¿Qué tan fuerte es la duración de la batería de Tesla?

Los fanáticos de Tesla siempre han creído firmemente que el nivel de habilidad de Tesla está muy por delante (no es correcto, la palabra ya no se puede usar de manera casual).

Los ingenieros de las empresas tradicionales salieron a refutar que Tesla no era tan fuerte como pensabas.

Fans insatisfechos, ¿cómo es que tu vida dura más que la de Tesla?

Los ingenieros no quieren dar explicaciones, pero están en cuclillas en privado. Nuestra densidad de energía también es alta, pero el costo es demasiado alto para ser utilizado.

Los ingenieros sienten que los fanáticos no entienden y los fanáticos sienten que los ingenieros son tercos. Los dos grupos se etiquetan así, y se aleja cada vez más de la naturaleza multidimensional de las cosas.

La oposición de ambos lados a menudo me desconcierta, ¿por qué no puedo comunicarme bien?

Cada vez más personas me preguntan qué tan fuerte es la duración de la batería de Tesla. Si no puede decir algunas palabras, es mejor intentar escribirlas. Por supuesto, no soy un ingeniero profesional. Si hay algún problema, corrígeme. Antes de intentar explorar este tema, primero definimos las condiciones previas para este problema y clasificamos varios conceptos básicos.

1. Además de la batería, la vida útil del vehículo está relacionada con la operación en diferentes condiciones de trabajo. Debido a que este último problema es más complicado, hoy se habla principalmente de baterías.

2. El parámetro de rendimiento más importante de la batería es la densidad de energía. La densidad de energía tiene densidad de energía de volumen (WH / L) y densidad de energía de masa (WH / kg). De lo que hablamos más sobre la batería es de la densidad de energía de masa (WH / kg), que determina la cantidad de energía almacenada por unidad de peso de la batería.

3. La densidad de energía de una batería a menudo apunta a dos datos diferentes, uno es la densidad de energía del sistema de batería y el otro es la densidad de energía de la batería.

La celda es la unidad más pequeña de un sistema de batería y también se describe como una sola celda. Lo entiendes como una sola batería, por ejemplo, una quinta batería. Las baterías M forman un módulo y los módulos N forman un paquete de baterías. Esta es la estructura básica de la batería de potencia del vehículo. Algunas personas llaman directamente al paquete de baterías un paquete de baterías.

▲ El Nissan Leaf usa una batería de paquete suave, de arriba a abajo para la batería, el módulo de batería y el paquete de batería.

De hecho, es una fórmula muy simple, paquete de baterías = N · módulo = N · (M · batería).

4. Dado que el paquete de baterías está relacionado con la forma final de la batería y el diseño del vehículo, la mayoría de los fabricantes optarán por comprar el núcleo de la batería y hacer el sistema de batería por sí mismos. La densidad de energía del sistema de batería está relacionada con la selección del núcleo de la batería. Por ejemplo, la batería cilíndrica tiene una capacidad pequeña y el sistema de batería tiene una estructura complicada. Bajo la premisa de que la densidad de energía de una sola batería es dominante, la densidad de energía del sistema de batería es relativamente baja. (Las conclusiones se refieren a los informes de McKinsey)

▲ Estrategia de la cadena de suministro de baterías del fabricante de vehículos eléctricos, la imagen original de McKinsey, la traducción del 42º garaje.

5. Según la estructura, hay tres tipos principales de baterías: prismáticas, de bolsa y cilíndricas.

▲ De izquierda a derecha están las baterías cilíndricas, las baterías de carcasa cuadrada y las baterías blandas.

De la división de materias primas, las baterías son de diferentes tipos como fosfato de hierro y litio, níquel cobalto manganeso (NCM) y níquel cobalto aluminio (NCA). Los materiales aquí se refieren principalmente a los materiales de los electrodos positivos. En la influencia de las materias primas, el material del electrodo positivo tiene una gran influencia en la densidad de energía de la celda.

El material del ánodo es generalmente a base de grafito, y la dirección de investigación principal actual es explorar la comercialización del ánodo de silicio-carbono.

La estructura de la célula y la composición de las materias primas influyen en la densidad energética de la célula.

Resumiré los puntos principales anteriores.

Cuando discutimos el impacto de las baterías en el rango de crucero del vehículo, la discusión principal es la disposición estructural de la densidad de energía y el peso total del sistema de baterías. La densidad de energía del sistema de batería está determinada principalmente por los materiales positivos y negativos y la selección de la estructura de la batería.

Después de establecer una comprensión básica del marco, ahora podemos hablar sobre los detalles de modelos específicos. Lo miramos de grande a pequeño.

En primer lugar, es la estructura general del paquete de baterías.

En el informe de McKinsey, es importante concluir que los estilos de sistemas de baterías colocados en diferentes estructuras de vehículos tienen un impacto importante en la densidad de energía del sistema de baterías.

Para ello, miramos directamente la imagen.

Echemos un vistazo a la segunda ola de vehículos eléctricos, que produjo el primer fabricante veterano del vehículo eléctrico de primera generación EV1.

La siguiente imagen, de izquierda a derecha, es el Volt de primera generación, el Volt de segunda generación, el Spark EV y el último sistema de batería Chevrolet Bolt. Entre ellos, Volt es un modelo híbrido enchufable, Spark EV y Bolt son modelos eléctricos puros, y Spark EV es el primer vehículo eléctrico producido en masa que se lanzó desde que se descontinuó el EV1.

Eche un vistazo al diseño de la batería y la estructura de la batería del Spark EV.

▲ Chevrolet Spark EV

El Spark EV 2014 utiliza una batería de fosfato de hierro y litio suministrada por A123 con una capacidad de 21,3 kWh.

La batería Spark EV 2015 se cambió a LG Chem, 96 grupos, cada grupo de 2 baterías, cada batería 27Ah, 3.75V, un total de 192 baterías, capacidad de batería de 19.44kWh (192x27Ahx3.75V).

Todo el sistema de batería tiene un volumen de 135L y un peso total de 215 kg, 39 kg menos que el modelo anterior. Según los datos anteriores, la densidad de energía del volumen y la masa del sistema de batería SparkEV 2015 es de 144Wh / L y 90Wh / kg, respectivamente.

Después de que se reemplaza la batería, el rango de crucero de los dos autos según el estándar EPA es de 132 km. Es decir, aunque se reducen la capacidad y el peso de la batería, se aumenta la densidad energética de la nueva batería y la autonomía de crucero del vehículo se mantiene sin cambios. Pero la vida de más de 100 kilómetros obviamente no tiene mucho sentido.

¿Qué debo hacer si quiero seguir mejorando la vida de mi vehículo?

Continúe aumentando la densidad de energía de la celda o simplemente instale un poco más de celdas. En pocas palabras, continúe usando esta plataforma o tendrá que cambiarla.

La transformación de la plataforma antigua (AEP: Plataforma eléctrica adaptada) se divide en dos tipos, uno es el diseño antiguo basado en la plataforma anterior y el otro es el nuevo diseño basado en la plataforma anterior. Spark EV pertenece al primero, utilizando la plataforma GammaII, Chevrolet Bolt pertenece al segundo, basado en el diseño de la plataforma GammaG2SC.

▲ Chevrolet Bolt

Mire, a simple vista, la estructura de la batería se ha vuelto más plana, la batería ha aumentado de tamaño y se pueden instalar más baterías. Así es, las baterías de Chevrolet Bolt han aumentado a 288, todavía 96 grupos, pero cada grupo ha aumentado a 3 baterías.

Las celdas son suministradas por LG Chem, cada celda 55Ah, 3.75V. La capacidad de la batería es de casi 60kWh (en realidad 288x55Ahx3.75V = 59.4kWh).

La batería tiene un volumen de 285L y un peso total de 435 kg. El sistema de batería tiene una densidad de energía de 246 Wh / L y 137 Wh / kg, y el EP tiene una autonomía de crucero de 383 km.

Se puede ver que de Spark EV a Bolt, el número de celdas se ha incrementado a la mitad, el volumen de la batería se ha incrementado en 0,7 veces, el peso de la batería se ha duplicado, la densidad de energía del sistema de batería también se ha incrementado a la mitad, y el la autonomía de crucero del vehículo se ha triplicado.

El chasis del vehículo rediseñado es más propicio para el diseño del sistema de batería.

Además del automóvil eléctrico universal históricamente representativo (Tesla también ha tomado prestado del diseño del EV1), otro automóvil eléctrico más vendido de renombre mundial es el Nissan Leaf.

Se dice que la disposición de la batería del Spark EV es pequeña, pero la forma es bastante plana. En el Nissan Leaf, las celdas de forma blanda, que originalmente tenían una forma muy regular, se apilaron y se dispusieron de forma irregular para acomodar la estructura del asiento en el vehículo.

En un paquete de baterías, se colocan horizontalmente y se colocan verticalmente, es casi obsesivo-compulsivo. No refleja los rasgos de Virgo que deberían tener los japoneses.

▲ Nissan Leaf

Nissan Leaf dijo que es su propia plataforma de vehículos eléctricos, pero también se hace con referencia a Tiida. Después de tantos años, el diseño del sistema de energía se ha ajustado, pero la forma y la posición de la batería se han mantenido básicamente sin cambios.

▲ Los modelos nuevos y antiguos de Nissan Leaf contrastan

Después de conocer la estructura de la batería de Bolt, puede ver si puede adivinar que la duración de la batería de Leaf puede ser limitada.

Nissan Leaf comparte tres baterías. De 24kWh a 30kWh a 40kWh, la cantidad de baterías es siempre la misma, ha sido 192 y el kilometraje EP ha aumentado de 135 km a 172 km a 241 km.

¡Sin embargo, Bolt ha estado avanzando 400 km!

Por supuesto, si desea cambiar el estándar, los datos se ven bien.

▲ Duración de la batería del Nissan Leaf según el estándar JC08

Una vez terminada la conclusión, mire los datos específicos.

La batería de 24kWh utiliza celdas LMO de manganato de litio AESC, cada una con 33.1Ah, 3.8V. El peso total de la celda es de 151,1 kg y la densidad de energía de la celda es de 317Wh / L y 157Wh / kg.

La batería de 30 kWh utiliza una batería de níquel-cobalto-manganeso (NCM) con un aumento de peso de 21 kg a 24 kWh. La celda tiene una densidad de energía de 396Wh / L y 174Wh / kg.

▲ Cambios de batería del Nissan Leaf

En 2017, Nissan Leaf agregó una batería de 40 kWh con una autonomía EP de 241 km. Sí, ya es 2017.

Cuando GM afirmó que perdería $ 9,000 por Bolt, no sabría si Nissan ahorraría dinero o ahorraría dinero o ahorraría dinero.

Se han visto las obras maestras de Estados Unidos y Japón, y ahora estamos mirando a Alemania.

Mucha gente está familiarizada con la plataforma MQB de Volkswagen. E-Golf es el producto de la plataforma MQB. ¡E-Golf es el popular e-up! El segundo coche eléctrico producido en serie se introdujo más tarde.

▲ Volkswagen E-Golf

¿Existe la sensación familiar de que la estructura irregular de la batería que nació bajo la plataforma del motor de combustión interna tradicional ha vuelto?

La batería del E-Golf también estaba equipada con un par de alas pequeñas en la estructura en forma de T del Volt (la estructura en forma de T se derivó originalmente del modelo universal EV1) en un intento de hacer una pequeña lucha espacial.

Sin embargo, los datos muestran que el viaje EP del e-Golf 2015 es de 134 km.

El e-Golf 2015 utiliza la batería de carcasa cuadrada de Panasonic Sanyo con una capacidad de batería de 24,2 kWh y un peso de 330 kg. El total son 27 módulos, 264 baterías (88s3p), cada batería de 25Ah.

▲ Batería Volkswagen e-Golf

En 2017, Volkswagen reemplazó al proveedor de baterías e-Golf. La última batería de 35,8 kWh proviene de Samsung SDI, con una batería de 37 Ah y una autonomía EP de 201 km.

Aún queda un largo camino.

Otra fábrica en Alemania que no se puede ignorar es la legendaria BMW que ha capacitado a dos proveedores de baterías pesadas en la era Samsung SDI y Ningde.

Finalmente hablamos del BMW i3. La serie I de BMW es una línea de productos de nuevo diseño. Se puede ver en la estructura de la batería del i3. Tiene una forma rectangular muy plana. La caja de la batería es como un cajón con 96 baterías.

▲ BMW i3

La capacidad de la batería vieja del i3 es de 22 kWh, el EP tiene un alcance de crucero de solo 130 km y se usa la batería de 60 Ah.

La nueva celda del i3 tiene el mismo tamaño y usa celdas de níquel-cobalto-manganeso (NCM) de 94Ah y 3.7V de Samsung SDI con una densidad de celda de 357.4Wh / L y 173.9Wh / kg. La capacidad total de la batería es de 33 kWh y la autonomía de crucero del EP se incrementa a 182 km.

Parece que la planitud de la estructura ligera es inútil y es imposible instalar una batería grande.

Mercedes-Benz, los primeros sistemas de energía eléctrica Smart y Clase B fueron suministrados por Tesla. Después del reemplazo, no hubo cambios importantes en la estructura y el espacio fue limitado.

▲ Mercedes-Benz inteligente

▲ Mercedes-Benz Clase B

▲ Renault Zoe

Después de leer los productos de automóviles eléctricos de estas compañías de automóviles tradicionales, finalmente miramos el chasis de Tesla. Este debería ser el mapa con el que todos estén más familiarizados. Hay una sensación de plenitud con la batería llena.

▲ Modelos Tesla

Tesla tiene diferentes versiones de batería de 60kWh a 100kWh. En el medio, la batería 18650 se actualizó de 2.9Ah a 3.1Ah. La versión de 70kWh se actualizó directamente a 75kWh manteniendo la misma estructura.

Echemos un vistazo a los datos de duración de la batería de Tesla según el estándar de la EPA.

▲ Rango de crucero de Tesla Models, captura de pantalla de Wikipedia

Como puede ver en la captura de pantalla, tomando a los modelos como ejemplo, el estándar Tesla EPA tiene un rango de más de 300 a más de 500 kilómetros. Como puede verse en los últimos datos publicados por la EPA, la batería de larga duración del modelo 3 ha alcanzado los 499 kilómetros.

Desde el punto de vista de los productos comercializados, es completamente una victoria del nivel de trituración.

Por lo tanto, Volkswagen anunció la creación de una nueva plataforma MEB de vehículos eléctricos, la tecnología de la plataforma MEB será compartida dentro del Grupo Volkswagen. Esta plataforma es así.

▲ Plataforma Volkswagen MEB

Así es la nueva plataforma de coche eléctrico EQ de Mercedes-Benz.

▲ Plataforma Mercedes-Benz EQ

La vieja plataforma que no cabe en una batería grande está destinada a ser una transición.

Por supuesto, la creación de una nueva plataforma a menudo requiere decenas de miles de millones de inversión. Cuando el vehículo eléctrico es solo un nicho de mercado, el comportamiento conservador de la empresa automovilística tradicional es muy normal. Esto también trae los puntos de oportunidad de Tesla y las principales ventajas del mercado.

La comparación de rendimiento de productos disponibles comercialmente se compara en realidad a nivel de producto.

Los productos son en realidad la encarnación de una estrategia corporativa integral. Considerar el tamaño del mercado, el posicionamiento de la marca, pero también calcular el costo y el precio. Por ejemplo, una marca de gama baja, sin el poder de fijación de precios premium de la marca, no puede construir fácilmente un automóvil eléctrico de lujo como el precio de un precio de un millón como Tesla.

Cuando te defines como líder del mercado del futuro, o seguidores, también defines si tu producto debe aplicar la última y mejor tecnología. Y esto es lo que más valoran los entusiastas de la tecnología.

Para poder comparar más objetivamente las diferencias entre los distintos productos, ahora hablamos del nivel técnico, es decir, del sistema de batería para hablar de la batería.

De la evolución de la celda en la sección anterior, puede notar que todos comenzaron a usar baterías de níquel-cobalto-manganeso (NCM). NCM es el material del cátodo de la batería. Según el material del cátodo, hay tres tipos principales de baterías, fosfato de hierro y litio, níquel cobalto manganeso (NCM) y níquel cobalto aluminio (NCA).

Las baterías de fosfato de hierro y litio son más seguras, tienen menor densidad de energía y se usan más ampliamente en automóviles de pasajeros. BYD tomó la iniciativa en la exploración de baterías ternarias de litio debido a la apuesta por la ruta del fosfato de hierro y litio. En el automóvil de pasajeros, conocemos principalmente dos tipos de baterías, NCM y NCA. La batería cilíndrica Panasonic de Tesla es el material NCA.

▲ Composición de la batería NCM

Para aumentar la densidad de energía de la batería, lo primero que debe hacer es aumentar la capacidad específica del material del electrodo positivo de la batería. Cuanto mayor sea el contenido de níquel, mayor será la capacidad específica de la celda. Además, debido a que el precio del cobalto es demasiado alto, lo que aumenta la proporción de níquel y reduce la proporción de cobalto, el costo de la batería se puede reducir con éxito, lo que también es una razón importante para la tendencia de desarrollo de las baterías con alto contenido de níquel.

Y nuestro NCM111 / 523/622/811 común se refiere a la relación entre estos tres elementos. En otras palabras, la NCM811 es actualmente la batería con mayor proporción de níquel.

▲ Hoja de ruta de la batería de BMW

Podemos ver en la hoja de ruta de la batería de BMW que NCM se ajustará gradualmente de 111 a 811. 2018 BMW i3 usará la batería NCM622 de Samsung SDI, y hasta 2021, BMW estará en i5. Aplique baterías NCM811.

La plataforma Mercedes-Benz EQ utilizará la batería NCM811 de SKinnovation en el tercer trimestre de 2018.

Según los datos de LG Chem, los modelos que planean usar sus últimas baterías 811 tienen lo siguiente:

Nissan Leaf E-Plus (versión 60kWh)

Kona EV moderno

Hyundai IONIQ Electric (actualización de batería)

Kia Niro EV

Renault Zoe de segunda generación (2019)

Volkswagen ID (2019)

Opel CorsaEV (2019)

Peugeot 208EV (2019)

Es decir, el modelo con la batería NCM811 se verá a partir de 2018.

Aunque estos fabricantes no proporcionan datos de densidad de energía para las celdas NCM811 actuales, podemos ver los datos proporcionados por Solid Power.

▲ Fuente: Solid Power

Con el electrodo positivo NCM811 y el electrodo negativo de grafito, puede alcanzar una densidad de energía de 255Wh / kg y 536Wh / L.

Según los datos oficiales de CATL, la densidad de energía de sus baterías ahora puede alcanzar los 240Wh / kg.

▲ Fuente: sitio web oficial de CATL EE. UU.

Además, los datos oficiales de BYD muestran que la densidad de energía de las baterías BYD NCM ahora puede alcanzar los 200Wh / kg.

▲ Fuente: discurso público de BYD

La densidad de energía actual de Tesla de 18650 celdas es de aproximadamente 250 Wh / kg. En las celdas 2170 del Model 2, Tesla utilizará un electrodo negativo de silicio-carbono para aumentar la densidad de energía de la celda a 300Wh / kg.

Es decir, simplemente comparando la densidad de energía de la celda, otros fabricantes pueden alcanzar el nivel de densidad de energía de la celda Tesla 18650, pero en el Model3 que ya ha comenzado a funcionar, Tesla está a la cabeza.

Además de aumentar la proporción de níquel en el material del electrodo positivo, el uso de carbono de silicio en el material del electrodo negativo también es una dirección reconocida en la industria. Porque la densidad de energía teórica del grafito es 372 mAh / gy la densidad de energía teórica del electrodo negativo de silicio es tan alta como 4200 mAh / g.

Solo existe un problema de expansión del material del electrodo negativo de silicio, que puede resultar en una pérdida de capacidad de la batería y afectar el ciclo de vida de la batería. Actualmente en la producción de baterías, solo Tesla anunció la aplicación exitosa de materiales de ánodo de carbono de silicio.

▲ evolución de la ruta de la batería, fuente: energía sólida

En el "Plan de acción para promover el desarrollo de la industria de las baterías automotrices", el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información propuso que la densidad de energía de la nueva batería Dongchi de iones de litio supere los 300 Wh / kg y la densidad de energía de la batería el sistema debe alcanzar los 260Wh / kg. Para el 2025, la energía del sistema de baterías La densidad debería alcanzar los 350Wh / kg.

En la actualidad, NCM811 ha aumentado la proporción de níquel a un nivel que es difícil de aumentar significativamente. El uso de ánodos de carbono de silicio o el estudio de diferentes materiales de cátodos será un punto de elevación. Y a más de 300Wh / kg, el avance técnico de las baterías de estado sólido se convertirá en la clave.

A nivel de producto, las empresas de automóviles ya pueden aplicar tecnologías más nuevas y mejores, pero debido a que el mercado de vehículos eléctricos inicial es demasiado pequeño, las empresas de automóviles no han invertido grandes cantidades de dinero en el desarrollo de nuevas plataformas para vehículos eléctricos. Los factores innatos de la plataforma de los motores de combustión interna lo han hecho imposible. Cargue una batería grande.

▲ Calendario de resistencia de Volkswagen

▲ Programa de resistencia de Nissan

▲ Calendario de resistencia de Renault

Por otro lado, la investigación de mercado de las empresas de investigación muestra que trescientos o cuatrocientos kilómetros de duración de la batería son suficientes para satisfacer las necesidades de los usuarios actuales. Gigantes pasados de moda, no, las compañías de automóviles veteranas con experiencia no quieren arriesgarse a la introducción de modelos costosos.

Llevan mucho tiempo acostumbrados a esto en el mercado de los modelos tradicionales de motores de combustión interna. Cuando las startups se apresuran a llamar la atención con datos magníficos, no tienen prisa, mientras avanzan lentamente en sus planes de nuevas plataformas, mientras intentan atacar a los competidores en la opinión pública.

Entonces, ¿dónde está la duración de la batería de Tesla?

Primero, en el nivel técnico del núcleo de la batería, hemos elegido diferentes rutas técnicas, y la densidad de energía al nivel de 250Wh / kg no está dividida. Sin embargo, Tesla superó con éxito los 300Wh / kg en materiales de ánodos de carbono de silicio y tomó la delantera en la industria.

En segundo lugar, debido a la falta de cargas históricas, Tesla pudo deshacerse de la carga del chasis del motor de combustión interna, desarrollar una nueva plataforma de vehículo eléctrico y obtener un alto grado de libertad en el diseño de distribución del sistema de batería. Puede introducir una capacidad de batería de 100 kWh muy pronto, liderando la industria durante varios años.

En tercer lugar, con las capacidades de marketing de primera clase de Muske, Tesla ha logrado crear un posicionamiento de alta marca que le permite aplicar rápidamente las últimas y mejores tecnologías en el segmento de mercado de alto precio.

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