Американской компании Тесла удалось совершить революцию и создать серийно выпускаемый уникальный электромобиль. По сути, эта компания создала рынок электромобилей. На него буквально хлынули другие компании-конкуренты, предлагающие свои продукты. Однако Тесле всё же удаётся удерживать лидирующие позиции.
Одной из особенностей электромобилей, выпускаемых этой компанией, является высокая дальность поездки на одном заряде и отличный разгон, не уступающий самым мощным автомобилям с двигателями внутреннего сгорания. Такие характеристики невозможно получить без высокотехнологичной тяговой аккумуляторной батареи.
В этой статье подробно рассмотрим устройство и особенности конструкции батареи, устанавливаемой на серийные электромобили Тесла, а также сравним её с новым образцом, представленным 9 октября 2021 на Giga Fest в Берлине.
Конструктивные особенности тяговой батареи автомобиля Tesla Model S
Рассматриваемая аккумуляторная литий-ионная батарея имеет мощность 85 кВт*час. По данным EPA, такой мощности достаточно для обеспечения разгона автомобиля до 100 км/час за 4,4 секунды и пробега на одном заряде до 426 км. Гарантия производителя составляет 8 лет, при этом ограничение на пробег отсутствует.
Компания серьёзно относится подбору комплектующих и предъявляет к поставщикам очень высокие требования. На сегодняшний день элементы для производства батарей поставляет Panasonic.
Сама батарея размещена в нижней части автомобиля, что позволяет обеспечивать отличную управляемость, за счёт низко расположенного центра тяжести. Корпус батареи также добавляет жёсткости кузову автомобиля.
Для ремонта батареи нужно иметь соответствующее высокотехнологичное оборудование. Без него самостоятельно такую работу выполнить будет невозможно. Сняв верхнюю крышку, можно увидеть содержимое.
Внутри корпуса находится 16 отдельных блоков. В каждом блоке, в свою очередь, установлено 74 литий-ионных элемента Panasonic 18650,которые объединены в 6 групп. Напряжение каждого элемента составляет 3,6 В.
Химический состав единичного элемента может быть разным.
Каждый из блоков сверху покрыт слюдой и размещён в прозрачном пластиковом кожухе.
Для поддержания оптимальной температуры элементов предусмотрена система жидкостного охлаждения.
Каждый элемент соединён с общей шиной при помощи проводника, имеющего небольшое сечение. Этот проводник выполняет роль плавкой вставки. При перегорании предохранителя потеря одного или даже нескольких элементов не сильно отразится на общей ёмкости батареи.
Для управления тяговой батареей предусмотрена специальная плата.
Ремонтопригодность
Батарея создана так, что при появлении какой-либо неисправности, произвести самостоятельный ремонт не представляется возможным. Дело в том, что процесс изготовления происходит на роботизированных линиях при условиях, исключающих попадание влаги внутрь корпуса.
Единичный элемент имеет стальной корпус, покрытый слоем никеля. При вскрытии батареи влага останется внутри. На корпусе элемента неизбежно появляются следы коррозии, которые со временем увеличиваются и приводят к его выходу из строя.
Отдельный блок батареи даже может не иметь видимых повреждений, но если герметичность батареи была однажды нарушена, это приведёт к неизбежному повреждению отдельных элементов.
Пожаробезопасность
Аккумуляторная батарея является самым слабым местом любого электромобиля. Периодически появляются сообщения в различных средствах массовой информации о возгорании электромобилей из-за аккумуляторов. Model S также не стала счастливым исключением из общего правила.
Одним из наиболее известных случаев возгорания стал, произошедший пожар в октябре 2013 года.
Впоследствии компания Тесла Моторс сообщила, что причиной пожара стало повреждение одного блока аккумуляторов, произошедшее в результате механического повреждения. Электромобиль наехал на крупный предмет, что привело к образованию отверстия диаметром 7 см в блоке аккумуляторов. Сила удара была оценена в 25 тонн. К счастью, обошлось без жертв. Водитель успел покинуть салон.
Компания учла этот опыт и приняла меры. На следующий месяц, в ноябре 2013 года, компания выпустила специальное обновление программного обеспечения, которое увеличило дорожный просвет автомобиля.
Далее, весной 2014 года Тесла Моторс внесла изменения в конструкцию. Под днищем установлен полый алюминиевый брус, который предназначен для того, чтобы отбросить посторонний предмет под днищем или смягчить удар. Также в нижней части автомобиля установлены плита из титана и алюминиевый щит. Они также защищают наиболее уязвимые детали.
Эволюция аккумуляторных батарей Тесла
Компания последовательно увеличивает ёмкость аккумуляторных батарей.
Рисунок 13. Ёмкость батарей
Кроме этого, компания улучшала конструкцию батарей. Так у первого электромобиля компании, Tesla Roadster, выпускаемого до 2012 года, для питания второстепенных систем использовалась основная батарея.
Из-за этого батарея могла полностью разрядиться при длительной стоянке в течение двух-трёх недель и не подлежала зарядке или ремонту. В итоге её приходилось заменять полностью.
В последующих моделях электромобилей Tesla Model S и Model Х этот недостаток был учтён. Для питания второстепенных бортовых систем стали применять отдельную свинцовую аккумуляторную батарею на 12 В. В поздних моделях свинцовые батареи были заменены на литий-ионные аккумуляторы.
Батарея мощностью в 100 кВт*ч стала следующим этапом эволюции и отличалась более плотной компоновкой единичных элементов, а также модернизированной системой жидкостного охлаждения.
Дальнейшее развитие привело к тому, что в более поздних моделях Tesla Model 3 и Model Y стали применяться элементы форм-фактора 21700.
Это позволило снизить в два раза внутреннее сопротивление единичного элемента, что дало возможность уменьшить нагрев в четыре раза. Также в конструкцию батареи была включена система пожаротушения. При механическом повреждении корпуса, жидкость, содержащаяся в пластиковой оболочке, вытекает и тушит возгорание.
Сравнительно недавно, 9 октября 2021 года Тесла в Берлине представила образец новой батареи с единичными элементами 4680. Она будет устанавливаться на электромобили Model Y. Особенностью этой батареи является то, что она не имеет модулей, а интегрирована в кузов автомобиля и сама выступает как силовой элемент. Такое решение позволит уменьшить массу электромобиля на 10% и увеличить запас хода на 14%.
Новые элементы 4680 обладают ёмкостью в пять раз больше, чем у элементов 21700. Для уменьшения тепловыделения в конструкцию элемента была внедрена медная прокладка, а применение новых материалов позволит увеличить запас хода и снизить стоимость одного кВт*часа.
Заключение
Компания Тесла является первопроходцем на рынке электромобилей во всём мире. Конкуренция с другими автопроизводителями мотивирует компанию на поиск новых оригинальных решений. Результатом этого является снижение себестоимости электромобилей, что ведёт к росту их популярности.
