Насколько велик время автономной работы Tesla?

Поклонники Теслы всегда твердо верили, что уровень мастерства Теслы далеко впереди (неверно, это слово больше нельзя использовать случайно).

Инженеры традиционных предприятий выступили с опровержением того, что Tesla не так сильна, как вы думали.

Поклонники недовольны, тогда как ваша жизнь продлится дольше, чем у Tesla?

Инженеры не хотят объяснять, но они в частном порядке сидят на корточках. Наша плотность энергии также высока, но ее стоимость слишком высока, чтобы ее можно было использовать.

Инженеры считают, что фанаты ничего не понимают, а фанаты считают, что инженеры упрямы. Таким образом, две группы навешивают ярлыки друг на друга, и они все дальше и дальше отдаляются от многомерной природы вещей.

Противодействие с обеих сторон часто озадачивает меня, почему я не могу хорошо общаться?

Все больше и больше людей задают мне этот вопрос, насколько велик время автономной работы Tesla. Если вы не можете сказать несколько слов, лучше попробуйте написать. Конечно, я не профессиональный инженер. Если что-то не так, поправьте меня. Прежде чем пытаться исследовать эту проблему, мы сначала определим предпосылки для этой проблемы и разберем несколько основных концепций.

1. Помимо аккумулятора, срок службы автомобиля связан с работой в различных рабочих условиях. Поскольку последняя проблема более сложная, сегодня в основном говорят об аккумуляторах.

2. Самым важным параметром производительности аккумулятора является удельная энергия. Плотность энергии имеет объемную плотность энергии (Втч / л) и массовую плотность энергии (Втч / кг). Больше о батарее мы говорим о плотности энергии массы (Вт · ч / кг), которая определяет количество энергии, хранящейся на единицу веса батареи.

3. Плотность энергии батареи часто указывает на два разных показателя: одна - это плотность энергии аккумуляторной системы, а другая - плотность энергии батареи.

Ячейка - это наименьшая единица аккумуляторной системы, которая также описывается как отдельная ячейка. Вы понимаете это как одиночный аккумулятор, например, пятый аккумулятор. Аккумуляторы M образуют модуль, а модули N образуют аккумуляторную батарею. Это основная структура автомобильной аккумуляторной батареи. Некоторые люди напрямую называют аккумуляторную батарею.

▲ В Nissan Leaf используется мягкий аккумулятор, сверху вниз для аккумулятора, аккумуляторного модуля и аккумуляторного блока.

Фактически, это очень простая формула: аккумулятор = N · модуль = N · (M · аккумулятор).

4. Поскольку аккумуляторный блок связан с окончательной формой аккумулятора и компоновкой транспортного средства, большинство производителей предпочтут приобрести сердечник аккумулятора и изготовить аккумуляторную систему самостоятельно. Плотность энергии аккумуляторной системы связана с выбором ядра батареи. Например, цилиндрическая батарея имеет небольшую емкость, а система батарей имеет сложную конструкцию. Исходя из того, что плотность энергии одной батареи является доминирующей, плотность энергии системы батарей является относительно низкой. (Выводы относятся к отчетам McKinsey)

▲ Стратегия цепочки поставок аккумуляторов от производителя электромобилей, оригинальное изображение от McKinsey, перевод 42-го гаража.

5. По конструкции различают три основных типа батарей: призматические, карманные и цилиндрические.

▲ Слева направо расположены цилиндрические батареи, батареи с квадратным корпусом и мягкие батареи.

Исходя из сырьевых материалов, батареи бывают разных типов, например, литий-железо-фосфат, никель-кобальт-марганец (NCM) и никель-кобальт-алюминий (NCA). Материалы здесь в основном относятся к материалам положительного электрода. Под влиянием сырья материал положительного электрода оказывает большое влияние на плотность энергии ячейки.

В качестве материала анода обычно используется графит, и в настоящее время основным направлением исследований является изучение коммерциализации кремний-углеродного анода.

Структура ячейки и состав сырья влияют на плотность энергии ячейки.

Я резюмирую основные моменты выше.

Когда мы обсуждаем влияние аккумуляторов на запас хода транспортного средства, основное внимание уделяется структурному расположению плотности энергии и общему весу аккумуляторной системы. Плотность энергии аккумуляторной системы в основном определяется положительными и отрицательными материалами и выбором конструкции аккумулятора.

После установления базового понимания структуры мы можем теперь поговорить о деталях для конкретных моделей. Мы смотрим на это от большого к маленькому.

Прежде всего, это общая конструкция аккумуляторного блока.

В отчете McKinsey важно сделать вывод о том, что стили системы аккумуляторных батарей, размещенные на различных конструкциях транспортных средств, оказывают важное влияние на плотность энергии аккумуляторной системы.

Для этого смотрим прямо на картинку.

Давайте посмотрим на вторую волну электромобилей, которую выпустил первый ветеран-производитель электромобиля EV1 первого поколения.

На следующем рисунке слева направо показаны Volt первого поколения, Volt второго поколения, Spark EV и новейшая аккумуляторная система Chevrolet Bolt. Среди них Volt - это подключаемая гибридная модель, Spark EV и Bolt - чисто электрические модели, а Spark EV - первый серийный электромобиль, выпущенный после того, как EV1 был снят с производства.

Взгляните на расположение батарей и структуру батарей в Spark EV.

▲ Chevrolet Spark EV

В 2014 Spark EV используется литий-железо-фосфатная батарея от A123 емкостью 21,3 кВтч.

Батарея Spark EV 2015 была заменена на LG Chem, 96 групп, каждая группа из 2 батарей, каждая батарея 27 Ач, 3,75 В, всего 192 батареи, емкость батареи 19,44 кВтч (192x27Ahx3,75 В).

Вся аккумуляторная система имеет объем 135 л и общий вес 215 кг, что на 39 кг меньше, чем у старой модели. Исходя из приведенных выше данных, удельная энергия объема и массы аккумуляторной системы SparkEV 2015 составляет 144 Втч / л и 90 Втч / кг соответственно.

После замены батареи запас хода двух автомобилей по стандарту EPA составляет 132 км. То есть, хотя емкость и вес батареи уменьшаются, удельная энергия новой батареи увеличивается, а запас хода транспортного средства остается неизменным. Но жизнь более 100 километров явно не имеет особого смысла.

Что мне делать, если я хочу и дальше улучшать срок службы моего автомобиля?

Либо продолжайте увеличивать плотность энергии ячейки, либо просто установите еще немного ячеек. Проще говоря, либо продолжайте использовать эту платформу, либо вам придется ее сменить.

Преобразование старой платформы (AEP: Adapted Electric Platform) делится на два типа: один - это старый дизайн, основанный на старой платформе, а другой - новый дизайн, основанный на старой платформе. Spark EV принадлежит первому, использующему платформу GammaII, Chevrolet Bolt принадлежит второму, основанному на конструкции платформы GammaG2SC.

▲ Шевроле Болт

Посмотрите невооруженным глазом, конструкция батареи стала более плоской, батарея увеличилась в размерах, и можно установить больше батареек. Правильно, аккумуляторы Chevrolet Bolt увеличились до 288, по-прежнему 96 групп, но каждая группа увеличилась до 3 аккумуляторов.

Ячейки поставляются LG Chem, каждая ячейка 55 Ач, 3,75 В. Емкость аккумулятора составляет почти 60 кВтч (на самом деле 288x55Ahx3,75V = 59,4 кВтч).

Аккумулятор имеет объем 285 л и общий вес 435 кг. Аккумуляторная система имеет плотность энергии 246 Вт / л и 137 Вт / кг, а запас хода EP составляет 383 км.

Видно, что от Spark EV до Bolt количество ячеек увеличилось вдвое, объем батареи увеличился в 0,7 раза, вес батареи увеличился вдвое, удельная энергия системы батареи также увеличилась вдвое, а Запас хода автомобиля увеличился втрое.

Модернизированное шасси автомобиля больше соответствует компоновке аккумуляторной системы.

Помимо исторически репрезентативного универсального электромобиля (Tesla также позаимствовала дизайн EV1), еще одним всемирно известным бестселлером является Nissan Leaf.

Говорят, что расположение батарей в Spark EV тесновато, но форма довольно плоская. На Nissan Leaf ячейки мягкой формы, которые изначально были очень правильной формы, были сложены вместе и расположены в неправильной форме, чтобы соответствовать структуре сиденья на транспортном средстве.

В аккумуляторном блоке они расположены горизонтально, а размещены вертикально, это почти навязчиво-навязчиво. Он не отражает тех черт Девы, которые должны быть у японцев.

▲ Nissan Leaf

Nissan Leaf сказал, что это его собственная платформа для электромобилей, но это также сделано со ссылкой на Tiida. Спустя столько лет компоновка системы питания была скорректирована, но форма и положение батареи остались в основном неизменными.

▲ Nissan Leaf новые и старые модели контрастируют

Узнав о структуре батареи Bolt, вы можете догадаться, сможете ли вы догадаться, что срок службы батареи Leaf может быть ограничен.

Nissan Leaf разделяет три батареи. С 24 кВтч до 30 кВтч до 40 кВтч количество аккумуляторов всегда одинаково, оно было 192, а пробег EP увеличился с 135 км до 172 км до 241 км.

Однако Болт накормил 400 км!

Конечно, если вы хотите изменить стандарт, данные выглядят нормально.

▲ Время автономной работы Nissan Leaf по стандарту JC08

После того, как заключение будет завершено, посмотрите на конкретные данные.

В аккумуляторе емкостью 24 кВт · ч используются элементы LMO из литиевого манганата AESC, каждый с 33,1 А · ч, 3,8 В. Общий вес элемента составляет 151,1 кг, а удельная энергия элемента составляет 317 Втч / л и 157 Втч / кг.

В батарее 30 кВт · ч используется никель-кобальт-марганцевая (NCM) батарея с увеличением веса на 21 кг при 24 кВт · ч. Ячейка имеет плотность энергии 396 Вт / л и 174 Вт / кг.

▲ Замена аккумулятора Nissan Leaf

В 2017 году Nissan Leaf добавил аккумулятор мощностью 40 кВт · ч с запасом хода 241 км. Да, это уже 2017 год.

Когда GM заявила, что потеряет 9000 долларов за болт, она не знала, сэкономит ли Nissan деньги, сэкономит деньги или сэкономит деньги.

Увидели шедевры США и Японии, а теперь смотрим на Германию.

Многие знакомы с платформой MQB от Volkswagen. E-Golf - продукт платформы MQB. E-Golf - популярная электронная игра! Позже был представлен второй серийный электромобиль.

▲ Volkswagen E-Golf

Есть ли знакомое ощущение, что нерегулярная структура батареи, которая родилась под традиционной платформой двигателя внутреннего сгорания, снова появилась?

Батарея E-Golf также была оснащена парой маленьких крыльев на Т-образной конструкции Volt (Т-образная конструкция была первоначально получена из универсальной модели EV1) в попытке немного затруднить космическое пространство.

Однако данные показывают, что путешествие EP e-Golf 2015 года составляет 134 км.

В e-Golf 2015 года используется квадратный аккумулятор Panasonic Sanyo с емкостью аккумулятора 24,2 кВтч и весом 330 кг. Всего 27 модулей, 264 батареи (88с3п), каждая батарея 25Ач.

▲ Volkswagen e-Golf аккумулятор

В 2017 году Volkswagen заменил поставщика аккумуляторов для e-Golf. Самая последняя батарея на 35,8 кВтч поставляется от Samsung SDI с батареей на 37 Ач и дальностью действия 201 км.

Впереди еще долгий путь.

Еще один завод в Германии, который нельзя игнорировать, - это легендарный BMW, который обучил двух поставщиков аккумуляторов эпохе Samsung SDI и Ningde.

Напоследок поговорим о BMW i3. BMW I-серии - это новая продуктовая линейка. Это видно по конструкции батареи i3. Имеет очень плоскую прямоугольную форму. Батарейный отсек похож на ящик с 96 батареями.

▲ BMW i3

Емкость старой батареи i3 составляет 22 кВтч, запас хода EP составляет всего 130 км, а батарея на 60 Ач используется.

Новый аккумулятор i3 имеет тот же размер и использует никель-кобальт-марганцевые (NCM) элементы 94 Ач и 3,7 В от Samsung SDI с плотностью ячеек 357,4 Втч / л и 173,9 Втч / кг. Общая емкость аккумулятора составляет 33 кВтч, а запас хода EP увеличен до 182 км.

Кажется, что плоскостность световой конструкции бесполезна, а установить большую батарею невозможно.

Mercedes-Benz, первые электрические системы Smart и B-Class были поставлены Tesla. После замены в конструкции не произошло серьезных изменений, а пространство было ограничено.

▲ Мерседес-Бенц Смарт

▲ Mercedes-Benz B-Класс

▲ Renault Zoe

Прочитав продукцию этих традиционных автомобильных компаний, мы, наконец, посмотрим на шасси Tesla. Это должна быть карта, с которой все знакомы больше всего. Есть ощущение наполненности при полной батарее.

▲ модели Tesla

У Tesla есть разные версии аккумуляторов от 60 кВт до 100 кВт. В середине батарея 18650 была повышена с 2,9 Ач до 3,1 Ач. Версия с мощностью 70 кВт была обновлена до 75 кВт с сохранением той же структуры.

Давайте посмотрим на данные о времени автономной работы Tesla в соответствии со стандартом EPA.

▲ Запас хода Tesla Models, скриншот из Википедии

Как вы можете видеть на скриншоте, взяв в качестве примера модели, стандарт Tesla EPA имеет диапазон от более 300 до более 500 километров. Как видно из последних опубликованных данных EPA, время автономной работы модели 3 достигло 499 километров.

С точки зрения продаваемой продукции это полностью победа дробящего уровня.

Поэтому Volkswagen объявил о создании новой платформы MEB для электромобилей, технология платформы MEB будет разделена внутри Volkswagen Group. Эта платформа такая.

▲ Платформа Volkswagen MEB

Новая платформа электромобиля Mercedes-Benz EQ похожа на это.

▲ Платформа Mercedes-Benz EQ

Старая платформа, в которую не помещается большая батарея, обречена на переходный период.

Конечно, создание новой платформы часто требует десятков миллиардов инвестиций. Когда электромобиль - это только нишевый рынок, консервативные показатели традиционной автомобильной компании вполне нормальны. Это также дает Tesla возможности и ведущие рыночные преимущества.

Сравнение производительности коммерчески доступных продуктов фактически сравнивается на уровне продукта.

Продукция фактически является воплощением комплексной корпоративной стратегии. Чтобы учесть размер рынка, позиционирование бренда, а также рассчитать стоимость и цену. Например, недорогой бренд, не обладающий высокой ценой премиум-класса, не сможет легко построить роскошный электромобиль, такой как цена за миллион, как Tesla.

Когда вы определяете себя лидером будущего рынка или его последователями, вы также определяете, должен ли ваш продукт использовать новейшие и лучшие технологии. И это то, что больше всего ценит технологический энтузиаст.

Чтобы более объективно сравнить различия между различными продуктами, теперь мы поговорим о техническом уровне, то есть от аккумуляторной системы до аккумуляторной батареи.

Из эволюции элемента в предыдущем разделе вы можете заметить, что все начали использовать никель-кобальт-марганцевые (NCM) батареи. NCM - это катодный материал батареи. В зависимости от материала катода существует три основных типа батарей: литий-железо-фосфатный, никель-кобальт-марганцевый (NCM) и никель-кобальт-алюминиевый (NCA).

Литий-железо-фосфатные батареи более безопасны, имеют более низкую плотность энергии и более широко используются в легковых автомобилях. BYD возглавила исследования тройных литиевых батарей из-за того, что сделала ставку на литий-железо-фосфатный путь. В легковых автомобилях мы в основном знаем два типа аккумуляторов: NCM и NCA. Цилиндрическая батарея Tesla Panasonic - это материал NCA.

▲ Состав батареи NCM

Чтобы увеличить удельную энергию батареи, первое, что нужно сделать, это увеличить удельную емкость материала положительного электрода батареи. Чем выше содержание никеля, тем выше удельная емкость ячейки. Кроме того, поскольку цена на кобальт слишком высока, увеличивая долю никеля и уменьшая долю кобальта, стоимость батареи может быть успешно снижена, что также является важной причиной тенденции развития батарей с высоким содержанием никеля.

И наш общий NCM111 / 523/622/811 относится к соотношению между этими тремя элементами. Другими словами, NCM811 в настоящее время является батареей с наибольшим содержанием никеля.

▲ Дорожная карта аккумуляторов BMW

Из дорожной карты аккумуляторов BMW видно, что NCM будет постепенно регулироваться с 111 до 811. BMW i3 2018 будет использовать аккумулятор NCM622 от Samsung SDI, а до 2021 года BMW будет на i5. Используйте батареи NCM811.

Платформа Mercedes-Benz EQ будет использовать аккумулятор SKinnovation NCM811 в третьем квартале 2018 года.

Согласно данным LG Chem, модели, которые планируют использовать свои новейшие батареи 811, имеют следующее:

Nissan Leaf E-Plus (версия 60 кВт · ч)

Современный Kona EV

Hyundai IONIQ Electric (модернизация аккумулятора)

Kia Niro EV

Renault Zoe второго поколения (2019)

Volkswagen ID (2019)

Opel CorsaEV (2019)

Peugeot 208EV (2019)

То есть модель с аккумулятором NCM811 увидят уже в 2018 году.

Хотя эти производители не предоставляют данных о плотности энергии для текущих ячеек NCM811, мы можем взглянуть на данные, предоставленные Solid Power.

▲ Источник: Solid Power

С положительным электродом NCM811 и графитовым отрицательным электродом он может достигать 255 Вт / кг и 536 Вт / л плотности энергии.

Согласно официальным данным CATL, плотность энергии их батарей теперь может достигать 240 Втч / кг.

▲ Источник: официальный сайт CATL в США.

Кроме того, официальные данные BYD показывают, что удельная энергия аккумуляторов BYD NCM теперь может достигать 200 Втч / кг.

▲ Источник: публичное выступление BYD

Текущая плотность энергии Теслы 18650 ячеек составляет около 250 Втч / кг. В ячейках модели 2 2170 Tesla будет использовать кремний-углеродный отрицательный электрод для увеличения плотности энергии элемента до 300 Вт · ч / кг.

Другими словами, просто сравнивая плотность энергии ячейки, другие производители могут достичь уровня плотности энергии ячейки Tesla 18650, но в Model3, которая уже начала поставляться, Tesla лидирует.

Помимо увеличения доли никеля в материале положительного электрода, использование кремниевого углерода в материале отрицательного электрода также является признанным отраслевым направлением. Поскольку теоретическая плотность энергии графита составляет 372 мАч / г, а теоретическая плотность энергии кремниевого отрицательного электрода достигает 4200 мАч / г.

Существует только проблема расширения кремниевого материала отрицательного электрода, что может привести к потере емкости батареи и повлиять на срок службы батареи. В настоящее время при производстве аккумуляторов только Tesla заявила об успешном применении кремний-углеродных анодных материалов.

▲ эволюция маршрута батареи, источник: Solid Energy

В «Плане действий по развитию индустрии автомобильных аккумуляторов» Министерство промышленности и информационных технологий предложило, чтобы удельная энергия новой литий-ионной аккумуляторной батареи Dongchi превышала 300 Втч / кг, а удельная энергия батареи система должна достигать 260 Втч / кг. К 2025 году плотность энергии аккумуляторной системы должна достигнуть 350 Втч / кг.

В настоящее время NCM811 увеличил долю никеля до уровня, который трудно значительно увеличить. Использование кремниево-углеродных анодов или изучение различных катодных материалов будет важным моментом. А до более чем 300 Втч / кг ключевым станет технический прорыв в области твердотельных аккумуляторов.

На уровне продукта автомобильные компании уже могут применять новые и лучшие технологии, но поскольку рынок электромобилей на ранних этапах развития слишком мал, автомобильные компании не инвестировали большие суммы денег в разработку новых платформ для электромобилей. Врожденные факторы платформы двигателей внутреннего сгорания сделали это невозможным. Установите большую батарею.

▲ График выносливости Volkswagen

▲ График выносливости Nissan

▲ График выносливости Renault

С другой стороны, исследования рынка, проведенные исследовательскими компаниями, показывают, что трех-четырехсот километров автономной работы достаточно для удовлетворения потребностей текущих пользователей. Старомодные гиганты, нет, опытные автомобильные компании-ветераны не хотят рисковать выпуском дорогостоящих моделей.

К этому давно привыкли на рынке традиционных моделей двигателей внутреннего сгорания. Когда стартапы спешат привлечь внимание великолепными данными, они не торопятся, медленно продвигая свои планы на новую платформу, пытаясь атаковать конкурентов в общественном мнении.

Итак, где же время автономной работы Tesla?

Во-первых, на техническом уровне ядра батареи мы выбрали разные технические маршруты, и плотность энергии на уровне 250Втч / кг не делится. Тем не менее, Tesla успешно преодолела 300 Вт / кг на кремниево-углеродных анодных материалах и стала лидером в отрасли.

Во-вторых, из-за отсутствия исторического бремени Tesla смогла избавиться от груза шасси двигателя внутреннего сгорания, разработать новую платформу электромобиля и получить большую степень свободы в компоновке системы аккумуляторных батарей. Он может очень рано представить батарею емкостью 100 кВт · ч, став лидером отрасли в течение нескольких лет.

В-третьих, благодаря первоклассным маркетинговым возможностям Маске, Tesla смогла создать позиционирование высокого бренда, которое позволяет ей быстро применять новейшие и лучшие технологии в сегменте дорогостоящего рынка.

Страница содержит содержимое машинного перевода.