Пристрій акумуляторної батареї Tesla Model S. Батарея "Тесла": пристрій, характеристики, застосування Які акумулятори на автомобілі тісла

Втрата ємності батареї під час експлуатації – одна з проблем електромобілів, незважаючи на те, що цей процес є нормою для будь-яких пристроїв, які оснащені літій-іонними акумуляторами. Проте експерти організації Plug-in America встановили, що електромобіль щодо цього – виняток.

Так вони провели незалежне дослідження, Що показало, що втрата потужності батареї Model S навіть при тривалому пробігу є невеликою. Зокрема, блок акумуляторів цього автомобіля в середньому втрачає 5% своєї потужності після подолання машиною позначки 50 тис. миль (80 тис. км), а при пробігу понад 100 тис. миль (160 тис. км) – і зовсім менше 8% . Дослідження було проведено на основі даних 500 електрокарів Tesla Model S, сумарний пробіг яких становив понад 12 млн миль (20 млн км).

Крім того, Plug-in America провела ще одне дослідження, яке показало, що за чотири роки (з моменту виходу Tesla Model S на ринок) у рази скоротилася кількість звернень на сервісні станції Тесла через проблеми з акумулятором, електродвигуном або зарядним. пристроєм.

Місткість батареї може залежати від декількох факторів, таких як частота повної зарядки ємності, періоди перебування в незарядженому стані і кількість швидких зарядок. Дані Plugin America також показують, що коефіцієнти заміщення для основних компонентів значно покращилися:

Такі дані обнадіюють, але незважаючи на це Тесла продовжує працювати над покращенням своєї акумуляторної батареї та технологій осередків. Компанія розпочала наукову співпрацю з дослідницькою групою Jeff Dahn університету Далхаузі. Цей відділ спеціалізується на збільшенні терміну осередків літій-іонних акумуляторів, а його метою є максимальне продовження пробігу на батареї з невеликою втратою потужності.

Зазначимо, що батарея Tesla Model S, як і сам автомобіль з 2014 року має гарантію терміном на 8 років і без обмежень на пробіг. Тоді глава Tesla Ілон Маск пояснив прийняття такого рішення так: «Якщо ми дійсно віримо, що електромотори набагато надійніші за двигуни внутрішнього згоряння, з меншою кількістю рухомих частин… то наша гарантійна політика повинна відображати це».

Тягові літій-іонні батареїTesla, що всередині?

Тесла Моторс є творцем воістину революційних екомобілів - електромобілів, які не тільки випускаються серійно, але й мають унікальні показники, що дозволяють їх використання буквально щодня. Сьогодні ми заглянемо всередину тягової акумуляторної батареї електромобіля Tesla Model S, дізнаємось, як вона влаштована та розкриємо магію успіху цієї акумуляторної батареї.

Постачання батарей клієнтам здійснюється в таких ось ящиках з ОСБ.

Найбільша та найдорожча запчастина для Tesla Model S – блок тягової акумуляторної батареї.

Блок тягової акумуляторної батареї знаходиться в днищі автомобіля (по суті це підлога електромобіля - машини), за рахунок чого Tesla Model S має дуже низький центр ваги та чудову керованість. Батарея кріпиться до силової частини кузова за допомогою потужних кронштейнів (див. фото нижче) або виконує роль силової – несучої частини кузова авто.

За даними північноамериканського Агентства захисту навколишнього US Environmental Protection Agency (EPA) одного заряду тягової літій-іонної акумуляторної батареї Tesla з номінальною напругою 400В DC, ємністю 85 кВт·год вистачає на 265 миль (426 км) пробігу, що дозволяє подібних електромобілів. При цьому від 0 до 100 км/год подібна машина розганяється лише за 4,4 секунди.

Секрет успіху Tesla Model S - це високоефективні літій-іонні батареї високої енергоємності, постачальник базових елементів відома японська фірма Panasonic. Навколо цих батарей ходить чимало чуток.

Продин зних – цене влазь, уб'є!

Один із власників та ентузіастів Tesla Model S із США вирішив повністю розібрати використану батарею для Tesla Model S енергоємністю 85 кВт·год, щоб детально вивчити її конструкцію. До речі, її вартість як запчастини в США становить 12 000 USD.

Зверху блок батареї розміщено тепло та звукоізоляційне покриття, яке закривається товстою поліетиленовою плівкою. Знімаємо це покриття, у вигляді килима і готуємося до розбирання. Для роботи з батареєю необхідно мати ізольований інструмент і користуватися гумовим взуттям та гумовими захисними рукавичками.

Батарея Tesla. Розбираємо!

Тягова акумуляторна батарея Tesla (блок тягової акумуляторної батареї) складається з 16 батарейних модулів, кожен номінальною напругою 25В (виконання батарейного блоку - IP56). Шістнадцять батарейних модулів послідовно з'єднані в батарею з номінальною напругою 400В. Кожен батарейний модуль складається з 444 елементів (акумуляторів) 18650 Panasonic (вага одного акумулятора 46 г), які з'єднані за схемою 6s74p (6 елементів послідовно та 74 таких груп паралельно). Загалом у тяговій акумуляторній батареї Tesla – 7104 таких елементів (акумуляторів). Батарея захищена від навколишнього середовища за допомогою металевого корпусу з алюмінієвою кришкою. На внутрішній стороні загальної алюмінієвої кришки є пластикові накладки у вигляді плівки. Загальна алюмінієва кришка кріпиться гвинтами з металевими та гумовими прокладками, які герметизуються, додатково силіконовим герметиком. Блок тягової акумуляторної батареї розділений на 14 відсіків, у кожному відсіку розміщено батарейний модуль. У кожному відсіку зверху та знизу батарейних модулів розміщені листи пресованої слюди. Листи слюди забезпечують хорошу ізоляцію батареї електричну та теплову від корпусу електромобіля. Окремо спереду батареї під своєю кришкою розміщено два такі ж батарейні модулі. У кожному з 16 батарейних модулів є вбудований блок BMU, який з'єднаний із загальною системою BMS, яка керує роботою, стежить за параметрами, а також забезпечує захист усієї акумуляторної батареї. Загальні вивідні клеми (термінал) знаходяться у задній частині блоку тягової батареї.

До того, як її повністю розібрати, було виміряно електричне напруга (воно становили близько 313,8В), що говорить про те, що батарея розряджена, але знаходиться в робочому стані.

Батарейні модулі відрізняється високою щільністю елементів (акумуляторів) 18650 Panasonic, які там розміщені та точністю припасування деталей. Весь процес збирання на заводі Tesla проходить у повністю стерильному приміщенні, з використанням роботів, витримується навіть певна температура та вологість.

Кожен батарейний модуль складається з 444 елементів (акумуляторів), які на вигляд вкрай схожі з простими пальчиковими батарейками - це літій-іонні циліндричні акумулятори 18650, виробництва компанії Panasonic. Енергоємність кожного батарейного модуля таких елементів становить 5,3 кВт·ч.

В акумуляторах 18650 Panasonic позитивний електрод - графіт, а негативний електрод - нікель, кобальт та оксид алюмінію.

Тягова акумуляторна батарея Tesla важить 540 кг, а її розміри дорівнюють 210 см завдовжки, 150 см завширшки, і 15 см завтовшки. Кількість енергії (5,3 кВт·год), що виробляється всього одним блоком (з 16 батарейних модулів), дорівнює кількості, що виробляється сотнею акумуляторів від 100 портативних комп'ютерів. До мінусу кожного елемента (акумулятора) як з'єднувач припаяна тяганина (зовнішній струмовий обмежувач), який при перевищенні струму (або при короткому замиканні) згоряє і захищає ланцюг, при цьому не працює тільки група (з 6 акумуляторів), в якій був цей елемент , решта акумуляторів продовжує працювати.

Тягова акумуляторна батарея Tesla охолоджується та підігрівається за допомогою рідинної системи на основі антифризу.

При збиранні своїх батарей Тесла застосовує елементи (акумулятори), вироблені компанією Panasonic у різних країнах, таких як Індія, КНР та Мексика. Фінальна доопрацювання та розміщення в корпус батарейного відсіку, що проводяться в Сполучених Штатах. Компанія Tesla надає гарантійне обслуговування своєї продукції (у тому числі і акумуляторної батареї) на строк до 8 років.

На фото (згори) елементи - акумулятори Panasonic 18650 (завальцювання у елементів з боку плюсу «+»).

Таким чином, ми дізналися, з чого складається акумуляторна тягова батарея Tesla Model S.

Дякуємо за увагу!

Батарея "Тесли" відома усьому світу, завдяки прориву компанії у сфері електромобілів. Ідея не нова і освоюється багато років провідними автомобільними фірмами. Однак американські конструктори змогли оптимізувати цей напрямок, беручи до уваги інтереси споживача. Великою мірою це стало можливим за рахунок інноваційних систем енергопостачання, орієнтованих на повну заміну звичних двигунів внутрішнього згоряння. Розглянемо особливості та різновиди даного накопичувача.

Застосування

Розробка нових видів акумуляторів типу li-ion обумовлена завданнями підвищення експлуатаційних показників електрокарів. У зв'язку з цим базова лінійка моделі Tesla S орієнтована забезпечення транспортного засобу інноваційними джерелами живлення. Особливістю літієво-іонних батарей стало використання комбінованого режиму роботи, в якому допускається чергування подачі енергії від двигуна внутрішнього згоряння та АБ. При цьому інженери компанії продовжують розробку машин, які повністю незалежні від звичного виду пального.

Варто зазначити, що інженери не обмежуються виключно створенням елементів живлення для автомобільного транспорту. Вже випущено кілька версій акумуляторних батарей "Тесла" для побутової та комерційної експлуатації. Якщо варіант для електрокара націлений на підтримку роботи ходових пристроїв та бортової електроніки, то стаціонарні накопичувальні модифікації позиціонуються як автономні джерела електроенергії. Можливості зазначених елементів дозволяють їх використовувати для обслуговування домашньої техніки. Додатково проводять дослідження з акумуляції сонячної енергії. Роботи поки що знаходяться на етапі розробки.

Пристрій

Акумуляторні батареї “Тесла” мають унікальну структуру та спосіб розміщення активних компонентів. Основною відмінністю від аналогом є літієво-іонна конфігурація. Подібні елементи застосовуються у конструкції мобільних приладів та електричного інструменту. Як АБ для автомобілів їх вперше використовували інженери фірми "Тесла". Весь блок ділиться на 74 відсіки, що зовні нагадують пальчикові батарейки. Залежно від конфігурації акумулятора, він включає конструкцію від 6 до 16 сегментів. Позитивний заряд надходить від графітового електрода, негативний момент утворюють кілька хімічних компонентів, включаючи нікель, кобальт і оксид алюмінію.

У машину АКБ Tesla інтегруються за допомогою фіксації донної частини транспортного засобу. Подібне розташування забезпечує занижений центр ваги електромобіля, підвищуючи керованість. Як кріплення використовуються спеціальні кронштейни. В даний час подібних рішень не так багато, тому часто порівнюють вказану деталь із традиційною акумуляторною батареєю.

Важливі моменти стосуються безпеки та способу розміщення. Перший фактор гарантується за рахунок міцного корпусу, в якому монтується батарея. Крім того, кожен блок оснащується огородженням у вигляді металевих пластин. При цьому виконується ізоляція не всієї внутрішньої частини, а кожного елемента окремо. Також потрібно відзначити наявність накладки із пластику, що запобігає попаданню всередину води.

Перетворювач.
Високовольтне проведення.
Основний зарядний пристрій.
Додаткова заряджання.
Роз'єм.
Модуль.

Характеристики батареї "Тесла"

Найпотужніша варіація АБ для електричного автомобіля складається з 7104 маленьких батарей. Нижче наведено параметри вказаного елемента:

Довжина/товщина/ширина – 2100/150/1500 мм.
Показник електричної напруги – 3,6 Ст.
Обсяг живлення, що виробляється однією секцією, ідентичний потенційним показникам ста персональних комп'ютерів.
Вага батарей "Тесла" - 540 кг.
Час проїзду однією заряді на середньому елементі силою 85 кВт/год – близько 400 км.
Набір швидкості до 100 км/год – 4,4 секунди.

При зазначених характеристиках виникає резонне питання, наскільки довговічні зазначені конструкції, адже висока продуктивність передбачає інтенсивне зношування активних деталей. Слід зазначити, що виробник свою продукцію дає вісім років гарантії. Швидше за все, робочий ресурс аналізованих АБ буде таким самим.

Поки що власники електричних машин не можуть підтвердити або спростувати цей факт. Крім того, є результати досліджень, які свідчать, що параметр потужності акумулятора відрізняється її помірною втратою. У середньому цей показник становить близько 5% на 80 тисяч кілометрів. Є й інші факти, які свідчать, що власники зазначеного транспортного засобу щодо проблем у батарейному відсіку звертаються дедалі рідше, з виходу нових моделей.

Місткість батареї “Тесла” (модель S)

Оцінювати ємнісну характеристику акумуляторів необхідно з урахуванням розвитку. Протягом удосконалення лінійки показник змінювався від 60 до 105 кВт/год. Офіційна інформація свідчить, що пікова ємність акумулятора становить близько 100 кВт/год. Як свідчать відгуки власників, реальний параметр буде дещо нижчим. Наприклад, батарея Тесла на 85 кВт, фактично видає не більше 77 кВт.

В історії наводяться й обернені приклади, що підтверджують перевищення обсягу. Відомі випадки, коли 100-кіловатна АБ наділялися ємністю близько 102 кВт. Іноді виявляються протиріччя визначенні активних живильних компонентів. Переважно розбіжності спостерігаються в оцінках числа осередків блоку. Пов'язано це з тим, що акумулятор постійно модернізується та допрацьовується, обладнаний інноваційними елементами.

Компанія-виробник стверджує, що щороку оновлені модифікації зазнають трансформацій в електронних деталях, охолоджувальній системі, архітектурі. Кінцеве завдання конструкторів – досягнення максимально можливих якісних характеристик виробу.

Версія "Пауер Волл" (Power Wall)

Як уже згадувалося раніше, поряд з випуском акумуляторів автомобіля "Тесла" компанія виробляє побутові версії накопичувачів енергії. Однією з продуктивних та останніх модифікацій став літієво-іонний варіант Power Wall. Він призначений вироблення енергії як постійного джерела чи експлуатується, як резервна конструкція на кшталт автономного генератора. Модель представлена в кількох варіаціях, що відрізняються ємністю та службовцями для виконання певних енергетичних завдань. Найпопулярнішими версіями є установки на 7 та 10 кВт/год.

Щодо експлуатаційних параметрів, можна відзначити, що «Пауер Волл» має потужність 3,3 кВт з робочою напругою 350-450 ват, сила струму – 9 А. Вага конструкції становить 100 кілограм, отже, про її мобільність не йдеться. Однак як варіант, наприклад, для дачі в літній час блок цілком підходить. Транспортується вузол без проблем, оскільки конструктори приділяють велику увагу механічному захисту корпусної частини. До певних недоліків можна віднести тривалий період заряджання акумулятора (12-18 годин), залежно від модифікації накопичувача.

Модель "Пауер Пак" (Power Pack)

Зазначена система ґрунтується на попередній версії, проте орієнтована на комерційне призначення. Це означає, що така батарея Тесла використовується для обслуговування підприємств. Вона є енергетичним накопичувачем, що піддається масштабуванню і забезпечує підвищену продуктивність системи на цільовому об'єкті. Слід зазначити, що об'єм акумулятора становить 100 кВт, при цьому зазначена ємність не відноситься до максимального показника. Інженери передбачили гнучку конструкцію агрегації кількох установок із можливістю отримання значення від 500 кВт до 10 МВт.

Поодинокі модифікації також модернізуються щодо якості експлуатації. Вже надійшла офіційна інформація про появу другої генерації комерційних АБ, у яких параметр потужності становив 200 кВт, а коефіцієнт корисної дії наблизився до 99%. Зазначений накопичувач енергії відрізняється технологічними показниками. Щоб розширити обсяги, розробники використовували реверсивний інвертор.

Зазначене нововведення дало можливість підвищити одночасно потужність та продуктивність системи. У планах компанії розробка та впровадження осередків "Пауер Пак" в конструкцію додаткових сонячних компонентів типу Solar Roof. Такий підхід дозволяє відновлювати енергетичний потенціал батареї не через спеціальні магістралі, а за допомогою безкоштовного сонячного потоку в безперервному режимі.

Виробничі потужності

Інноваційні акумулятори виготовляються на власному комбінаті Tesla Gigafactory. Складальна процедура організована за участю представників фірми "Панасонік" (постачання комплектуючих елементів для сегментів блоків). На вказаному підприємстві виробляються нові конструкції систем живлення, орієнтованих на третю генерацію електричних автомобілів Model.

Передбачається, що сукупність числа виробів на граничному виробничому циклі складе до 35 ГВт/год. Варто підкреслити, що вказаний обсяг становить половину всіх параметрів елементів живлення, що випускаються у світі. Поточне обслуговування здійснюється колективом із 6,5 тисяч осіб. Надалі планується додатково створити ще 20 тисяч робочих місць.

Серед особливостей відзначають високий рівень захисту від злому акумуляторної батареї. Це нівелює можливі ризики заповнення ринку контрафактними варіаціями. Крім того, сама процедура виробництва передбачає участь у процесі високоточної роботизованої техніки. Немає сумнівів, що відобразити всі технологічні виробничі нюанси нині здатні лише корпорації рівня “Тесли”. Більшість зацікавлених організацій не потребують плагіату, оскільки інтенсивно ведуть власні розробки.

Цінова політика

Вартість батареї "Тесли" також постійно варіюється через здешевлення виробничих технологій і у зв'язку з виходом оновлених комплектуючих елементів з підвищеними експлуатаційними параметрами. Два-три роки тому тип накопичувального пристосування продавався в межах 45 тисяч доларів (близько 3 млн рублів). Зараз блоки мають ціну близько п'яти тисяч доларів (330 000 рублів).

Приблизно така сама вартість у домашніх аналогів конфігурації «Пауер Волл». До найдорожчих версій зараховують комерційну акумуляторну батарею. Наприклад, перше покоління зазначеного приладу можна придбати за 20-25000 $ (приблизно 1327000 - 1650000 рублів).

Конкуруючі модифікації

Компанія Тесла не є монополістом з випуску li-ion акумуляторів. Незважаючи на те, що на ринку інші марки не такі відомі, їх параметри цілком конкурентні. Серед популярних представників:

Корейська корпорація LG виробляє накопичувачі Chem Resu, що є аналогами теслівських PowerWall (система об'ємом 6,5 кВт/год коштує близько 4 тисяч доларів або 265 000 рублів).
Продукт від Sunverge має діапазон потужності від 6 до 23 кВт/год, відрізняється можливістю моніторингу заряду та приєднання до сонячних панелей (ціна становить 10-20 тисяч доларів або 665 000 - 1 327 000 рублів).
компанія ElectrIQ реалізує побутові накопичувальні акумулятори ємністю 10 кВт/год (разом з інвертором виріб коштуватиме 13000 доларів або 865 000 рублів).
Серед автомобільних конкурентів виділяються такі фірми, як "Нісан", "Мерседес".

Перший автогігант виготовляє серію акумуляторних батарей типу XStorage (робочий об'єм – 4,2 кВт/год). До нюансів зазначеної модифікації відносять високий рівень екологічної безпеки, що повністю відповідає світовим стандартам випуску легкових машин. У "Мерседеса" виготовляються компактні версії по 2,5 кВт/год. При цьому їх можна поєднувати у збільшені продуктивні системи ємністю 20 кВт/год.

Особливості

Батареї електромобіля "Тесла" та їх побутові аналоги для масового споживача не надто доступні. З системами "Пауер Волл" ситуація дещо змінюється за рахунок здешевлення компонентів. А ось ідея агрегації з блоками сонячних панелей поки що успішно не може бути реалізована через високу вартість. Безперечно, можливість акумуляції безкоштовного джерела енергії вигідна для споживачів, проте покупка подібних конструкцій не по кишені більшості зацікавлених користувачів.

Схожа історія і з іншими альтернативними накопичувачами, принцип роботи та використання яких дає масу плюсів, але потребує застосування високотехнологічних пристроїв та пристроїв.

Підсумок

На ринку акумуляторів для електрокарів, "Тесла" є безумовним лідером. Багато в чому це пов'язано із використанням у виробництві екологічно чистого транспорту інноваційного обладнання. При цьому інженери провідної компанії стикаються із певними перешкодами. Наприклад, серію Model S з літієво-іонними елементами критикують за слабкий захист щодо загоряння елементів живлення.

Однак конструктори постійно удосконалюють свої моделі та конструктивно ставляться до критики. Наприклад, після єдиного за всю історію експлуатації електромобілів загоряння АБ на машини стали встановлювати порожнистий алюмінієвий брус (для захисту від перешкод на дорожньому покритті), пресний щит алюмінію і титанову плиту. Всім, хто купив машини до цього вдосконалення, запропоновано їх доукомплектувати безкоштовно на станціях ТО.

Заглянемо всередину батареї електромобіля Tesla Model S і дізнаємось, як вона влаштована.

За даними північноамериканського Агентства захисту навколишнього середовища (ЕРА), Model S достатньо одного підзаряду батарей об'ємом 85 кВт*год для подолання понад 400 км, що є найбільш значним показником серед подібних автомобілів, представлених на спеціалізованому ринку. Для розгону до 100 км/год електрокар достатньо лише 4,4 секунди.

Запорукою успіху даної моделі є наявність літій-іонних батарей, основні складові яких поставляються для компанії Panasonic. Акумулятори Тесла овіяні легендами. І тому один із власників такої батареї зважився порушити її цілісність і з'ясувати, що вона є всередині. До речі, вартість подібної батареї дорівнює 45 000 USD.

Акумулятор розташований у днищі, завдяки чому Тесла має низький центр тяжіння і чудову керованість. Приєднується він до кузова за допомогою кронштейнів.

Розбираємо:

Батарейний відсік формують 16 блоків, які паралельно з'єднані та захищені від навколишнього середовища за допомогою металевих пластин, а також пластиковою накладкою, що запобігає попаданню води.

До того, як повністю її розібрати, була виміряна електрична напруга, що підтвердила робочий стан батареї.

Складання акумуляторів відрізняється високою щільністю і точністю припасування деталей. Весь процес комплектації відбувається у повністю стерильному приміщенні, з використанням роботів.

Кожен блок складається з 74 елементів, на вигляд вкрай схожих з простими пальчиковими батарейками (літій-іонні осередки Panasonic), розділених на 6 груп. При цьому з'ясувати схему їх розміщення та роботи майже нереально - це великий секрет, а значить, зробити репліку даної батареї буде вкрай важко. Китайський аналог акумулятора Tesla Model S навряд чи побачимо.

У ролі позитивного електрода служить графіт, а негативного - нікель, кобальт та оксид алюмінію. Зазначений обсяг електричної напруги в капсулі становить 3,6В.

Найпотужніший з наявних акумуляторів (його об'єм становить 85 кВт * год) складається з 7104 подібних батарей. І важить він близько 540 кг, а його параметри дорівнюють 210 см завдовжки, 150 см завширшки і 15 см завтовшки. Кількість енергії, що виробляється всього одним блоком з 16, дорівнює кількості, що виробляється сотнею акумуляторів від портативних комп'ютерів.

При складанні своїх батарей Тесла застосовують елементи, вироблені в різних країнах, таких як Індія, КНР, Мексика, але фінальна доробка та комплектація виробляються у Сполучених Штатах. Компанія надає гарантійне обслуговування своєї продукції терміном до 8 років.

Тепер і ви знаєте, з чого складається акумулятор електромобіля Tesla Model S.

Тесла Моторс є творцем воістину революційних екомобілів, які не тільки випускаються серійно, але й мають унікальні показники, що дозволяють їх використання буквально щодня. Сьогодні ми заглянемо всередину батареї електромобіля Tesla Model S, дізнаємось як вона влаштована і розкриємо магію успіху цього акумулятора.