¿Por qué Tesla insiste en usar baterías de ácido de cobalto y litio?

Las baterías de Tesla (TSLA), uno de los componentes centrales de los vehículos eléctricos, han sido ridiculizadas y criticadas, e incluso después de una explosión en las ventas, muchos expertos de la industria las han llamado "tecnología de baterías viejas" y "competitividad secundaria". La razón es que Tesla es la única empresa que utiliza la batería de iones de litio y ácido cobalto 18650, que se ha utilizado en ordenadores portátiles y es de difícil acceso a los coches eléctricos, y existen riesgos de seguridad. ¿Es realmente el caso?

Según los informes, como respaldo de la potencia de salida, el papel de las baterías en los vehículos eléctricos es evidente. Debido a su rendimiento relativamente estable, alto factor de seguridad y una gran cantidad de cargas reciclables, las baterías de fosfato de hierro y litio son actualmente la primera opción para baterías de potencia en el mercado, como Chevrolet Volt, Nissan Leaf, BYD E6 y FiskerKarma.

Tesla cuenta primero con baterías de óxido de cobalto de litio en automóviles

Tesla es una alternativa. Su Roadster y ModelS usan baterías de litio y ácido de cobalto 18650. En comparación con las baterías de fosfato de hierro y litio, este tipo de batería tiene una tecnología relativamente madura, alta potencia, alta densidad de energía y alta consistencia, pero un factor de seguridad bajo, características térmicas y eléctricas deficientes y un costo relativamente alto.

Según los expertos de la industria, el voltaje externo de la batería 18650 mostrará síntomas de sobrecalentamiento si es inferior a 2,7 V o superior a 3,3 V. Si la batería es grande y el gradiente de temperatura en el grupo no se controla bien, habrá una gran riesgo de fuego. La clave de la tecnología de baterías es el voltaje, la corriente y el control del calor. No es de extrañar que Tesla haya sido criticada por su tecnología de batería poco fiable.

Pero, de hecho, las baterías de fosfato de hierro y litio que se consideran más seguras y confiables no son infalibles. En la preparación del proceso de sinterización, es probable que el óxido de hierro se reduzca a hierro elemental en un entorno de alta temperatura, y el hierro elemental provoca un microcortocircuito de la batería, que es una sustancia muy tabú en la batería. Además, la batería de fosfato de hierro y litio tiene una gran diferencia en las curvas de carga y descarga en la producción real, mala consistencia y baja densidad de energía, lo que afecta directamente la resistencia sensible de los vehículos eléctricos. El último informe de investigación de Haitong International Securities Co., Ltd. muestra que la densidad de energía de la batería Tesla (170 Wh / kg) es aproximadamente el doble de la densidad de energía de la batería de fosfato de hierro y litio para vehículos eléctricos de BYD.

¿Por qué Tesla insiste en usar baterías de ácido de cobalto y litio?

Batería 18650 de Tesla

En la década de 1970, la Sra. Whittingham de la Universidad de Binghamton en el Reino Unido inventó la batería 18650, que se usa comúnmente en productos digitales como computadoras portátiles y luces brillantes, pero utiliza esta batería de litio cilíndrica de 18 mm de diámetro y 65 mm de alto en los automóviles. Tesla fue la primera persona en comer cangrejos.

El director técnico de baterías de Tesla, Kurt Kelty, dijo una vez: Tesla probó inicialmente más de 300 tipos de baterías en el mercado, incluidas baterías de placa y cuadradas, y finalmente eligió la batería 18650 de Panasonic. Por un lado, la densidad de energía de 18650 es mayor. Y la estabilidad y la consistencia son mejores. Por otro lado, 18650 puede reducir efectivamente el costo de los sistemas de batería. Además, aunque el tamaño de cada unidad de celda es pequeño, la energía de cada celda se puede controlar en un rango más pequeño. En comparación con el uso de unidades de celdas grandes, incluso si falla una unidad de la batería, el efecto de la falla puede reducirse. Además, el mundo produce miles de millones de unidades de batería 18650 cada año, y el nivel de seguridad mejora constantemente.

El sitio web oficial de Panasonic muestra que el modelo de batería de litio NCR18650 es un modelo de batería de alta energía (HighCapacity), los voltios nominales de la batería son de 3,6 V, la capacidad mínima nominal es de 2750 mAh y el peso es de 45,5 gramos. Además, el 18650 utilizado en los ModelS de segunda generación de Tesla es un 30% más eficiente energéticamente que el Roadster anterior.

Según el director de tecnología de Tesla, JBStraubel, el costo de las baterías se ha reducido en aproximadamente un 44% durante la transición de cuatro años de Roadster a ModelS y seguirá disminuyendo. Panasonic invirtió 30 millones de dólares estadounidenses en Tesla en 2010 y se convirtió en uno de sus accionistas. Y llegó a un acuerdo estratégico en 2011 que se encargará del suministro de baterías para todos los vehículos Tesla en los próximos cinco años. Según la producción estimada actual de Tesla de 20.000 vehículos por año, Matsushita 18650 se ensamblará en más de 80.000 modelos.

Sección 6831 Reorganización mágica de baterías de litio

Es un hecho indiscutible que existe un riesgo de seguridad en 18650. ¿Cómo puede Tesla "arreglar" esta dura herida? El arma secreta es su sistema de gestión de batería. La solución dada es combinar las baterías encapsuladas Panasonic 18650 de 6831 nudos más o menos en serie y en paralelo.

¿Por qué Tesla insiste en usar baterías de ácido de cobalto y litio?

Sistema de energía del coche deportivo eléctrico Tesla Roadster

Para conducir un automóvil eléctrico, se necesitan una gran cantidad de baterías 18650. El sistema de baterías de Tesla Roadster contiene 6,831 baterías pequeñas y TeslaModels tiene hasta 8,000 nudos. Es particularmente importante organizar y ensamblar esta gran cantidad de baterías pequeñas.

En este momento, se puso en práctica la experiencia pasada del fundador de Tesla, Marc Tarpenning. Era un experto en el campo y vendió con éxito una empresa. Movió el campo de control de red para programar el control de millones de servidores al campo de control del sistema de batería Tesla. A lo largo de un año de DOE (diseño, diseño experimental), controló con éxito las baterías pequeñas 6831 con gestión jerárquica. Voltaje y temperatura:

69 baterías 18650 se empaquetaron en paralelo en un bloque de batería;

99 bloques de batería en serie en un chip de batería;

Once chips de batería forman un paquete de baterías, con un total de 6831 nudos.

Estos niveles por sí solos no son suficientes. Cada capa está monitoreada, por lo que tienen fusibles en cada celda, cada bloque de batería y cada pieza de batería en ambos extremos. Una vez que la batería está demasiado caliente o la corriente es demasiado grande, se derrite inmediatamente. Desconecte la salida.

Tener un fusible no es suficiente, así que:

En cada pieza de batería, se instala un BMB (Monitor de batería), el monitor de batería, para controlar el voltaje, la temperatura y el voltaje de salida de cada pieza de batería.

En todo el paquete de baterías, se configura un BSM (Monitor del sistema de baterías) para monitorear el entorno de trabajo de todo el paquete de baterías. Incluyendo la corriente, el voltaje, la temperatura, la humedad, la orientación, el humo, etc. del paquete de baterías.

A nivel del vehículo, hay un VSM (monitor del sistema del vehículo) para monitorear el BSM.

Tal sistema de control de batería se convirtió en el núcleo de la tecnología de Tesla. Cuando Tesla acaba de anunciar el costoso sistema (se rumorea que cuesta más de 20.000 dólares estadounidenses), muchos expertos de la industria estuvieron de acuerdo con él en que era ridículo poner 7.000 baterías en los coches. Sin embargo, los hechos les dieron una fuerte respuesta. El incendio del Chevrolet Volt y el modelo FiskerKarma tuvieron tres eventos de combustión espontánea en un año. Por el contrario, Tesla, ya sea Roadster o TeslaModels, nunca había tenido un incidente de combustión espontánea por incendio.

¿Por qué Tesla insiste en usar baterías de ácido de cobalto y litio?

Diseño de la placa de batería TeslaModelS y la integración del marco

Tesla se ha asociado con empresas como Toyota y Daimler en el campo de los vehículos eléctricos, incluido el suministro de energía de batería para modelos eléctricos como Smart, Benz Clase A y Benz Clase B, y el suministro de baterías y motores para vehículos eléctricos Toyota RAV4. Daimler tiene actualmente una participación del 4,3% en Tesla y Toyota también tiene una participación del 2,9% en Tesla. Sin embargo, debido al hecho de que Tesla no se ha introducido oficialmente en el mercado durante mucho tiempo y la cantidad de productos no es grande, el sistema perfecto de baterías de Tesla, en teoría, debe seguir enfrentándose a pruebas prácticas.

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