Intrygującym wątkiem omawianym podczas Battery Day były plany dotyczące przyszłości samochodów. Wyższa gęstość energii w akumulatorach ma zostać osiągnięta dzięki innemu upakowaniu ogniw oraz wykorzystaniu ich w roli aktywnego elementu struktury auta zamiast balastu. Dowiedzieliśmy się też, że firma opracowała też własny stop aluminium, żeby dało się produkować duże fragmenty struktury w maszynie odlewniczej. Tanio i szybko.
Baterie Tesli z ogniwami 4680 jako szkieletem gwarantującym sztywność konstrukcji
Spis treści
Elon Musk co najmniej 1,5 roku zapowiada, że będzie szedł w stronę baterii bez modułów. Moduły mają tę zaletę, że ułatwiają skonstruowanie akumulatora, zarządzanie nim i jego naprawy, ale komplikują jego budowę i mogą obniżać sumaryczną gęstość energii na poziomie pakietu. Gdy baterie znajdowały się na początku swojej drogi, łatwiej było wymienić jeden moduł z wadliwym ogniwem niż cały akumulator.
Dziś moduły to tylko stopień organizacji baterii, w Teslach mają różne kształty, a budujące je ogniwa są ze sobą pozlepiane, więc ten dodatkowy podział traci sens:
Baterie Tesli Model S. Wyraźniejsze linie między ogniwami wyznaczają granice niektórych modułów (c) wk057
Musk chce nie tylko zrezygnować z modułów, ale wręcz zapowiada uczynienie ogniw elementem konstrukcyjnym samochodu, bez konieczności stosowania dodatkowych elementów struktury, szkieletów, podpórek. Podobną ideę promują ostatnio również CATL i BYD:
Ogniwa BYD Blade jako element strukturalny baterii (c) BYD
W Tesli ma to wyglądać tak, jak na schemacie poniżej. Na górze widzimy klasyczną baterię samochodu, na dole – jej nową wersję z ogniwami, których stalowe obudowy usztywniają konstrukcję (sens przerywanej czerwonej linii wyjaśniamy dalej w treści):
Warto zwrócić uwagę, że nowa bateria została zbudowana już w oparciu o ogniwa 4680. Ich ścisłe upakowanie (bez przetykania taśmami chłodzącymi?) przypomina w przekroju poziomym plaster miodu:
Musk twierdzi, że kabriolet z takim wzmocnieniem w podłodze jest sztywniejszy niż zwykły samochód z dachem. Nazywa taki układ pakietem (akumulatorem) strukturalnym.
Wykorzystanie ogniw w roli kluczowych elementów struktury ma jeszcze kilka innych zalet. Nieobecność dodatkowych stelaży i wzmocnień oznacza, że ogniwa można ulokować bliżej siebie, tj. oddalić je od obrysu samochodu (czerwona przerywana linia).
To zaleta przy ewentualnych zderzeniach, w trakcie których dochodzi do poważnych zniszczeń auta. Oraz podczas jazdy: samochód staje się bardziej zwrotny, ponieważ masa skupiona jest bliżej osi obrotu.
Dokładnie to ostatnie zachowanie sygnalizował kierowca testujący Teslę Model S Plaid, co pozwala nam się domyślać, że wykorzystano w niej nowsze ogniwa 4680 z przeprojektowanym pakietem baterii (akapity pod zdjęciami, przed filmem):
> Nowa Tesla Model S Plaid: cena od 609 990 złotych, 320 km/h, zasięg 840+ km. O do licha!
Nowy stop aluminium na potrzeby wielkiej maszyny odlewniczej
W fabryce Tesli w Fremont (Kalifornia, Stany Zjednoczone) rozpoczęła już funkcjonowanie wielka maszyna odlewnicza, o której usłyszeliśmy nieco ponad rok temu. Jednak żeby wychodzące z niej odlewy były prawidłowe, konieczne było opracowanie nowego stopu aluminium. Ten stop ma wysoką wytrzymałość bez dodatkowej obróbki cieplnej, a jednocześnie nadaje się do odlewania.
Dziś maszyna odlewa tył Tesli Model Y. W przyszłości ma zostać zastosowana do produkcji tyłów oraz przodów [w większej liczbie aut?], które będą otaczały baterię i przenosiły obciążenia w taki sposób, by rozłożyć je na dużej powierzchni.
Efekt?
Lepsza zwrotność, niższe koszty, wyższe zasięgi
Zastosowanie wspomnianych zmian strukturalnych i nowych ogniw sprawia, że redukuje się wagę podwozia i baterii o 10 procent i zmniejsza się liczbę wykorzystywanych części. Tylko ta zmiana powinna pozwolić na zwiększenie zasięgu o 14 procent.
Jeśli przyłożymy tę wartość do zasięgów obecnej Tesli Model S Plaid i Long Range Plus, łatwo obliczymy, że zastosowanie ogniw 4680 i nowego pakietu sprawiałoby, że Model S Plaid potrzebuje akumulatorów o pojemności co najmniej 116 kWh do osiągnięcia obiecywanego zasięgu około 840 jednostek WLTP. To wartość całkowita, użyteczna wynosi mniej.
Kilka slajdów, a sporo informacji, w którym kierunku zmierza kalifornijski producent. W autach spalinowych z tak ciekawą inżynierią mieliśmy ostatnio do czynienia chyba przy turbosprężarkach…
Nota od redakcji www.elektrowoz.pl: jak „przyłożyliśmy” te liczby do siebie, jak wyliczyliśmy pojemność baterii Tesli Model S Plaid? To proste:
- Tesla obiecuje o 14 procent więcej zasięgu przez zmianę baterii i procesu technologicznego, dlatego odjęliśmy ten zysk od deklarowanego zasięgu Tesli Model S Plaid (=520/1,14); wychodzi 456 mil,
- 456 mil w wersji Plaid ze starą technologią porównujemy z 402 milami w wersji Long Range Plus (=456/402); wychodzi 1,134,
- skoro Tesla S Plaid ma pakiet o pojemności 113,4 procent aktualnego pakietu, a Tesla Model S Long Range Plus dysponuje baterią o pojemności około 102 kWh, to…
- …to Tesla Model S Plaid ma 102 kWh * 1,134 = 115,7 kWh.
Wniosek: bateria Tesli Model S Plaid musi mieć co najmniej ~116 kWh, bo „+14 procent” na slajdzie zostało nazwane „okazją, sposobnością”, a nie gwarantowanym przyrostem:
A oto cała prezentacja z Battery Day:
