Простецкий расчёт экономики батареи tesla model S
Вначале разберёмся «из чего сделан этот ваш хот дог». К сожалению, на сайте производителя данные ТТХ публикуются для покупателя, который не любит вспоминать даже закон Ома, так что пришлось поискать информацию и заняться своими грубыми прикидками.Что мы знаем про данную батарею?
Есть три варианта, которые маркируются по киловатт-часам: 40, 60 и 85 кВтч (40 уже снята с производства).
Известно, что батарея собирается из серийных аккумуляторов 18650 Li-Ion 3.7v. Производитель Sanyo (он же Panasonic), ёмкость каждой банки предположительно 2600mAh, а вес 48г. Скорее всего есть альтернативные поставки, но ТТХ должны быть ~одинаковые и основная масса на конвейер идёт всё-таки от мирового лидера.
(В серийных машинах аккумуляторные сборки выглядят совсем не так =)
Говорят, вес полной батареи ~ 500кг (понятно, что зависит от ёмкости). Отбросим защитный панцирь, систему подогрева/охлаждения, мелочи и проводку весом, ну допустим, кг 100. Остаётся ~ 400кг аккумуляторов. При весе одной банки 48г выходит грубо ~8000-10000 банок.
Проверим предположение:
85000 ватт-часов / 3.7 вольта = ~23000 ампер-часов
23000/2,6 = ~8850 банок
То есть ~425кг
Значит, грубо сходится. Можем утверждать, что там элементы ~2600mAh в кол-ве порядка 8к.
Вот и на фильм наткнулся уже после расчётов =). Здесь туманно сообщают, что батарея состоит из более чем 7 тысяч ячеек.
Теперь мы легко сможем прикинуть финансовую сторону вопроса.
Каждая банка рядовому покупателя в розницу СЕГОДНЯ стоит ~$6,5.
Чтобы не быть голословным, подтверждаю скрином. Парные комплекты по $13,85:
Оптовая цена с завода будет, видимо, почти в 2 раза ниже. То есть где-то по $3,5-4 за шт. можно купить даже на одну бибику (8000-9000 штук – это уже серьёзный опт).
И выходит, что стоимость самих аккумуляторных ячеек для батареи составляет сегодня ~$30 000. Разумеется, Тесле они достаются значительно дешевле.
По спецификации производителя (Sanyo), мы имеем 1000 гарантированных циклов перезарядки. Вообще-то там написано минимум 1000, но дело в том, что для ~8000 банок как раз и будет актуален минимум.
Таким образом, если взять стандартный средний пробег машины за год 25000км (то есть где-то ~1-2 зарядки в неделю), мы получим приблизительно 13 лет до ПОЛНОЙ непригодности на 100%. Но почти половину ёмкости эти банки теряют уже через 4 года в таком режиме (этот факт зафиксирован для данного типа батарей). Фактически по гарантии они ещё рабочие, но у машины половина пробега. Эксплуатация в таком виде теряет всякий смысл.
Значит, где-то $30-40к за 4 года нормального наката улетают в утиль. На фоне этого любые расчёты расходов на зарядку выглядят смешно (там будет на ~$2-4к электроэнергии за всю жизнь батареи =).
Даже из этих грубых цифр можно прикинуть перспективы вытеснения «ДВС-вонючек» с авторынка.
Для похожего на model S седана с ДВС на 25000км в год уйдёт ~$2500-3000 на бензин. За 4 года соответственно ~$10-14к.
Выводы
До тех пор пока цена на батареи не упадёт в 2,5 раза (или цены на топливо не вырастут в 2,5 раза =), о массовом захвате рынка говорить рано.Однако перспективы отличные. Производители аккумуляторов будут наращивать ёмкость. Батареи станут легче. В них будет меньше редкоземельных металлов.
Как только для похожих банок (3.7 v) доступная оптовая цена за ёмкость 1000 mAh сократится до $0.6-0.5, начнётся массовое движение в электрокары (бензин станет ~равен по расходам).
Рекомендую мониторить и другие форм-факторы «батареек». Возможно, цены на них будут меняться неравномерно.
Я предполагаю, что такое снижение цен произойдёт ещё до новой революции в технологиях химических аккумуляторов. Это будет быстрый эволюционный процесс, который займёт 2-5 лет .
Остаётся, конечно, риск резкого повышения спроса на такие батареи. Как следствие - дефицит сырья или поставок, но мне кажется, всё обойдётся. Похожие риски сильно переоценивали в прошлом, и в результате всё как-то налаживалось.
Здесь надо отметить ещё один интересный момент. Tesla не просто запаивает банки по 8к в одну «консерву». Аккумуляторы проходят сложное тестирование, подбираются друг к другу, создаётся качественная цепь, добавляется хитрая система охлаждения, куча контроллеров, датчиков и прочая, пока недоступная рядовому покупателю, начинка высокого тока. Так что купить новую батарею будет дешевле у Tesl"ы, чем экономить и брать всякую байду. И выходит, что Tesla сразу подписала всех покупателей на расходники, которые стоят в 10 раз дороже, чем сама энергия заряда . Это хороший бизнес =).
Другое дело, что скоро появятся конкуренты. Например, BMW уже вот-вот начнёт выпуск электрической i-серии (скорее всего, вложусь в акции BMW вместо Tesl’ы на долгие годы). Ну а дальше – больше.
Бонус. Как изменится глобальный рынок?
С точки зрения основного сырья для производства авто резко упадёт потребление стали. Алюминий из ДВС перекочует в корпусные детали, потому что из стали делать корпуса электрокаров уже нельзя (слишком тяжёлые). Без ДВС не нужны сложные и тяжёлые стальные компоненты. В машине (и в инфраструктуре) будет значительно больше меди, больше полимеров, больше электроники, но почти не будет стали (минимум в тяговых элементах + ходовая и броня. Всё). Даже обёртки аккумуляторов обойдутся без жести =).Почти до нуля сократится расход масел, смазок, жидкостей и всяких присадок. Уйдёт в историю вонючее топливо. Однако полимеров нужно будет всё больше, так что Газпром остаётся на коне =). В целом нефть нерационально «сжигать». Из неё можно делать твёрдые и долговечные изделия высочайшего технологического уровня. Так что век углеводородов не закончится на электрокарах, но реформы на этом рынке будут серьёзные и болезненные.
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!
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.
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.
Батарея Tesla. 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 врядли увидим!
В роли положительного электрода служит графит, а отрицательного - никель, кобальт и оксид алюминия. .
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 гарантийной обслуживание своей продукции на срок до 8 лет.
Таким образом вы узнали из чего состоит аккумулятор Tesla Model S и принцип его работы. Благодарим за внимание!
Мы частично рассмотрели конфигурацию аккумуляторной батареи Tesla Model S емкостью 85 кВт*ч. Напомним, основным элементом батареи является литий-ионная аккумуляторная ячейка компании Panasonic, 3400 mAh, 3,7 V.
Ячейка Panasonic, типоразмер 18650
На рисунке показана типовая ячейка. Реально в Тесле ячейки немного модифицированы.
Данные ячейки параллельно соединяются в группы по 74 шт . При параллельном соединении напряжение группы равно напряжению каждого из элементов (4,2 В), а емкость группы равна сумме емкостей элементов (250 Ач).
Далее шесть групп соединяются последовательно в модуль . При этом напряжение модуля суммируется из напряжений групп и равняется примерно 25 В (4,2 В*6 групп). Емкость остается 250 Ач. Наконец, модули соединяются последовательно в батарею . Всего батарея содержит 16 модулей (итого 96 групп). Напряжение всех модулей при этом суммируется и составляет в итоге 400 В (16 модулей * 25 В).
В качестве нагрузки для данной батареи выступает асинхронный электропривод максимальной мощностью 310 кВт. Поскольку P=U*I, в номинальном режиме при напряжении 400 В в цепи протекает ток I=P/U=310000/400=775 А. На первый взгляд может показаться, что это сумасшедший ток для такой «батарейки». Однако, не стоит забывать, что при параллельном соединении по первому закону Кирхгофа I=I1+I2+…In, где n — число параллельных ветвей. В нашем случае n=74. Поскольку внутри группы внутренние сопротивления ячеек мы считаем условно равными, то и токи в них будут одинаковыми. Соответственно, непосредственно через ячейку протекает ток In=I/n=775/74=10,5 А .
Много это или мало? Хорошо или плохо? Для того чтобы ответить на эти вопросы, обратимся к разрядной характеристике литий-ионного аккумулятора. Американские народные умельцы, разобрав батарею, провели ряд испытаний. В частности, на рисунке приведены осциллограммы напряжений при разряде ячейки, взятой из реальной Tesla Model S , токами: 1А, 3А, 10А.
Всплеск на кривой 10 А обусловлен ручным переключением нагрузки на 3А. Автор эксперимента решал параллельно еще одну задачу, мы на ней останавливаться не будем.
Как видно из рисунка, разряд током в 10 А вполне удовлетворяет требованиям по напряжению ячейки. Этот режим соответствует разряду по кривой 3C. Следует отметить, что мы взяли самый критичный случай, когда мощность двигателя максимальна. Реально, с учетом очень использования двухмоторного привода с оптимальным передаточным числом редукторов, автомобиль будет работать с разрядом 2…4 А (1С). Лишь в моменты очень резкого разгона, при езде в гору на высокой скорости, ток ячейки может достигать в пике 12…14 А.
Какие еще преимущества это дает? Для данной нагрузки в случае постоянного тока сечение медного проводника можно выбрать 2 мм.кв. Tesla Motors убивает здесь двух зайцев. Все соединительные проводники выполняют еще и функцию предохранителей. Соответственно, нет необходимости использовать дорогую систему защиты, дополнительно использовать плавкие предохранители. Сами соединительные проводники в случае перегрузки по току за счет малого сечения плавятся и предотвращают аварийную ситуацию. Подробнее об этом мы писали .
На рисунке проводники 507 и есть те самые соединители.
Наконец, рассмотрим последний вопрос, волнующий умы современности, и вызывающий волну споров. Почему Тесла использует именно литий-ионные аккумуляторы?
Сразу оговорюсь, что конкретно в этом вопросе я выскажу своё, субъективное мнение. С ним можно не соглашаться)
Проведем сравнительный анализ разных типов аккумуляторов.
Очевидно, литий-ионная батарея имеет на сегодня самые высокие удельные показатели. Лучшей батареи по плотности энергии и соотношению масса/габарит пока, увы, в массовом производстве не существует. Именно поэтому в Tesle получилось сделать столь сбалансированную батарею, обеспечивающую запас хода до 500 км.
Вторая причина, на мой взгляд, маркетинговая. Все таки в среднем ресурс таких ячеек составляет порядка 500 циклов заряд-разряд. А это означает, что при активном использовании автомобиля, Вам придется заменить батарею максимум через два года. Хотя, компания действительно .
К этому автомобилю вообще конечно последнее время достаточно спорное отношение. Многие обсуждают, какой он , других . Есть люди, которые считают автомобиль "Тесла" отличным элементом пиар-кампании, построенной на продаже того, что давно существовало, но никому в голову не приходило из этого сделать автомобиль, да и перспектив типа у него немного и даже существует
Но давайте оставим эти споры "за бортом" и посмотрим на главный элемент этого автомобиля - аккумуляторы. Нашлись люди, которые не поленились и не зажали какое то количество денег взяли и распилили батарейку от машины.
Вот как это выглядело
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.
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.
Батарея Tesla. 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 врядли 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 гарантийной обслуживание своей продукции на срок до 8 лет.
Таким образом вы узнали из чего состоит аккумулятор Tesla Model S и принцип его работы.
Еще интересное про Теслу: вот вам , а вот и сам
