Устройство аккумуляторной батареи Tesla Model S. Батарея “Теслы”: устройство, характеристики, применение Какие аккумуляторы на автомобиле тесла

Потеря емкости батареи в ходе эксплуатации – одна из проблем электромобилей, несмотря на то, что этот процесс является нормой для любых устройств, оснащенных литий-ионными аккумуляторами. Однако эксперты организации Plug-in America установили, что электромобиль в этом отношении – исключение.

Так, они провели независимое исследование , которое показало, что потеря мощности батареи Model S даже при длительном пробеге является небольшой. В частности, блок аккумуляторов этого автомобиля в среднем теряет 5% своей мощности после преодоления машиной отметки в 50 тыс. миль (80 тыс. км), а при пробеге более 100 тыс. миль (160 тыс. км) – и вовсе менее 8%. Исследование было проведено на основе данных 500 электрокаров Tesla Model S, суммарный пробег которых составил более 12 млн миль (20 млн км).

Кроме того, Plug-in America провела еще одно исследование, которое показало, что за четыре года (с момента выхода Tesla Model S на рынок) в разы сократилось количество обращений на сервисные станции «Тесла» из-за проблем с аккумулятором, электродвигателем или зарядным устройством.

Емкость батареи может зависеть от нескольких факторов, таких как частота полной зарядки емкости, периоды времени пребывания в незаряженном состоянии и количество быстрых зарядок. Данные Plugin America также показывают, что коэффициенты замещения для основных компонентов значительно улучшились:

Такие данные обнадеживают, но несмотря на это Тесла продолжает работать над улучшением своей аккумуляторной батареи и технологий ячеек. Компания начала научное сотрудничество с исследовательской группой Jeff Dahn университета Далхаузи. Этот отдел специализируется на увеличении срока службы ячеек литий-ионных аккумуляторов, а его целью является максимальное продление пробега на батарее с небольшой потерей мощности.

Отметим, что батарея Tesla Model S, равно как и сам автомобиль с 2014 года имеет гарантию сроком на 8 лет и без ограничений на пробег. Тогда глава Tesla Илон Маск объяснил принятие такого решения так: «Если мы действительно верим, что электромоторы гораздо надежнее двигателей внутреннего сгорания, с меньшим количеством движущихся частей… то наша гарантийная политика должна отражать это».

Тяговые литий-ионные батареи Tesla , что внутри?

Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей - электромобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно. Сегодня мы заглянем внутрь тяговой аккумуляторной батареи электромобиля Tesla Model S, узнаем, как она устроена и раскроем магию успеха этой аккумуляторной батареи.

Поставка батарей клиентам осуществляется в таких вот ящиках из ОСБ.

Самая крупная и дорогая запчасть для Tesla Model S – блок тяговой аккумуляторной батареи.

Блок тяговой аккумуляторной батареи находится в днище автомобиля (по сути это пол электромобиля - машины), за счёт чего Tesla Model S имеет очень низкий центр тяжести и великолепную управляемость. Батарея крепится к силовой части кузова при помощи мощных кронштейнов (см. фото ниже) или выполняет роль силовой – несущей части кузова авто.

По данным североамериканского Агентства по защите окружающей US Environmental Protection Agency (EPA) одного заряда тяговой литий-ионной аккумуляторной батареи Tesla с номинальным напряжением 400В DC, ёмкостью 85 кВт·ч хватает на 265 миль (426 км) пробега, что позволяет преодолевать наибольшую дистанцию среди подобных электромобилей. При этом от 0 до 100 км/ч подобная машина разгоняется всего за 4,4 секунды.

Секрет успеха Tesla Model S – это высокоэффективные цилиндрические литий-ионные батареи высокой энергоёмкости, поставщик базовых элементов известная японская фирма Panasonic. Вокруг этих батарей ходит немало слухов.

О дин из них – это не влезай, убьёт!

Один из владельцев и энтузиастов Tesla Model S из США решил полностью разобрать использованную батарею для Tesla Model S энергоёмкостью 85 кВт·ч, чтобы детально изучить её конструкцию. Кстати, её стоимость, как запчасти, в США составляет 12 000 USD.

Сверху блок батареи размещено тепло и звука изоляционное покрытие, которое закрывается толстой полиэтиленовой плёнкой. Снимаем это покрытие, в виде ковра и готовимся к разборке. Для работы с батареей необходимо иметь изолированный инструмент и пользоваться резиновой обувью, и резиновыми защитными перчатками.

Батарея Tesla. Разбираем!

Тяговая аккумуляторная батарея Tesla (блок тяговой аккумуляторной батареи) состоит 16 батарейных модулей, каждый номинальным напряжением 25В (исполнение батарейного блока - IP56). Шестнадцать батарейных модулей соединены последовательно в батарею с номинальным напряжением 400В. Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic (вес одного аккумулятора 46 г), которые соединены по схеме 6s74p (6 элементов последовательно и 74 таких групп параллельно). Всего в тяговой аккумуляторной батарее Tesla – 7104 таких элементов (аккумуляторов). Батарея защищена от окружающей среды посредством использования металлического корпуса с алюминиевой крышкой. На внутренней стороне общей алюминиевой крышки имеются пластиковые накладки, в виде плёнки. Общая алюминиевая крышка крепится винтами с металлическими, и резиновыми прокладками, которые герметизируются, дополнительно силиконовым герметиком. Блок тяговой аккумуляторной батареи разделен на 14 отсеков, в каждом отсеке размещен батарейный модуль. В каждом отсеке сверху и снизу батарейных модулей размещены листы прессованной слюды. Листы слюды обеспечивают хорошую изоляцию батареи электрическую, и тепловую от корпуса электромобиля. Отдельно спереди батареи под своей крышкой размещены два таких же батарейных модуля. В каждом из 16 батарейных модулей имеется встроенный блок BMU, который соединён с общей системой BMS, которая управляет работой, следит за параметрами, а так же обеспечивает защиту всей аккумуляторной батареи. Общие выводные клеммы (терминал) находится в задней части блока тяговой батареи.

До того, как полностью её разобрать, было замерено электрическое напряжение (оно составили около 313,8В), что говорит о том, что батарея разряжена, но находится в рабочем состоянии.

Батарейные модули отличается высокой плотностью элементов (аккумуляторов) 18650 Panasonic, которые там размещены и точностью подгонки деталей. Весь процесс сборки на заводе Tesla проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов, выдерживается даже определенная температура и влажность.

Каждый батарейный модуль состоит из 444 элементов (аккумуляторов), которые по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками - это литий-ионные цилиндрические аккумуляторы 18650, производства компании Panasonic. Энергоемкость каждого батарейного модуля из таких элементов составляет 5,3 кВт·ч.

В аккумуляторах 18650 Panasonic положительный электрод - графит, а отрицательный электрод - никель, кобальт и оксид алюминия.

Тяговая аккумуляторная батарея Tesla весит 540 кг, а её размеры равны 210 см в длину, 150 см в ширину, и 15 см в толщину. Количество энергии (5,3 кВт·ч), вырабатываемой всего одним блоком (из 16 батарейных модулей), равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от 100 портативных компьютеров. К минусу каждого элемента (аккумулятора) в качестве соединителя припаяна проволочка (внешний токовый ограничитель), который при превышении тока (или при коротком замыкании) сгорает и защищает цепь, при этом не работает только группа (из 6 аккумуляторов), в которой был этот элемент, все остальные аккумуляторы продолжают работать.

Тяговая аккумуляторная батарея Tesla охлаждается и подогревается с помощью жидкостной системы на основе антифриза.

При сборке своих батарей Тесла применяет элементы (аккумуляторы), произведенные компанией Panasonic в различных странах, таких, как Индия, КНР и Мексика. Финальная доработка и размещение в корпус батарейного отсека, производятся в Соединенных Штатах. Компания Tesla предоставляет гарантийной обслуживание своей продукции (в том числе и аккумуляторной батареи) на срок до 8 лет.

На фото (сверху) элементы - аккумуляторы 18650 Panasonic (завальцовка у элементов со стороны плюса «+»).

Таким образом, мы узнали, из чего состоит тяговая аккумуляторная батарея Tesla Model S.

Благодарим за внимание!

Батарея “Теслы” известна всему миру, благодаря прорыву компании в сфере электромобилей. Идея не нова и осваивается много лет ведущими автомобильными фирмами. Однако американские конструкторы смогли оптимизировать данное направление, принимая во внимание интересы потребителя. В большой степени это стало возможным за счет инновационных систем энергоснабжения, ориентированных на полную замену привычных моторов внутреннего сгорания. Рассмотрим особенности и разновидности данного накопителя.

Применение

Разработка принципиально новых видов аккумуляторов типа li-ion обусловлена задачами повышения эксплуатационных показателей электрокаров. В связи с этим базовая линейка модели Tesla S ориентирована на обеспечение транспортного средства инновационными источниками питания. Особенностью литиево-ионных батарей стало внедрение комбинированного режима работы, в котором допускается чередование подачи энергии от двигателя внутреннего сгорания и АБ. При этом инженеры компании продолжают разработку машин, полностью независимых от привычного вида горючего.

Стоит отметить, что инженеры не ограничиваются исключительно созданием питающих элементов для автомобильного транспорта. Уже выпущено несколько версия аккумуляторных батарей “Теслы” для бытовой и коммерческой эксплуатации. Если вариант для электрокара нацелен на поддерживание работы ходовых приспособлений и бортовой электроники, то стационарные накопительные модификации позиционируются, как автономные источники электроэнергии. Возможности указанных элементов позволяют использовать их для обслуживания домашней техники. Дополнительно ведутся исследования по аккумуляции солнечной энергии. Работы пока находятся на этапе разработки.

Устройство

Аккумуляторные батареи “Теслы” обладают уникальной структурой и способом размещения активных компонентов. Основным отличием от аналогом является литиево-ионная конфигурация. Подобные элементы применяются в конструкции мобильных приборов и электрического инструмента. В качестве АБ для автомобилей их впервые использовали инженеры фирмы “Тесла”. Весь блок делится на 74 отсека, внешне напоминающие пальчиковые батарейки. В зависимости от конфигурации аккумулятора, он включает в конструкцию от 6 до 16 сегментов. Положительный заряд поступает от графитового электрода, отрицательный момент создают несколько химических компонентов, включая никель, кобальт и оксид алюминия.

В машину АКБ Tesla интегрируются посредством фиксации на донной части транспортного средства. Подобное расположение обеспечивает заниженный центр тяжести электромобиля, повышая управляемость. В качестве крепежа используются специальные кронштейны. В настоящее время подобных решений не так много, поэтому часто сравнивают указанную деталь с традиционной аккумуляторной батареей.

Важные моменты касаются безопасности и способа размещения. Первый фактор гарантируется за счет высокопрочного корпуса, в котором монтируется батарея. Кроме того, каждый блок оснащается ограждением в виде металлических пластин. При этом выполняется изоляция не всей внутренней части, а каждого элемента отдельно. Также нужно отметить наличие накладки из пластика, предотвращающей попадание внутрь воды.

Преобразователь.
Высоковольтная проводка.
Основное зарядное приспособление.
Дополнительная “зарядка”.
Разъем.
Модуль.

Характеристики батареи “Тесла”

Самая мощная вариация АБ для электрического автомобиля состоит из 7104 маленьких батарей. Ниже приведены параметры указанного элемента:

Длина/толщина/ширина – 2100/150/1500 мм.
Показатель электрического напряжения – 3,6 В.
Объем питания, вырабатываемый одной секцией, идентичен потенциальным показателям ста персональных компьютеров.
Вес батарей “Теслы” – 540 кг.
Время проезда на одном заряде на среднем элементе силой 85 кВт/ч – около 400 км.
Набор скорости до 100 км/час – 4,4 секунды.

При указанных характеристиках возникает резонный вопрос, насколько долговечны указанные конструкции, ведь высокая производительность предполагает интенсивный износ активных деталей. Следует отметить, что производитель на свою продукцию дает восемь лет гарантии. Скорее всего, рабочий ресурс рассматриваемых АБ будет таким же.

Пока владельцы электрических машин не могут подтвердить либо опровергнуть данный факт. Кроме того, имеются результаты исследований, которые гласят о том, что параметр мощности аккумулятора отличается ее умеренной потерей. В среднем этот показатель составляет порядка 5 % на 80 тысяч километров. Имеются и другие факты, свидетельствующие о том, что владельцы указанного транспортного средства по поводу неполадок в батарейном отсеке обращаются все реже, по мере выхода новых моделей.

Емкость батареи “Теслы” (модель S)

Оценивать емкостную характеристику аккумуляторов необходимо с учетом развития производства. На протяжении совершенствования линейки показатель варьировался от 60 до 105 кВт/ч. Официальная информация свидетельствует о том, что пиковая емкость аккумулятора составляет около 100 кВт/ч. Как свидетельствуют отзывы владельцев, реальный параметр будет несколько ниже. Например, батарея “Теслы” на 85 кВт, фактически выдает не более 77 кВт.

В истории приводятся и обратные примеры, подтверждающие превышение объема. Известны случаи, когда 100-киловаттная АБ наделялись емкостью порядка 102 кВт. Время от времени обнаруживаются противоречия в определении активных питающих компонентов. Преимущественно, расхождения наблюдаются в оценках числа ячеек блока. Связано это с тем, что аккумулятор постоянно модернизируется и дорабатывается, оснащаясь инновационными элементами.

Компания–изготовитель утверждает, что каждый год обновленные модификации претерпевают трансформации в электронных деталях, охладительной системе, архитектуре. Конечная задача конструкторов – достижение максимально возможных качественных характеристик изделия.

Версия «Пауэр Волл» (Power Wall)

Как уже упоминалось ранее, наряду с выпуском аккумуляторов автомобиля “Тесла”, компания производит бытовые версии накопителей энергии. Одной из продуктивных и последних модификаций стал литиево-ионный вариант Power Wall. Он предназначен для выработки энергии в качестве постоянного источника либо эксплуатируется, как резервная конструкция по типу автономного генератора. Модель представлена в нескольких вариациях, отличающихся емкостью и служащих для выполнения определенных энергетических задач. Самыми популярными версиями являются установки на 7 и 10 кВт/ч.

Касательно эксплуатационных параметров, можно отметить, что «Пауэр Волл» обладает мощностью 3,3 кВт с рабочим напряжением 350-450 ватт, сила тока – 9 А. Вес конструкции составляет 100 килограмм, следовательно, о ее мобильности речи не идет. Однако в качестве варианта, например, для дачи в летнее время блок вполне подходит. Транспортируется узел без проблем, поскольку конструкторы большое внимание уделяют механической защите корпусной части. К определенным недостаткам можно отнести длительный период зарядки аккумулятора (12-18 часов), в зависимости от модификации накопителя.

Модель «Пауэр Пак» (Power Pack)

Указанная система основана на предыдущей версии, однако ориентирована на коммерческое предназначение. Это означает, что такая батарея “Теслы” используется для обслуживания предприятий. Она представляет собой энергетический накопитель, поддающийся масштабированию и обеспечивающий повышенную производительность системы на целевом объекте. Следует отметить, что объем аккумулятора составляет 100 кВт, при этом указанная емкость не относится к максимальному показателю. Инженеры предусмотрели гибкую конструкцию агрегации нескольких установок с возможностью получения значения от 500 кВт до 10 МВт.

Одиночные модификации также модернизируются в плане качества эксплуатации. Уже поступила официальная информация о появлении второй генерации коммерческих АБ, у которых параметр мощности составил 200 кВт, а коэффициент полезного действия приблизился к 99 %. Указанный накопитель энергии отличается технологическими показателями. Чтобы расширить объем, разработчики использовали реверсивный инвертор.

Указанное новшество дало возможность повысить одновременно мощность и производительность системы. В планах компании разработка и внедрение ячеек «Пауэр Пак» в конструкцию дополнительных солнечных компонентов типа Solar Roof. Такой подход позволяет возобновлять энергетический потенциал батареи не через специальные магистрали, а посредством бесплатного солнечного потока в непрерывном режиме.

Производственные мощности

Как утверждает сам производитель, инновационные аккумуляторы изготавливаются на собственном комбинате Tesla Gigafactory. Сборочная процедура организована при участии представителей фирмы «Панасоник» (поставка комплектующих элементов для сегментов блоков). На указанном предприятии производятся новейшие конструкции питающих систем, ориентированных на третью генерацию электрических автомобилей Model.

Предполагается, что совокупность числа выпускаемых изделий на предельном производственном цикле составит до 35 ГВт/ч. Стоит подчеркнуть, что указанный объем являет половину от всех параметров элементов питания, выпускаемых в мире. Текущее обслуживание осуществляется коллективом из 6,5 тысяч человек. В дальнейшем планируется дополнительно создать еще 20 тысяч рабочих мест.

Среди особенностей отмечают высокую степень защиты от взлома аккумуляторной батареи. Это нивелирует возможные риски наполнения рынка контрафактными вариациями. Кроме того, сама процедура производства предполагает участие в процессе высокоточной роботизированной техники. Нет сомнений, что отобразить все технологические производственные нюансы в нынешнее время способны только корпорации уровня “Теслы”. Большинство заинтересованных организаций не нуждаются в плагиате, поскольку интенсивно ведут собственные разработки.

Ценовая политика

Стоимость батареи “Теслы” также постоянно варьируется по причине удешевления производственных технологий и в связи с выходом обновленных комплектующих элементов с повышенными эксплуатационными параметрами. Два-три года назад рассматриваемый тип накопительного приспособления продавался в пределах 45 тысяч долларов (около 3 млн рублей). Сейчас блоки имеют цену порядка пяти тысяч долларов (330 000 рублей).

Примерно такая же стоимость у домашних аналогов конфигурации «Пауэр Волл». К самым дорогим версиям причисляют коммерческую аккумуляторную батарею. Например, первое поколение указанного прибора можно приобрести за 20-25000 $ (примерно 1 327 000 – 1 650 000 рублей).

Конкурирующие модификации

Компания “Тесла” не является монополистом по выпуску li-ion аккумуляторов. Несмотря на то, что на рынке другие марки не так известны, их параметры вполне конкурентноспособны. Среди популярных представителей:

Корейская корпорация LG производит накопители Chem Resu, являющиеся аналогами тесловских PowerWall (система объемом 6,5 кВт/ч стоит около 4 тысяч долларов или 265 000 рублей).
Продукт от Sunverge обладает диапазоном мощности от 6 до 23 кВт/ч, отличается возможностью мониторинга заряда и подсоединения к солнечным панелям (цена составляет 10-20 тысяч долларов или 665 000 – 1 327 000 рублей).
компания ElectrIQ реализует бытовые накопительные аккумуляторы емкостью 10 кВт/ч (вместе с инвертором изделие обойдется в 13000 долларов или в 865 000 рублей).
Среди автомобильных конкурентов выделяются такие фирмы, как «Ниссан», «Мерседес».

У первого автогиганта изготавливается серия аккумуляторных батарей типа XStorage (рабочий объем – 4,2 кВт/ч). К нюансам указанной модификации причисляют высокий уровень экологической безопасности, полностью соответствующий мировым стандартам по выпуску легковых машин. У «Мерседеса» изготавливаются компактные версии по 2,5 кВт/ч. При этом их можно объединять в увеличенные производительные системы емкостью 20 кВт/ч.

Особенности

Батареи электромобиля “Тесла” и их бытовые аналоги для массового потребителя не очень доступны. С системами «Пауэр Волл» ситуация несколько меняется за счет удешевления компонентов. А вот идея агрегации с блоками солнечных панелей пока успешно не может быть реализована по причине высокой стоимости. Бесспорно, возможность аккумуляции бесплатного источника энергии выгодна для потребителей, однако покупка подобных конструкций не по карману большинству заинтересованных пользователей.

Похожая история и с другими альтернативными накопителями, принцип работы и использование которых дает массу плюсов, но требует применения высокотехнологичных приспособлений и устройств.

Итог

На рынке аккумуляторов для электрокаров, “Тесла” является безусловным лидером. Во многом это связано с использованием в производстве экологически чистого транспорта инновационного оборудования. При этом инженеры ведущей компании сталкиваются с определенными препятствиями. Например, серию Model S с литиево-ионными элементами критикуют за слабую защиту, касательно возгорания питающих элементов.

Однако конструкторы постоянно усовершенствуют свои модели и конструктивно относятся к критике. Например, после единственного за всю историю эксплуатации электромобилей возгорания АБ на машины стали устанавливать полый алюминиевый брус (для защиты от препятствий на дорожном покрытии), щит из прессованного алюминия и титановую плиту. Все, кто купил машины до этого усовершенствования, предложено бесплатно их доукомплектовать на станциях ТО.

Заглянем внутрь батареи электромобиля Tesla Model S и узнаем как она устроена.

По данным североамериканского Агентства по защите окружающей среды (ЕРА), Model S достаточно одного подзаряда батарей объемом 85 кВт*ч для преодоления более 400 км, что является самым значимым показателем среди подобных автомобилей, представленных на специализированном рынке. Для разгона до 100 км/час электрокару достаточно лишь 4,4 секунды.

Залогом успеха данной модели является наличие литий-ионных батарей, основные составляющие которых поставляются для Тесла компанией Panasonic. Аккумуляторы Тесла овеяны легендами. И поэтому один из обладателей такой батареи решился нарушить ее целостность и выяснить, что она представляет из себя внутри. Кстати, стоимость подобной батареи равна 45 000 USD.

Аккумулятор расположен в днище, благодаря чему Тесла обладает низким центром тяжести и прекрасной управляемостью. Присоединяется он к кузову посредством кронштейнов.

Разбираем:

Батарейный отсек формируют 16 блоков, которые параллельно соединены и ограждены от окружающей среды посредством металлических пластин, а также, пластиковой накладкой, предотвращающей попадание воды.

До того, как полностью ее разобрать, было замерено электрическое напряжение, подтвердившее рабочее состояние батареи.

Сборка аккумуляторов отличается высокой плотностью и точностью подгонки деталей. Весь процесс комплектации проходит в полностью стерильном помещении, с использованием роботов.

Каждый блок состоит из 74 элементов, по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками (литий-ионные ячейки Panasonic), разделенных на 6 групп. При этом, выяснить схему их размещения и работы почти нереально — это большой секрет, а значит, сделать реплику данной батареи будет крайне трудно. Китайский аналог аккумулятора Tesla Model S мы вряд ли увидим.

В роли положительного электрода служит графит, а отрицательного — никель, кобальт и оксид алюминия. Указанный объем электрического напряжения в капсуле составляет 3,6В.

Самый мощный из имеющихся аккумуляторов (его объем составляет 85 кВт*ч) состоит из 7104 подобных батарей. И весит он порядка 540 кг, а его параметры равны 210 см в длину, 150 см в ширину и 15 см в толщину. Количество энергии, вырабатываемой всего одним блоком из 16, равно количеству, производимому сотней аккумуляторов от портативных компьютеров.

При сборке своих батарей Тесла применяют элементы, произведенные в различных странах, таких, как Индия, КНР, Мексика, но финальная доработка и комплектация производятся в Соединенных Штатах. Компания предоставляет гарантийное обслуживание своей продукции на срок до 8 лет.

Теперь и вы знаете из чего состоит аккумулятор электромобиля Tesla Model S.

Тесла Моторс является создателем поистине революционных экомобилей, которые не только выпускаются серийно, но и обладают уникальными показателями, позволяющими их использование буквально ежедневно. Сегодня мы заглянем внутрь батареи электромобиля Tesla Model S узнаем как она устроена и раскроем магию успеха этого аккумулятора.

Батарея Tesla. Разбираем

Каждый блок состоит из 74 элементов, по виду крайне схожих с простыми пальчиковыми батарейками (литий-ионные ячейки Panasonic), разделенных на 6 групп. При этом, выяснить схему их размещения и работы почти нереально - это большой секрет, а значит, сделать реплику данной батареи будет крайне трудно. Китайский аналог аккумулятора Tesla Model S мы врядли увидим!

В роли положительного электрода служит графит, а отрицательного - никель, кобальт и оксид алюминия. .

При сборке своих батарей Тесла применяют элементы, произведенные в различных странах, таких, как Индия, КНР, Мексика, но финальная доработка и комплектация производятся в Соединенных Штатах. Компания предоставляет гарантийной обслуживание своей продукции на срок до 8 лет.