареях, которые поставляются в ящиках ОСБ.

По данным EPA на одной зарядке можно проехать целых 426 км. С таким километражем справляется модель типа S. Кстати батарея Тесла имеет емкость порядка 85 КВт/ч. На таком топливе разгон до 100 км происходит за 4.4 секунды.

Что же у батареи Тесла внутри?

Тип источника энергии литий – ионный повышенной емкости. Все компоненты для их сборки поставляет японская компания Panasonic. Данный элемент питания стоит 12 000 долларов или по курсу 64.85 р это будет 778 186,8 рублей. На такие деньги можно приобрести неплохой бюджетный автомобиль или даже несколько!

Практически весь пол является батареей тесла! Это позволяет дать автомобилю хорошее управление и сделать центр тяжести низким. Источник энергии прикрепляется к кузову с помощью специальных мощных кронштейнов.

При вскрытии АКБ можно заметить 16 разделенных блоков. Они хорошо защищены от окружающей среды пластинами из металла. Их соединение выполнено параллельно. Для погружения вглубь данную преграду придется убрать.

На блоках АКБ лежит прозрачный пластик. Он выполняет защитную функцию и предотвращает попадание влаги. Так же способствует защите от короткого замыкания.

Литий ионный аккумулятор собран очень надежно, все элементы конструкции подогнаны друг к другу очень плотно. Для изготовления батареи Тесла были привлечены самые современные роботы. Вся сборка происходит в стерильных цехах в которых сохраняется определенная влажность и температура воздуха.

Состав накопителя энергии

Эта батарея особой конструкции так как в каждом из шестнадцати блоков содержится 6 групп по 74 небольших элементов похожих на вытянутые цилиндры. Это АКБ типа Panasonic 18650 с массой до 46 грамм. Многие сравнивают их с источниками питания типа АА или пальчиковыми батарейками.

Непонятно как они расположены и как идет взаимодействие между ними. Все это строго засекречено. Даже после вскрытия совсем не понятно, как эта батарея может работать очень эффективно. Вряд ли китайцы смогут скопировать подобное устройство. Но в любом случае сделать это будет крайне сложно.

Анодом у батареи тесла является графит, а катодом никелевый кобальт, оксид алюминия. Каждая маленькая ячейка содержит напряжение 3.6 вольта. В самой модернизированной модели число этих батареек доходит до 7104. Вес аккумуляторной батарее Тесла равен примерно 540 кг.

А размеры он имеет следующие:

• Длина 210 см.
• Толщина 15 см.
• Ширина 150 сантиметров.

Для изготовления батарея Тесла требует разные комплектующие. Чаще всего они закупаются в Мексике, Индии, Китае. Завершающая сборка происходит в Америке.

Гарантия на подобный источник питания составляет 8 лет без ограничения по пробегу.

Источник

Уоррен Баффет поставил на литий-ионные батареи. Как можно заработать вам?

Рынок электромобилей заметно оживился за последние десять лет. На конец 2018 года в мире было уже 5,1 млн электромобилей. А это на 60% больше, чем в конце 2017 года.

Многие автомобилисты перешли на машины с электрической тягой после ужесточения регулирующими органами требований к количеству вредных выхлопов в атмосферу. Это связано с тем, что электромобили считаются более экологичным видом транспорта.

За десятилетие сильно упали и цены на электрокары. Дело в том, что одновременно с ростом продаж электромашин выросло производство аккумуляторных (литий-ионных) батарей, стоимость которых к тому же снизилась на 85%. Аккумуляторы — одна из самых важных, но до недавнего времени чрезвычайно дорогих частей электромобиля. Еще несколько лет назад их стоимость доходила до половины стоимости машины.

Помимо автомобилей, литий-ионные аккумуляторы как накопители энергии используются во многих областях экономики. Так что есть много способов, чтобы заработать на аккумуляторах, считают в CNBC. Наиболее очевидным вложением могут быть бумаги автомобильных компаний — таких как Tesla или Ford.

Когда появились литий-ионные аккумуляторы

Литий-ионные аккумуляторы были разработаны еще в 1970-х годах. Но только в 1991 году компания Sony нашла им первое коммерческое применение. Она встроила их в портативный видеорегистратор.

Сейчас такие батареи можно найти почти везде — от айфонов до медицинских приборов, самолетов и международной космической станции. В прошлом году трем ученым, разработавшим литий-ионную батарею, была присуждена Нобелевская премия по химии.

Литий-ионные батареи — это ключ к снижению зависимости от ископаемого топлива, пишет CNBC. По оценкам швейцарского банка UBS, за ближайшее десятилетие рынок накопителей энергии может вырасти до $426 млрд.

Tesla — первопроходец на рынке электромобилей

Первой автомобильной компанией, которая выпустила на рынок электромобиль с питанием от литий-ионной батареи, стала Tesla: в 2008 году был представлен полностью электрический спортивный автомобиль Tesla Roadster.

В то время автопроизводители разрабатывали гибридные модели, сочетающие бензиновый и электрический двигатели. О полностью электрической тяге речь не шла, поскольку такие автомобили стоили недешево. К примеру, Tesla продавала Roadster за $110 тыс.

Сейчас производство электромобилей — уже более выгодный и менее трудозатратный бизнес, чем выпуск машин с бензиновым мотором. Практически все автопроизводители либо уже продают, либо планируют выпускать полностью электрические или по крайней мере гибридные автомобили.

В ноябре Ford сообщил, что начинает прием заказов на Mustang Mach-E. Это полностью электрический автомобиль легендарной модели. Ford разработал Mustang Mach-E одним из первых в линейке 40 электромобилей, которые Ford планирует изготовить к 2022 году.

Volkswagen в марте пересмотрел свои планы по производству электромобилей. К 2028 году компания намеревается выпустить 70 новых моделей электромобилей. Предыдущий ориентир составлял 50 машин.

В прошлом году глава концерна GM Мэри Барра сообщила инвесторам, что в 2021 году компания планирует выйти на безубыточное производство электромобилей. А британский Jaguar Land Rover, принадлежащий индийской Tata Motors, намерен в ближайшее десятилетие превратить компанию в чистого производителя электромобилей.

По данным Международного энергетического агентства, в мире только за 2018 год было продано 1,98 млн электромобилей, заряжаемых от внешнего источника питания. Как мы писали выше, общее количество машин на электрической тяге составило 5,1 млн. Пока это относительно немного, поскольку сейчас на дорогах в совокупности более 1 млрд автомобилей. Однако эксперты ожидают, что доля электромобилей будет расти.

Bloomberg NEF прогнозирует, что к 2040 году из общего объема продаж 57% придется на электромобили.

Кто производит батареи

Как и многие автопроизводители, Tesla отдает производство батарей на аутсорсинг. Специально для Tesla их делает японская Panasonic. Впрочем, самой разработкой батарей производитель занимается сам.

Не так давно аналитики Credit Suisse написали, что отдают должное компании Tesla за разработку батарей. Акции компании демонстрируют наихудшую динамику в секторе, однако у Tesla есть преимущество перед другими производителями электромобилей, считают в банке. И это сфокусированность Tesla на аккумуляторах для электромобилей.

«Мы считаем, что Tesla является лидером в областях, которые могут определить будущее автомобилестроения. Это программное обеспечение и электрификация», — заявил аналитик Credit Suisse Дэн Леви.

Недавно издание Reuters провело исследование, назвав имена крупнейших в мире производителей аккумуляторных батарей для электромобилей. Лидер этого рынка — китайская Contemporary Amperex Technology. Она сотрудничает с такими автопроизводителями, как BMW, Volkswagen, Daimler, Volvo, Toyota и Honda.

Уже упомянутая Panasonic — на втором месте. Компания производит аккумуляторы для электромобилей в Японии и Китае. Однако главная фабрика у Panasonic расположена в Неваде (США). Там производятся батареи для машин Tesla.

В тройку крупнейших в мире производителей батарей для электромобилей вошла и китайская BYD. Она использует батареи в основном для собственных автомобилей и автобусов, но планирует запустить производство в Европе. Примечательно, что в BYD инвестировал деньги знаменитый инвестор Уоррен Баффет . Ему принадлежит 25% компании.

А что с акциями

На данный момент аналитики не верят в рост Tesla. Консенсус, собранный сервисом Refinitiv, ожидает, что в ближайший год акции производителя подешевеют на 33%, до $315 за штуку. Тем не менее эксперты, вошедшие в консенсус, рекомендуют держать бумаги Tesla.

По акциям Ford рекомендация также держать. Но эксперты в среднем полагают, что на горизонте года они вырастут на 11%, до $10,23 за бумагу.

Начать инвестировать можно прямо сейчас на РБК Quote. Проект реализован совместно с банком ВТБ.

Американский бизнесмен и один из известнейших инвесторов в мире. Основной владелец и CEO инвестхолдинга Berkshire Hathaway.

Источник

Новые аккумуляторы Tesla: революция откладывается?

24 сентября 2020 Комменты

Tesla официально объявила о планах по производ­ству более ёмких и мощных батарей нового типа, которое развернётся на собственных заводах компании. Помимо заявленного увеличения дальности хода и даже мощности электро­мобилей, новые аккуму­ляторы позволят снизить стоимость машин. Илон Маск даже пообещал, что технология поможет в обозримом будущем продавать электрокары не дороже бензиновых авто­мобилей и сделает их по-настоящему массовыми. Но так ли это на самом деле?

В чем принципиальное отличие новых батарей?

Патент на новые батареи Tesla зарегистри­ровала ещё в мае. Главное отличие от нынешних аккуму­ляторов — отсут­ствие в ячейках новых батарей так называ­емого язычка — специального контакта для соединения батареи и потребителя. Это должно уменьшить сопротив­ление тока и, как следствие, снизить нагрев элемента.

В нюансах технологии сложно разобраться даже специалисту, поэтому попробуем понять объяснения вице-президента Tesla по силовым агрегатам и энергии Дрю Баглино. Он говорит, что вместо язычков для проведения тока в новых элементах используется лазерный спирале­видный узор, что помогло сократить длину электриче­ского пути с 250 до 50 мм. Результат – больший срок службы самой батареи и меньшие затраты на её производство.

И это реально что-то даёт?

Да, но это ещё не все изменения. Новые ячейки заметно крупнее прежних. Их длина составляет 80 милли­метров, а диаметр – 46 милли­метров против прежних 70 и 21 мм. Они в шесть раз мощнее и запасают в пять раз больше энергии. Однако и самих элементов в каждом блоке батарей теперь будет меньше, поэтому красивые цифры вовсе не означают кратного скачка возмож­ностей современных электрокаров. Речь пока идёт об увеличении запаса хода на 16 процентов, а ещё о снижении на 14 процентов стоимости производ­ства одного киловатт-часа.

Куда более интересен тот факт, что новая технология также позволит увеличить ресурс аккуму­ляторов до 1,6 млн километров, а количество циклов зарядки вырастет с нынешних 1,6 тысячи до 6 тысяч. Если пред­положить, что электрокар будет заряжаться раз в 2 дня, то несложно подсчитать, что батарея сможет выдержать регулярную зарядку в течение 30 лет.

И что, всё это Tesla придумала самостоятельно?

Не совсем так — к созданию новых батарей Tesla привлекла китайскую компанию Amperex Technology (CATL). Летом та анонсиро­вала презентацию сравни­тельно дешёвых никель-марганцево-кобальтовых элементов нового типа со сниженным до 20% содер­жанием дорогого кобальта. Кроме того, китайцы обещали представить и новый способ упаковки ячеек — и именно его вчера продемонстрировал Илон Маск.

Контракт на поставку аккумуляторов CATL и Tesla заключили ещё в феврале, но теперь речь идёт уже об организации произ­водства на мощностях компании Tesla. Что, опять-таки, позволит снизить себе­стоимость элементов питания.

А чем плохи нынешние батареи?

Нынешние ячейки типа 2170 Tesla использует с 2014 года и даже выпускает их на заводе Tesla Gigafactory. Однако сами батареи разработаны компанией Panasonic, и она же, по сути, их и собирает на мощностях Теслы. Проблема в том, что аккуму­ляторов Panasonic банально не хватает. Ещё в 2018 году Tesla не смогла выйти на обещанные объёмы производства Model 3 именно того, что компания Panasonic оказалась не в состоянии изготовить достаточно элементов для Model 3 и Model Y.

Рендер Tesla Gigafactory 1 в штате Невада

Собственное производство батарей позволит преодолеть дефицит, но это не значит, что чужие элементы питания окажутся ненужными. Ещё до презентации батарей нового типа Илон Маск написал в своём Твиттере, что компания продолжит использовать аккуму­ляторы компаний Panasonic, CATL, LG Chem и других, причем закупать их плани­руется в ещё больших объёмах.

Когда новые батареи станут серийными?

По словам самого Маска, запуск производства ячеек нового типа готовится к пилотному этапу. Промыш­ленное производ­ство начнётся ближе к концу 2020 года. Поначалу эти аккуму­ляторы будут ставить на продукцию Tesla для Китая, а потом они появятся на машинах и для других рынков.

Судя по всему, новые батареи первыми получат седаны Tesla 3 в самых дальнобойных версиях, а потом ячейки адаптируют и для других версий. И именно их Маск намерен использовать в будущем авто­мобиле массового сегмента стоимостью около 25 тыс. долларов.

Источник

Устройство аккумулятора Тесла и его разновидности

Американская компания Tesla Motors некоторое время назад произвела настоящую революцию в сфере производства электромобилей. Им удалось наладить серийное производство экологически чистых транспортных средств. Причём топовые модели Tesla имели динамические характеристики, сравнимые с бензиновыми суперкарами. Электромобили объединили в себе передовые разработки инженеров компании, в числе которых была и технология создания тяговых аккумуляторных батарей. Именно об аккумуляторах для Тесла и пойдёт речь в этой статье. Мы рассмотрим, какие АКБ устанавливались и устанавливаются на американские электромобили, а также их устройство.

Разновидности аккумуляторных батарей на электромобилях Тесла

С момента запуска серийной сборки Model S, а затем и Model X, на эти электромобили устанавливались батареи, ёмкость которых лежала в диапазоне 40─100 кВтч. Они состояли 8, 12, 16 секций. Секция, в свою очередь, состоит из большого количества соединённых между собой литиевых элементов. Сначала использовались аккумуляторные элементы форм-фактора 18650 производства Panasonic. Позднее стали использовать аккумуляторные батареи форм-фактора 21700.

Требования к этим аккумуляторам в Tesla предъявляют довольно жёсткие, и компания Panasonic в качестве поставщика была выбрана не случайно. Японский производитель смог обеспечить выпуск качественных элементов, выдерживающих серьёзные нагрузки.

На изображениях ниже можно посмотреть схематическое устройство силовой части электромобиля Tesla.

Какие виды аккумуляторов для Tesla выпускались?

• 40 кВтч. Эти тяговые АКБ были двух типов: из 8 и 12 модулей. Первые были сделаны на базе батареи для модели Тойота RAV4 EV. Аккумулятор из 12 блоков имел номинал 60 кВтч, но программно был ограничен на отметке 40 кВтч. Выпуск этих моделей был довольно быстро прекращён из-за низкого спроса на Tesla Model S 40 кВтч.
• 60 кВтч. Выпускались модификации с 12 или 16 секциями. Первые использовались на Model S40. Модификация с 16 модулями представляла собой модифицированный вариант, который выпускался с обозначением «New».
• 70/75 кВтч. Эти модели использовались на Model S60 (S60D), S70 (S70D), S75 (S75D). Для S60 использовались модификации с номиналом 60 кВтч, имеющие на 77 аккумуляторных элементов меньше, чем в моделях S70. В последних все модели были загружены целиком.
• 85/90 кВтч. Модификации номиналом 85 и 90 кВтч (и 100 также) состоят из 16 модулей. Каждый из них имеет в своём составе 444 литиевых элемента и плату управления, управляющую их зарядом, разрядом и балансировкой. Наиболее популярным аккумулятором для Tesla стал 85 кВтч, имеющий в своём составе 7104 элементом форм-фактора 18650.

Специалисты Panasonic в 2015 году усовершенствовали конструкцию анода литиевых аккумуляторных элементов, в результате чего ёмкость аккумулятора увеличилась на 6 процентов. Так появились АКБ с номиналом 90 кВтч.

100 кВтч. Это наиболее мощная версия. Инженеры Tesla изменили внутреннюю конфигурацию аккумуляторной батареи и в каждом модуле разместили 516 элементов 18650. В результате всего в АКБ разместились 8256 штук. Запасённая энергия составила более 100 кВтч. Электромобиль на таком аккумуляторе пробегает около 500 км. Токоотдача составила 25C.

Это стало наилучшим результатом. Но специалисты на этом не остановились и исследования продолжаются. Для повышения эффективности АКБ и уменьшения издержек Tesla возвели в населённом пункте Спаркс (штат Невада) крупный аккумуляторный завод, получивший название Gigafactory 1.

По данным некоторых зарубежных изданий на фабрике Gigafactory 1 запустили сборку АКБ для электромобилей Tesla с использованием элементов форм-фактора 21700. Диаметр этих цилиндрических аккумуляторов 21 мм, а длина 70 мм.

Их сначала применяли в батареях Tesla Powerpack и Powerwall, а затем в новом Model 3. Этот седан уступает по размерам Model S. Сообщается, что энергоэффективность 21700 выше 18650 на 10─15 процентов. При этом объём запасаемой энергии выше на 46 процентов.

На вышеупомянутом предприятии работает больше 6 тысяч человек и планируется значительное расширение штата. Строительство завода обошлось в сумму около 5 млрд долларов США.
Вернуться к содержанию

Что внутри?

Поскольку электромобиль Tesla является весьма дорогим транспортным средством, не каждый владелец может позволить себе распотрошить на камеру его аккумуляторную батарею. Кстати, стоимость аккумулятора составляет 40─50 тысяч $. Но такие энтузиасты нашлись. Несколько лет назад на просторах англоязычного интернета появились фотографии разбора модели 85 кВтч.

Внутри можно обнаружить 16 модулей, соединённых параллельно. От попадания влаги и просто внешнего воздействия сделана защита в виде пластин из металла и пластиковых вставок. На фото можно видеть, как измеряют напряжение.

Сами аккумуляторы находятся близко друг к другу в специальных ячейках. Укладка осуществляется в автоматическом режиме промышленным роботом.

В модулях аккумуляторные элементы также подразделяются на группы по 74 элемента. Их работой управляют электронные платы, которые с натяжкой можно назвать аналогом BMS плат для аккумуляторов ноутбуков. Всего в АКБ 85 кВтч 7104 литий-ионных аккумуляторных элементов. Предусмотрена жидкостная система охлаждения.

Общий вес аккумуляторной батареи 85 кВтч составляет 540 кг. Габариты представлены ниже.

Позднее в общем доступе появились изображения разобранной АКБ, сделанные Джейсоном Хьюзом, одним из владельцев Tesla. На этот раз аккумуляторная батарея заявленная мощность была 100 кВтч.

Как удалось выяснить Хьюзу, реальная ёмкость батареи составила 102,4 кВтч. Чтобы выяснить реальные характеристики этой модели, он получил доступ в систему управлении питанием электромобиля. Он хотел проверить утверждения представителей Tesla о том, что батарея претерпела серьёзную модернизацию. В частности, сообщалось об обновлении архитектуры, системы охлаждения и электронной начинке.

Хьюзу удалось выяснить, что теперь в одном модуле АКБ находится 516 элементов, а суммарное количество составляет 8256 штук. По сравнению с предшествующими моделями 85/90 кВтч увеличение составило около 16 процентов. В модуль, по его словам, добавили несколько рядов для элементов. Контуры охлаждения стали более тонкими и короткими (в модуле два). В результате хладагент забирает тепло от меньшего количества элементов.

Новые аккумуляторы сохранили совместимость с различными модификациями Tesla Model X и Model S. Кроме того, по словам представителей компании, новые решения, реализованные в батарее, позволили им выпустить Model 3. Хьюз показал, что конструкция подключения охлаждающей системы, а также разъёма кабелей высокого и низкого напряжения осталась прежней. Как видно на фотографиях, коннекторы можно без проблем заменить.

Направление развития

Новые электромобили Tesla Model 3 имеют запас хода более 300 км. Информация о развитии будущих аккумуляторных батарей для Тесла в основном непроверенная. Были сообщения, что при сборке будут использовать литиевые элементы стандарта 21700 (диаметр 21 мм, длина 70 мм). Стоимость этих батарей будет немногим более 110$ за 1 кВт. По сравнению с альтернативными решениями это довольно дёшево. В модуль будут входить 4 базовых элемента с охлаждающим контуром, а вокруг них будут располагаться литиевые элементы 21700.

Химический состав: LiNiCoAlO₂ (литий-никель-кобальт-оксид алюминия c 80% никеля, 15% кобальта, 5% алюминия). Представители Tesla называют такой состав главным преимуществом их АКБ по сравнению с другими решениями. В частности, по их утверждению, на Model 3 устанавливаются батареи с наивысшей плотностью энергии из всех возможных.

Это было достигнуто благодаря существенному снижению содержания кобальта в катодной химии и увеличении объёма никеля. Им удалось сохранить отличные показатели температурной стабильности. По непроверенной информации, содержание никеля, марганца и кобальта в катоде будет в соотношении 8:1:1.

Сведения об этом содержались в отчёте компания Тесла за I квартал 2018 года. Илон Маск и технический директор Tesla Дж. Б. Страубель не раз заявляли, что направляют большие усилия для сокращения потребления кобальта. Это необходимо, чтобы сократить суммарные затраты на 1 кВт-ч при производстве батарей. Ведь кобальт является одним из наиболее дорогостоящих компонентов, используемых в производстве аккумуляторов для электромобилей Тесла. Как показывают данные OilPrice, его стоимость превышает 90 тысяч долларов за тонну.

В то же время, конкурирующие с Tesla компании из Японии, Германии, США, Южной Кореи пока отстают по технологии производства аккумуляторных батарей. За счёт них ещё некоторое время поставщики кобальта будут сохранять объёмы сбыта и компенсируют потери закупок со стороны Тесла.

Зарядка и деградация аккумуляторов

Что касается деградации аккумуляторных батарей, то последние модели Тесла демонстрируют потерю ёмкости на 10% после пробега 160 тысяч миль (чуть менее 260 тыс. км). Как показывают исследования, большинство аккумуляторов теряют 5% своей ёмкости за первые 80 тыс. км. После этого ёмкость выравнивается и деградация существенно замедляется.

Одно из ключевых требований к АКБ электромобилей заключается в том, чтобы они могли заряжаться быстро. Особенно это чувствительно, если вы находитесь в пути. Бытовая электросеть переменного тока 240 вольт способна заржать аккумуляторы с помощью ЗУ мощностью 10 кВт. В электромобиле имеется схема, выпрямляющая переменный ток. Благодаря схеме он превращается в постоянный ток. Подобный вариант для полного заряда требует несколько часов и подходит, если электромобиль стоит у вас дома или в гараже ночью.

Чтобы решить проблему зарядки в пути, Tesla установили зарядные станции постоянного тока Supercharger по всему миру. Они обеспечивают мощность до 135 кВт. DC заряжает аккумулятор в обход схемы зарядки. В результате на заряд батареи уходит 20─40 минут.

Из-за этих ограничений возникает верхний предел мощности зарядного устройства, которое можно использовать для зарядки аккумуляторов. Максимальная мощность вычисляется по формуле 4,2 * N * I. Здесь N означает число элементов в блоке, а I — это максимально разрешённый ток на один элемент. Для используемых в Tesla аккумуляторах значения получаются следующие.

• 85/90 кВтч. Мощность = 7104 х 16,8 (4,2*4) = 119,3 кВт.
• 100 кВтч. Мощность 8256 Х 16,8 = 138,7 кВт.

Дальнейшее увеличение мощности зарядки возможно лишь при наращивании зарядного тока. Но это ускорит деградацию литиевых элементов. Гарантию компания Tesla обеспечивает от отказа и поломок, но не от деградации. Но работа элементов обеспечивается таким образом, что деградация идёт всего лишь на 1─2% в год.

Источник