Бесконечные батареи для теслы принцип работы
Обновлено: 16.05.2024
Массовые гарантийные случаи по замене батареи Тесла в первых электромобилях 2015-го года выпуска ожидаются к 2023-му году (подходят к концу 8 лет гарантии).
Будем честными, нам не удалось найти официальную статистику. Есть только личный субъективный опыт владельцев по уже заменённым в рамках гарантии или из-за ДТП батареям. Это обычные люди в США и Европе, блогеры и журналисты. Благо все эти рассказы подкрепляются зафиксированными документами по сервису — они исправно публикуются в Сети.
Предлагаем начать с отзыва одного из владельцев автомобиля Tesla, чтобы дать ясность, почему этот вопрос очень важен.
Стюарт Постер (Stuart Poster), владелец Tesla Model 3 LR, Южная Калифорния, США.
PS: Стюарт сообщил, что в чек ему ещё и стоимость доставки включили (около $2000). Итоговая замены батареи Тесла в данном случае вышла в $18000 США.
Когда требуется замена батареи в Тесла?
Многие автолюбители по привычке считают, что интервалы обслуживания машины Tesla следует считать в тысячах километров — то есть в пробеге. Это неправильно в отношении электромобилей.
Основной ресурс аккумулятора электромобиля измеряется от момента его производства до износа в 20% — диапазон по времени зависит от непосредственно деградации с годами (окислительно-восстановительных реакций) и интенсивности эксплуатации.
Истинный срок службы во многом зависит от качества обслуживания (например, его не сажают в ноль). Для батареи электромобилей обычно устанавливается гарантийный срок, а не пробег. Например, гарантия Tesla на аккумулятор составляет 8 лет.
Большинству покупателей кажется это достаточно большим сроком. Но в действительности это маркетинговая ширма, за которой прячется довольно горькая правда.
По гарантии аккумулятор Tesla заменят бесплатно только если от его изначальной ёмкости осталось не более 70%. Например, в Neovolt мы тоже меняем аккумуляторы, если остаток от изначальной ёмкости меньше 70%.
Питер Лукас, владелец Tesla Model X с аккумулятором 90 кВт•ч, Южная Калифорния, США.
Компания Tesloop — владелец самой первой Tesla Model S Tesloop 90D (известна как eHawk)
Общий пробег этого автомобиля уже более 400 000 миль (643 737 км) — сейчас у него самый высокий показатель в мире.
Нам было интересно узнать, как же так аккумулятор продержался всё это время. К сожалению, владельцы в действительности столкнулись с заменой батареи в Тесла. Причём дважды за 400 000 миль пробега автомобиля.
По каким причинам нужно делать в Tesla замену батареи?
Разберём на примере проекта Tesloop. Они дважды сталкивались с этой процедурой на протяжении 400 000 миль пробега.
1. Причина первой замены
Запись из сервиса: 194 000 миль, потеря ёмкости ~6%, дисбаланс.
2. Причина второй замены
Запись из сервиса: 324 000 миль, потеря ёмкости ~22%, проблемы в работе.
На 400 000 милях оценка износа аккумулятора составляет ~10%.
***
Компания Tesla ведёт разработки по систематизации и унификации технологии замены аккумуляторов в течение 90 секунд. С этой технологией ни у кого из владельцев не возникнет с этим сложностей. Процедура будет максимально доступной для всех владельцев.
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.
Саморазряд батареи Тесла происходит со скоростью примерно 1% в день.
Есть экономичный режим в котором саморазряд основной батареи уменьшается, однако в этом режиме компания тесла не гарантирует работоспособность 12 вольтовой свинцово-кислотной батареи.
Да да… вы не ослышались, у Тесла есть и обычный автомобильный аккумулятор. И если он сядет, то ваша электрическая бомба на колёсах никуда не поедет как и обычный автомобиль.
Компания тесла Допускает только 12 часов непрерывного простоя автомобиля в экономичном режиме. Далее 12 вольтовая батарея может необратимо испортиться.
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.
Однако закрытые в металлических ящиках аккумуляторы могут не выдержать первыми. Дело в том, что интенсивный разряд ведёт к интенсивному нагреву. А при интенсивном нагреве литиевый аккумулятор превращается в бомбу. Лавинообразное газообразование внутри корпуса аккумулятора.
А как вы помните в батареи Тесла не применяется защитный модуль на каждый элемент аккумулятора, как это сделано в бытовой электронике.
Также как и нет термочувствительных датчиков, способных определить перегрев одного отдельно взятого аккумулятора. Только среднюю температуру по больнице.
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.
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.
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.
Кажется ли вам теперь этот автомобиль таким инновационным и прорывным чудом техники ?
Лично я считаю его одним из самых больших мыльных пузырей и недоразумений в истории человечества. И это при том, что я двумя руками ЗА электромобили. Но не такие как Тесла. Эта машина — позорит всю идею электротранспорта.
Автомобили Tesla приводятся в действие исключительно электрическим зарядом, хранящимся в батареях, и называются Battery Electric Vehicles или BEV. Причиной существования Tesla как компании является то, что литий-ионные аккумуляторы имеют самую высокую зарядную емкость за достаточно небольшие деньги, и это позволяет BEV быть практичными.
Идея использования литий-ионных аккумуляторных батарей была впервые предложена британским химиком в начале 1970-х годов. В этой статье Википедии содержится подробный обзор разработки литий-ионных аккумуляторных батарей.
Тесла использует 18650 ёмкостные элементы, производства Panasonic в Азии, в автомобилях моделей S и X с 2013 года. Это небольшие аккумуляторные элементы, немного больше, чем стандартные элементы AA. Цилиндрические ячейки Тесла имеют диаметр 18 мм и высоту 65 мм. Продукция Panasonic, возможно, с использованием информации от Tesla, является, одной из самых надежных доступных сегодня, обеспечивающей очень длительный срок службы и надежность в суровых автомобильных условиях.
Tesla Model X на выставочном стенде Panasonic
Самый популярный аккумуляторный блок, поставляемый Tesla, содержит 7 104 элементов 18650 в 16-и 444 элементных модулях, способных хранить до 85 кВт-ч энергии. В 2015 году компания Panasonic изменила конструкцию анода, увеличив емкость батареи примерно на 6%, что позволило аккумуляторным батареям сохранять до 90 кВт-ч энергии. Совсем недавно инженеры Tesla перенастроили внутреннюю часть аккумуляторного блока так, чтобы в каждом модуле было по 516 элементов, в общей сложности 8256 элементов, способных хранить чуть более 100 кВт-ч энергии, что позволяет автомобилям преодолевать расстояние более 480км.
Чтобы еще больше повысить эффективность элементов и снизить затраты, Tesla построила крупный аккумуляторный завод в Спаркс, штат Невада, недалеко от Рино, под названием Gigafactory 1, который в настоящее время производит новую конструкцию элемента под названием 2170, поскольку его диаметр составляет 21 мм, а высота - 70 мм. Первоначально использовался в продуктах Tesla Powerwall и продуктах Powerpack, а также в новом седане Model 3, который был меньше и дешевле, чем модель S. Объем модели 2170 на 46% больше, чем у 18650 и 10-15% энергоэффективнее, чем 18650 ячеек, по словам JB Straubel, технического директора Tesla.
Одно из ключевых требований к аккумуляторным батареям электромобилей, особенно в дорожных поездках, заключается в том, что их необходимо заряжать относительно быстро.
Поскольку аккумуляторы являются устройствами постоянного тока, а домашнее электроснабжение осуществляется от сети переменного тока, при зарядке дома обычно используется цепь на 220 вольт, питающая не более 32 ампер (около 7 кВт мощности). Автомобиль имеет встроенную зарядную схему, которая выпрямляет переменный ток, преобразуя его в постоянный. Зарядка таким способом обычно занимает несколько часов. Tesla установила зарядные станции постоянного тока Supercharger по всему миру(ну кроме России разумеется), которые обеспечивают мощность до 135 кВт. Станция обходит схему зарядки автомобиля и заряжает аккумулятор напрямую.Это намного быстрее, и обычно занимает от 20 до 40 минут.
Аккумуляторы Tesla, использующие аккумуляторы Panasonic 18650, могут заряжаться не быстрее этого. Максимальное зарядное напряжение для элемента Panasonic составляет 4,2 вольт. Panasonic устанавливает максимальный зарядный ток 2 ампер на элемент. Тесла позволяет зарядному току быть до 4 ампер.
Поэтому максимальная мощность, которую аккумуляторная батарея Tesla может использовать для зарядки, составляет 4,2*N*I, где N - это количество элементов в блоке, а I - максимально допустимый ток на элемент. Для блоков мощностью 85/90 кВтч это 7 104 х 16,8 = 119,3 кВт. Для упаковок по 100 кВт-ч это 8 256 Х 16,8 = 138,7 кВт. Нет возможности заряжать быстрее без увеличения максимального зарядного тока на элемент, который может ускорить деградацию элементов, что еще хуже.
Все элементы перезаряжаемых аккумуляторов со временем разлагаются, поскольку в элементах происходят нежелательные побочные реакции, которые вырабатывают побочные продукты, которые блокируют попадание ионов лития на анод во время зарядки. Аккумуляторы Tesla имеют гарантию от отказа, но не от деградации. Деградация элементов 18650 происходит очень медленно, в худшем случае теряет лишь один или два процента емкости в год. По-видимому, элементы очень устойчивы к деградации.
Анализ деградации батареи Тесла
В автомобилях Tesla Model 3 будут использоваться упомянутые выше ячейки производства Gigafactory 2170. Ячейки большего размера могут быть в состоянии использовать более 4 ампер зарядного тока, что ускорит зарядку, но, поскольку 2170 ячеек обладают большей емкостью накопления энергии, чем 18650 ячеек, пропорционально меньше потребуется для создания пакета с заданным значением кВтч.(N становится меньше, I становится больше). Это означает, что зарядка большей мощности для этих аккумуляторов не имеет смысла. Отношение 4.2*N*I все еще применяется. Будет интересно посмотреть, как работают эти новые аккумуляторные батареи.
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.
Читайте также: