より大きな容量、より大きな出力、より小さなサイズ、より軽量、より容易な大量生産、およびより安価な部品の使用は、EV バッテリーの設計における課題です。言い換えれば、それはコストと性能に帰着します。それはバランスをとる行為として考えてください。達成されるキロワット時 (kWh) は最大の航続距離を提供する必要がありますが、製造コストは妥当です。その結果、バッテリー パックの説明には、240 ドルから 280 ドル/kWh の範囲の数字とともに製造コストがリストされているのをよく見かけます。たとえば、制作中。
ああ、安全性も忘れてはなりません。数年前のサムスン ギャラクシー ノート 7 の大失敗と、自動車火災やチェルノブイリのメルトダウンに相当する EV バッテリーを思い出してください。暴走連鎖反応による災害シナリオでは、バッテリー内のセル間の間隔と熱制御が必要になります。あるセルが別のセルに点火するのを防ぐためにパックを詰めるなど、EV バッテリー開発の複雑さが増します。その中で、テスラですら問題を抱えています。
EV バッテリー パックは、バッテリー セル、バッテリー管理システム、およびそれらをまとめる何らかの箱またはコンテナという 3 つの主要な部分で構成されていますが、ここではバッテリーと、バッテリーがテスラでどのように進化したかについてのみ見ていきます。しかし、トヨタにとっては依然として問題です。
円筒形の 18650 バッテリーは、直径 18 mm、長さ 65 mm、重量約 47 グラムのリチウムイオンバッテリーです。公称電圧 3.7 ボルトで、各バッテリーは最大 4.2 ボルトまで充電し、最低レベルで放電できます。 2.5 ボルトで、セルあたり最大 3500 mAh を蓄電します。
電解コンデンサと同様に、テスラの電気自動車バッテリーは、スペースを節約し、できるだけ多くのエネルギーを蓄えるために、電荷絶縁材料で分離されたアノードとカソードの長いシートで構成され、丸めてシリンダーにしっかりと詰め込まれています。これらのカソード（マイナスに帯電）とアノード（正に帯電した）シートにはそれぞれ、セル間で同様の電荷を接続するためのタブがあり、結果として強力なバッテリーが得られます。これらを合計すると 1 つになります。
コンデンサと同様に、アノードとカソードのシート間の間隔を減らし、誘電体（シート間の上記の絶縁材料）をより誘電率の高いものに変更し、アノードとカソードの面積を増やすことで静電容量を増加します。テスラEVの（パワー）バッテリーの次のステップは2170で、18650よりもわずかに大きいシリンダーを持ち、寸法は21mm x 70mm、重量は約68グラムです。公称電圧3.7ボルトで、各バッテリーは最大4.2ボルトまで充電できます。最大 2.5 ボルトの電圧で放電し、セルあたり最大 4800 mAh を蓄電します。
ただし、トレードオフがあります。それは主に、抵抗と熱と、わずかに大きなジャーが必要なことです。2170 の場合、アノード/カソード プレートのサイズが増加すると、充電経路が長くなり、抵抗が増加するため、より多くの充電が必要になります。エネルギーが熱としてバッテリーから逃げ、急速充電の要件を妨げます。
より多くの電力を備えた (ただし抵抗を増加させることなく) 次世代バッテリーを作成するために、テスラのエンジニアは、電気経路を短縮し、抵抗によって発生する熱量を減らす、いわゆる「テーブル」設計を備えた大幅に大型のバッテリーを設計しました。その多くは、世界で最も優れた電池研究者が誰であるかに起因すると考えられます。
4680 バッテリーは、製造を容易にするためにタイル状の螺旋形に設計されており、パッケージ サイズは直径 46 mm、長さ 80 mm です。重量は不明ですが、他の電圧特性は同様または同一であると報告されています。ただし、各セルの定格は約 9000 mAh であり、これが新しい Tesla フラットパネル バッテリーの優れた点です。また、充電速度も速い需要に対応します。
各セルのサイズを縮小するのではなく拡大することは、バッテリーの設計要件に反するように見えるかもしれませんが、18650 および 2170 と比較した 4680 の電力容量と熱制御の向上により、18650 および 2170 バッテリーを使用する場合と比較してセルの数が大幅に減りました。 -powered の初期の Tesla モデルは、同じサイズのバッテリー パックあたりの電力が大きくなります。
数値的な観点から見ると、これは、4,416 個の「2170」セルと同じスペースを埋めるのに必要な「4680」セルはわずか約 960 個であることを意味しますが、kWh あたりの生産コストが低くなり、4680 バッテリー パックを使用すると電力が大幅に増加するなどの追加の利点があります。
前述したように、4680 は 2170 バッテリーと比較して 5 倍のエネルギー貯蔵と 6 倍の電力を提供すると予想されており、これは新しい Teslas では走行距離が 82 kWh から 95 kWh に増加すると予想され、走行距離は最大 16% 増加します。
これは Tesla バッテリーの単なる基本であり、テクノロジーの背後にはさらに多くの機能があることを忘れないでください。ただし、これは、バッテリー パックの電力使用量を管理する方法と、周囲の安全上の問題を制御する方法を学ぶため、今後の記事の良いスタートとなります。発熱、電力損失、そして…もちろん… EV バッテリー火災のリスク。
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Timothy Boyer は、シンシナティの Torque News の Tesla と EV のレポーターです。初期の車の修復に経験があり、定期的に古い車両を修復し、エンジンを改造して性能を向上させています。Twitter @TimBoyer で Tim をフォローして、毎日の Tesla と EV のニュースを書いています。
投稿日時: 2022 年 2 月 21 日