Une plus grande capacité, une plus grande puissance, une taille plus petite, un poids plus léger, une fabrication de masse plus facile et l'utilisation de composants moins chers sont des défis dans la conception de batteries pour véhicules électriques. En d'autres termes, cela se résume à une question de coût et de performances. Considérez-le comme un exercice d'équilibre, où le kilowattheure (kWh) obtenu doit fournir une autonomie maximale, mais à un coût de fabrication raisonnable. Par conséquent, vous verrez souvent des descriptions de batteries répertoriant leurs coûts de fabrication, ainsi que des chiffres allant de 240 $ à 280 $/kWh. pendant la production, par exemple.
Oh, et n'oublions pas la sécurité. Souvenez-vous du fiasco du Samsung Galaxy Note 7 il y a quelques années, et de l'équivalent des batteries EV des incendies de véhicules et des fusions équivalentes à Tchernobyl. Dans un scénario de catastrophe de réaction en chaîne incontrôlable, l'espacement et les contrôles thermiques entre les cellules d'une batterie Un pack pour empêcher une cellule d'en allumer une autre, une autre, etc., ajoute à la complexité du développement des batteries EV. Parmi eux, même Tesla a des problèmes.
Alors qu'une batterie de véhicule électrique se compose de trois parties principales : des cellules de batterie, un système de gestion de batterie et une sorte de boîte ou de conteneur qui les maintient ensemble, pour l'instant, nous nous contenterons d'examiner les batteries et leur évolution avec Tesla. mais ça reste un problème pour Toyota.
L'accu cylindrique 18650 est un accu lithium-ion d'un diamètre de 18 mm, d'une longueur de 65 mm et d'un poids d'environ 47 grammes. À une tension nominale de 3,7 volts, chaque accu peut charger jusqu'à 4,2 volts et se décharger aussi bas comme 2,5 volts, stockant jusqu'à 3 500 mAh par cellule.
Tout comme les condensateurs électrolytiques, les batteries des véhicules électriques de Tesla sont constituées de longues feuilles d'anode et de cathode, séparées par un matériau isolant de charge, enroulées et étroitement emballées dans des cylindres pour économiser de l'espace et stocker autant d'énergie que possible. Ces cathodes (chargées négativement) et Les feuilles d'anode (chargées positivement) ont chacune des languettes permettant de connecter des charges similaires entre les cellules, ce qui donne une batterie puissante - elles totalisent une, si vous voulez.
Tout comme un condensateur, il augmente sa capacité en réduisant l'espacement entre les feuilles d'anode et de cathode, en remplaçant le diélectrique (le matériau isolant ci-dessus entre les feuilles) par un diélectrique avec une permittivité plus élevée et en augmentant la surface de l'anode et de la cathode. La prochaine étape de la batterie (de puissance) Tesla EV est la 2170, qui a un cylindre légèrement plus grand que le 18650, mesurant 21 mm x 70 mm et pesant environ 68 grammes. À une tension nominale de 3,7 volts, chaque batterie peut charger jusqu'à 4,2 volts. Volts et décharge aussi basse que 2,5 volts, stockant jusqu'à 4800 mAh par cellule.
Il y a cependant un compromis, qui concerne principalement la résistance et la chaleur par rapport à la nécessité d'un pot légèrement plus grand. Dans le cas du 2170, l'augmentation de la taille de la plaque anode/cathode entraîne un trajet de charge plus long, ce qui signifie plus de résistance, donc plus l'énergie s'échappe de la batterie sous forme de chaleur et interfère avec l'exigence de charge rapide.
Pour créer une batterie de nouvelle génération avec plus de puissance (mais sans résistance accrue), les ingénieurs de Tesla ont conçu une batterie nettement plus grande avec une conception dite « tables » qui raccourcit le chemin électrique et réduit ainsi la quantité de chaleur générée par la résistance. Une grande partie de cela peut être attribuée aux meilleurs chercheurs en batteries au monde.
La batterie 4680 est conçue sous forme d'hélice carrelée pour une fabrication plus simple, avec un boîtier de 46 mm de diamètre et 80 mm de longueur. Le poids n'est pas disponible, mais d'autres caractéristiques de tension seraient similaires ou identiques ; cependant, chaque cellule a une capacité nominale d'environ 9 000 mAh, ce qui rend les nouvelles batteries à écran plat Tesla si performantes. De plus, leur vitesse de charge reste bonne pour une demande rapide.
Bien que l'augmentation de la taille de chaque cellule plutôt que la réduction puisse sembler aller à l'encontre des exigences de conception de la batterie, les améliorations de la capacité d'alimentation et du contrôle thermique du 4680 par rapport aux 18650 et 2170 ont abouti à beaucoup moins de cellules par rapport à l'utilisation des batteries 18650 et 2170. Les modèles Tesla antérieurs alimentés par des moteurs ont plus de puissance par batterie de même taille.
D'un point de vue numérique, cela signifie qu'environ 960 cellules « 4680 » seulement sont nécessaires pour remplir le même espace que 4 416 cellules « 2170 », mais avec des avantages supplémentaires tels que des coûts de production inférieurs par kWh et l'utilisation de 4680 cellules. La batterie augmente considérablement la puissance.
Comme mentionné, le 4680 devrait offrir 5 fois plus de stockage d'énergie et 6 fois plus de puissance par rapport à la batterie 2170, ce qui se traduit par une augmentation de conduite attendue de 82 kWh à 95 kWh dans les nouvelles Teslas. Le kilométrage augmente jusqu'à 16 %.
N'oubliez pas qu'il ne s'agit que des bases des batteries Tesla, il y a plus derrière la technologie. Mais c'est un bon début pour un prochain article, car nous apprendrons comment gérer la consommation d'énergie des batteries, ainsi que contrôler les problèmes de sécurité autour. la génération de chaleur, la perte de puissance et… bien sûr… le risque d’incendie de batterie de VE.
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Timothy Boyer est journaliste Tesla et EV pour Torque News à Cincinnati. Expérimenté dans la restauration automobile précoce, il restaure régulièrement des véhicules plus anciens et modifie les moteurs pour améliorer les performances. Suivez Tim sur Twitter @TimBoyerWrites pour les nouvelles quotidiennes de Tesla et EV.
Heure de publication : 21 février 2022