กำลังการผลิตที่มากขึ้น พลังงานที่มากขึ้น ขนาดที่เล็กลง น้ำหนักเบา การผลิตจำนวนมากได้ง่ายขึ้น และการใช้ส่วนประกอบที่ถูกกว่า ถือเป็นความท้าทายในการออกแบบแบตเตอรี่ EV กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันขึ้นอยู่กับต้นทุนและประสิทธิภาพ ลองคิดว่ามันเป็นการกระทำที่สมดุล โดยที่ กิโลวัตต์-ชั่วโมง (kWh) ที่บรรลุได้นั้นจำเป็นต้องมีช่วงสูงสุด แต่ต้องใช้ต้นทุนการผลิตที่สมเหตุสมผล ด้วยเหตุนี้ คุณมักจะเห็นคำอธิบายชุดแบตเตอรี่แสดงรายการต้นทุนการผลิต พร้อมด้วยตัวเลขตั้งแต่ 240 ถึง 280 เหรียญสหรัฐ/กิโลวัตต์ชั่วโมง ในระหว่างการผลิต เป็นต้น
โอ้ และอย่าลืมเรื่องความปลอดภัย จำความล้มเหลวของ Samsung Galaxy Note 7 เมื่อสองสามปีก่อน และแบตเตอรี่ EV ที่เทียบเท่ากับไฟไหม้รถยนต์และการล่มสลายที่เทียบเท่ากับเชอร์โนบิล ในสถานการณ์ภัยพิบัติจากปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่สามารถควบคุมได้ ระยะห่างและการควบคุมความร้อนระหว่างเซลล์ในแบตเตอรี่ แพ็คเพื่อป้องกันไม่ให้เซลล์หนึ่งจุดชนวนอีกเซลล์หนึ่ง ฯลฯ เพิ่มความซับซ้อนในการพัฒนาแบตเตอรี่ EV ในหมู่พวกเขาแม้แต่เทสลาก็มีปัญหา
แม้ว่าชุดแบตเตอรี่ EV จะประกอบด้วยสามส่วนหลัก: เซลล์แบตเตอรี่ ระบบการจัดการแบตเตอรี่ และกล่องหรือภาชนะบางประเภทที่รวมแบตเตอรี่ไว้ด้วยกัน สำหรับตอนนี้ เราจะมาดูแบตเตอรี่และวิวัฒนาการของแบตเตอรี่กับ Tesla กัน แต่ก็ยังเป็นปัญหาสำหรับโตโยต้า
แบตเตอรี่ 18650 ทรงกระบอกเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 18 มม. ยาว 65 มม. และมีน้ำหนักประมาณ 47 กรัม ที่แรงดันไฟฟ้าปกติ 3.7 โวลต์ แบตเตอรี่แต่ละก้อนสามารถชาร์จได้สูงสุด 4.2 โวลต์และคายประจุต่ำที่สุด 2.5 โวลต์ เก็บไฟได้สูงสุด 3500 mAh ต่อเซลล์
เช่นเดียวกับตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าของ Tesla ประกอบด้วยแผ่นแอโนดและแคโทดแผ่นยาว แยกจากกันด้วยวัสดุฉนวนประจุ ม้วนขึ้นและบรรจุในกระบอกสูบอย่างแน่นหนาเพื่อประหยัดพื้นที่และกักเก็บพลังงานให้ได้มากที่สุด แคโทดเหล่านี้ (มีประจุลบ) และ แผ่นแอโนด (มีประจุบวก) แต่ละแผ่นมีแถบสำหรับเชื่อมต่อประจุที่คล้ายคลึงกันระหว่างเซลล์ ส่งผลให้ได้แบตเตอรี่ที่ทรงพลัง โดยจะรวมกันได้เป็น 1 ก้อนถ้าคุณต้องการ
เช่นเดียวกับตัวเก็บประจุ มันจะเพิ่มความจุโดยการลดระยะห่างระหว่างแผ่นแอโนดและแคโทด เปลี่ยนไดอิเล็กทริก (วัสดุฉนวนด้านบนระหว่างแผ่น) เป็นอันที่มีค่าการอนุญาตที่สูงกว่า และเพิ่มพื้นที่ของแอโนดและแคโทด ขั้นตอนต่อไปในแบตเตอรี่ (กำลัง) Tesla EV คือ 2170 ซึ่งมีกระบอกสูบขนาดใหญ่กว่า 18650 เล็กน้อย โดยมีขนาด 21 มม. x 70 มม. และหนักประมาณ 68 กรัม ที่แรงดันไฟฟ้าปกติ 3.7 โวลต์ แบตเตอรี่แต่ละก้อนสามารถชาร์จได้สูงสุด 4.2 โวลต์และคายประจุได้ต่ำเพียง 2.5 โวลต์ จัดเก็บได้ถึง 4800 mAh ต่อเซลล์
อย่างไรก็ตาม ข้อเสียส่วนใหญ่อยู่ที่ความต้านทานและความร้อนเทียบกับการต้องใช้ขวดที่ใหญ่ขึ้นเล็กน้อย ในกรณีของรุ่น 2170 การเพิ่มขนาดแผ่นแอโนด/แคโทดส่งผลให้เส้นทางการชาร์จยาวขึ้น ซึ่งหมายความว่ามีความต้านทานมากขึ้น จึงมากขึ้น พลังงานที่หนีออกจากแบตเตอรี่เป็นความร้อนและรบกวนความต้องการการชาร์จอย่างรวดเร็ว
เพื่อสร้างแบตเตอรี่เจเนอเรชั่นถัดไปที่มีกำลังมากขึ้น (แต่ไม่มีความต้านทานเพิ่มขึ้น) วิศวกรของ Tesla ได้ออกแบบแบตเตอรี่ที่มีขนาดใหญ่กว่าอย่างเห็นได้ชัดด้วยการออกแบบที่เรียกว่า "ตาราง" ซึ่งจะทำให้เส้นทางไฟฟ้าสั้นลง และลดปริมาณความร้อนที่เกิดจากความต้านทาน สาเหตุส่วนใหญ่มาจากผู้ที่อาจเป็นนักวิจัยแบตเตอรี่ที่ดีที่สุดในโลก
แบตเตอรี่ 4680 ได้รับการออกแบบในรูปแบบเกลียวเรียงต่อกันเพื่อการผลิตที่ง่ายขึ้น โดยมีขนาดบรรจุภัณฑ์เส้นผ่านศูนย์กลาง 46 มม. และความยาว 80 มม. ไม่มีน้ำหนักให้ใช้ได้ แต่มีรายงานว่าคุณลักษณะแรงดันไฟฟ้าอื่น ๆ มีความคล้ายคลึงหรือเหมือนกันอย่างไรก็ตาม แต่ละเซลล์ได้รับการจัดอันดับที่ประมาณ 9000 mAh ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้แบตเตอรี่จอแบนของ Tesla ใหม่ดีมาก นอกจากนี้ ความเร็วในการชาร์จยังดีต่อความต้องการที่รวดเร็ว
แม้ว่าการเพิ่มขนาดของแต่ละเซลล์แทนที่จะหดตัวอาจดูเหมือนขัดแย้งกับข้อกำหนดการออกแบบของแบตเตอรี่ การปรับปรุงความจุพลังงานและการควบคุมความร้อนของ 4680 เมื่อเปรียบเทียบกับ 18650 และ 2170 ส่งผลให้มีเซลล์น้อยลงอย่างมากเมื่อเทียบกับการใช้แบตเตอรี่ 18650 และ 2170 - รุ่น Tesla รุ่นก่อนหน้านี้ที่ขับเคลื่อนด้วยจะมีพลังงานมากกว่าต่อก้อนแบตเตอรี่ที่มีขนาดเท่ากัน
จากมุมมองเชิงตัวเลข หมายความว่าต้องใช้เซลล์ประมาณ 960 “4680″ เท่านั้นจึงจะเต็มพื้นที่เดียวกับเซลล์ 4,416 “2170″ แต่มีประโยชน์เพิ่มเติม เช่น ต้นทุนการผลิตต่อ kWh ที่ลดลง และการใช้ 4680 ชุดแบตเตอรี่จะเพิ่มพลังงานอย่างมาก
ตามที่กล่าวไว้ 4680 คาดว่าจะสามารถกักเก็บพลังงานได้ 5 เท่าและพลังงาน 6 เท่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ 2170 ซึ่งแปลเป็นการขับขี่ที่คาดหวังเพิ่มขึ้นจาก 82 kWh เป็น 95 kWh ในระยะทางของ Teslas รุ่นใหม่เพิ่มขึ้นมากถึง 16%
โปรดจำไว้ว่า นี่เป็นเพียงพื้นฐานของแบตเตอรี่ Tesla ยังมีเบื้องหลังเทคโนโลยีอีกมาก แต่นี่เป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับบทความในอนาคต เนื่องจากเราจะได้เรียนรู้วิธีจัดการการใช้พลังงานของแบตเตอรี่ รวมถึงควบคุมปัญหาด้านความปลอดภัยรอบๆ การสร้างความร้อน การสูญเสียพลังงาน และ... แน่นอน... ความเสี่ยงจากไฟไหม้แบตเตอรี่ EV
หากคุณชอบ All-Things-Tesla นี่เป็นโอกาสของคุณที่จะซื้อ Tesla Cybertruck เวอร์ชัน Hot Wheels RC
Timothy Boyer เป็นนักข่าว Tesla และ EV ของ Torque News ในซินซินนาติ มีประสบการณ์ในการบูรณะรถยนต์ในยุคแรกๆ เขาฟื้นฟูรถรุ่นเก่าเป็นประจำและดัดแปลงเครื่องยนต์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ ติดตาม Tim บน Twitter @TimBoyerเขียนสำหรับข่าว Tesla และ EV รายวัน
เวลาโพสต์: Feb-21-2022