Срок службы батареи тесла
Подписчица нашей группы Вконтакте поинтересовалась, реально ли вообще сравнить литий-полимерный аккумулятор в её новеньком смартфоне Google Pixel 4A (сама по себе модель уже интересная и нетипичная для нашего рынка) с литий-ионным тяговым аккумулятором в электромобилях Tesla.
Во сколько раз у автомобиля аккумулятор больше по ёмкости, чем у смартфона?
Сравнить их совершенно несложно. Сейчас покажем, как это сделать.
Аккумулятор Google Pixel 4A
В издании iFixIt месяц назад разбирали смартфон Google Pixel 4A и извлекали из него штатный оригинальный аккумулятор.
Вот, что указал производитель на корпусе батареи:
- - проектная ёмкость 3140 мА·ч;
- - номинальная ёмкость 3080 мА·ч;
- - номинальное напряжение 3,87 Вт.
Данные характеристики соответствуют типу литий-кобальтовых ячеек — LCA (LiCoO2). Это стандартный выбор для смартфонов, планшетов, плееров, смарт-часов и других небольших гаджетов.
→ Узнайте, как лучше заряжать аккумуляторы в гаджетах, чтобы они дольше прослужили?
В мобильных устройствах от батареи требуется максимальная энергоёмкость при минимальных габаритах, а срок службы не так важен и исчисляется 2-3 годами. Как раз столько составляет коммерческое время жизни смартфона до замены на более новую или совершенную модель.
Перезаряжаемая литий-ионная ячейка Tesla 21700/2170 на фоне всей установки тягового аккумулятора электромобиля Tesla.
Аккумулятор в Tesla (21700)
Ячейки типа 21700/2170 — это литий-ионные аккумуляторы, разработанные для безопасного применения в тяговых узлах электромобилей компании Tesla. Подробные спецификации мы взяли из исследования ResearchGate и документации на ScienceDirect.
Вот их усреднённые характеристики:
- - проектная ёмкость 4000-5000 мА·ч;
- - номинальное напряжение 3,65 В.
Спецификации соответствуют литий-ионным батареям с литий-никель-марганец-кобальтовым типом химии — NMC (LiNiMnCoO2).
NMC свойственен длительный срок службы. При равных условиях эксплуатация в два раза дольше, чем у LCA в смартфонах. Характерна этому типу и высокая токоотдача, что востребована при тяговых нагрузках. NMC также применяются и в других видах электротранспорта.
Как узнать, во сколько раз ёмкость Tesla 21700 больше аккумулятора смартфона?
Для этого нужно перевести ампер-часы в ватт-часы, чтобы избавиться от зависимости по напряжению.
- • Google Pixel 4A: 3080 мА·ч / 1000 • 3,87 В = 11,91 Вт·ч
- • Tesla 21700: 4000 мА·ч / 1000 • 3,65 В = 14,6 Вт·ч
Делить на 1000 нужно для получения из мА·ч значение в А·ч. Мы взяли для Tesla проектную ёмкость 4000 мА·ч, хотя ёмкость ячейки может быть больше.
Теперь сравниваем источники питания. У смартфона Google одна ячейка. В электромобилях устанавливается от 2500 до 5000 ячеек.
- • Умножаем минимальные 2500 ячеек • 14,6 Вт·ч = 36 500 Вт·ч.
Сравнение ёмкости аккумулятора Tesla и смартфона
В итоге Google Pixel 4A оснащается аккумулятором, который:
- • в 8 396 раз меньше, чем в Tesla Model S;
- • в 3 000 раз меньше, чем в теоретической конфигурации электромобиля Tesla.
В среднем ёмкость батареи электромобиля и смартфона будет отличаться в пределах 10 000 раз (от 6 Вт·ч до 60 кВт·ч).
Для дополнительного сравнения приведём ёмкость батареи iPhone 11 Pro — 15,04 Вт·ч и электромобиль Tesla Model 3 LR — около 70 кВт·ч. Разница со смартфоном Apple в 4 654 раза.
Важно понимать, что несмотря на полученные ответы на заданные нам вопросы, все эти цифры никакого практического толка нам не дают.
Деградация батареи — одно из главных опасений при покупке электрического автомобиля, такого как Tesla Model S/X. По опыту использования смартфонов и других гаджетов мы знаем, что литий-ионные аккумуляторы склонны быстро деградировать после определённого количества циклов заряда-разряда даже если относиться к ним очень бережно: заряжать до 80% ёмкости, как рекомендует Илон Маск, избегать сильного разряда и т. д.
Конечно, такие данные не могут не настораживать: если экстраполировать дальше потерю 5% каждые 50 000 км, то через 250 000 км в батареях Tesla останется лишь 77,4% оригинальной ёмкости. И это без учёта того, что деградация может ускоряться со временем.
Но сейчас потенциальные и нынешние владельцы электромобилей могут выдохнуть с облегчением. Чтобы потерять ещё 5% ёмкости батареи, придётся ждать гораздо больше времени, если вы вообще этого дождётесь. По статистике, в большинстве случаев после пробега 250 000 км ёмкость аккумулятора по-прежнему превышает 90%. Судя по линии тренда, падение до 90% изначальной ёмкости наступит где-то в районе пробега 300 000 км.
Кстати, для модели Model 3 компания Tesla установила гарантию, что ёмкость аккумулятора не упадёт ниже 70%. Для стандартного аккумулятора гарантия действует восемь лет или 160 000 км, для Long Range Battery — те же восемь лет или 192 000 км (в зависимости от того, что наступит раньше).
Для сравнения, Chevy Bolt EV гарантирует минимум 60% ёмкости за 8 лет или 160 000 км пробега, а Nissan Leaf — 66% ёмкости за тот же срок и пробег. То есть гарантийные условия у Tesla чуть лучше, чем у конкурентов, хотя гарантия на минимальную ёмкость аккумулятора появилась только в Model 3. В предыдущих моделях её не было.
Обширное объективное исследование данных с 1382 электромобилей Nissan Leaf, проданных в 2011-2017 годы, судя по всему, показывает более сильную деградацию батарей, чем на машинах Tesla.
Оригинальные батареи на 24 кВт·ч деградируют примерно на 20% после пяти лет эксплуатации, а более новая модель батареи на 30 кВт·ч теряет ёмкость ещё быстрее. Похоже, здесь потеря 20% происходит в среднем быстрее, чем за три года.
Эксперты выражают мнение, что в автомобилях Tesla используется гораздо более продвинутая система управления температурным режимом элементов, чем в Nissan Leaf.
А если верить словам Илона Маска, то батареи Tesla ещё надёжнее, чем можно судить из опубликованных графиков. Он говорил, что в лабораторных тестах многократного заряда после симуляции 800 000 км батарея продолжала работать более чем на 80% от первоначальной мощности. С таким пробегом скорее ходовая часть автомобиля выйдет из строя, чем его аккумуляторная батарея.
Аккумуляторы в электромобилях — слабое звено. Даже если батарея сконструирована без инженерных ошибок и не дает сбоев, ее срок службы гораздо меньше, чем у самого электромобиля. Ну а поскольку последние сейчас — восходящий тренд, то производители стремятся улучшить аккумуляторы, чтобы сделать электрокары еще популярнее.
Инженерная компания, которая разрабатывает различные технологические новшества для Tesla, занимается созданием батарей, способных выдержать 1 млн миль (свыше 1,6 млн км) пути без необходимости замены. Tesla Inc такие батареи нужны, и не только для того, чтобы радовать клиентов, но и для машин, которые будут обслуживать клиентов роботакси — сервиса, который компания планирует запустить в скором будущем (возможно, уже в следующем году).
Выступая на Tesla Autonomy Event, Илон Маск заявил, что электромобили компании конструируются таким образом, чтобы выдержать 1 млн миль. Это касается как автомобиля в целом, так и отдельных его компонентов. Всех, кроме аккумуляторов. Текущие батареи нужно менять после 300 — 500 тыс. миль проделанного пути.
Команда исследователей, которая проводит тестирование, испытывает аккумуляторы в разных режимах и с разной нагрузкой. Так, тесты включают долгосрочный цикл зарядки-разрядки при температурах в 20, 40 и 55°C, краткосрочное хранение при тех же условиях и еще несколько режимов. Батареи испытываются с разными электролитами, включая те, что могут обеспечить быстрый заряд аккумулятора.
Как оказалось, даже при температуре в 40°C аккумуляторы выдерживают 4000 циклов заряд-разряд. С активной системой охлаждения, которая используется в батарейных комплексах Tesla, срок службы будет еще выше, аккумуляторы смогут выдерживать около 6000 циклов.
По словам исследователей, новые аккумуляторы идеально подходят для роботакси, электрических тягачей и прочих транспортных средств, которые работают постоянно и на износ. Для тягачей, которые накатывают за короткое время десятки и сотни тысяч километров, это особенно важно.
Насколько можно судить, Tesla постепенно приближается сразу к нескольким намеченным целям. Одна из них — постоянное наращивание объемов выпуска электромобилей. Вторая — улучшение качества своих машин и постепенное увеличение автономности. Плюс ко всему, компания расширяет ассортимент выпускаемых транспортных средств и предоставляемых услуг. И для всего этого нужны аккумуляторы — надежные, долгосрочные, с возможностью быстрой зарядки. Если новые батареи реально могут выдержать 1,6 млн км, то вскоре на дороги выйдут новые электромобили, которые будут служить очень долго.
После громкого анонса Telsa аккумуляторной системы для дома, предприятий и всего мира, в комментариях к соответствующей публикации неоднократно задавались вопросы и возникали споры, сколько на самом деле стоят эти представленные публике батареи.
Происходила путаница, т.к. в разных источниках помимо озвученных на самой презентации цен: 3000$/3500$ назывались и совсем другие: например 5000$ или 7140$ cо ссылками на Блумберг или даже 13000$, которые упоминались в новостях еще до официального анонса, например в The Guardian.
Так сколько же они стоят на самом деле?
Ответ на самом деле прост: батареи при покупке напрямую у Tesla стоят 3000$ за 7 кВт*ч и 3500$ за 10 кВт*ч модели соответственно. Как и было озвучено в официальном анонсе.
- саму литий-ионную аккумуляторную батарею высокой емкости;
- встроенные в нее электронные схемы контроля заряда/разряда отвечающие за безопасность и длительный срок службы элементов, в частности предотвращающие слишком глубокий разряд, перезаряд, ограничивающие предельно допустимые токи заряда и разряда;
- систему мониторинга температуры элементов и принудительного жидкостного охлаждения на случай их излишнего нагрева;
- влагозащищенный и утепленный корпус, допускающий монтаж на улице на наружной стене дома или другой постройки.
Еще момент часто вызывающий вопросы насчет цены: указанные цены не включают какое-либо государственное субсидирование или льготы. Это обычная коммерческая цена.
- 10 кВт*ч батарею Tesla (собственной стоимостью 3500$ — см. выше);
- инвертор преобразующий постоянный ток батареи в переменный используемый в большинстве домов (400v DC ==> 110/220v AC), стоимостью порядка 1500-2000$;
- профессиональный монтаж и настройку системы;
- вспомогательные материалы используемые при монтаже (силовые кабели, кабель-каналы и т.д.);
- контракт на последующее техническое обслуживание получившейся энергосистемы специалистами компании.
Начать установки подобных систем предполагается осенью этого года.
Не все батареи одинаково полезны
Существенная разница в удельной стоимости батарей, объясняется как раз этими различиями:
3500/10 = 350$ / кВт*ч
3000/7 = 428$ / кВт*ч
Читайте также: