A razão para a existência da Tesla Motors como uma empresa é simplesmente que as baterias de iões de lítio têm a maior capacidade de carga de qualquer formulação prática de bateria da história, com tecnologia alta o suficiente para fabricar veículos elétricos, unidades de alto desempenho, como nunca antes se sonhou.
A ideia de usar células de baterias recarregáveis de iões de lítio foi proposta pela primeira vez por um químico britânico na década de setenta. Células de bateria são dispositivos enganosamente simples que consistem em três componentes básicos; dois eletrodos, o ânion negativo e o cátion positivo separados por uma “sopa” química chamada eletrólito.
Quando as baterias de um Tesla estão carregadas, os íões de lítio são forçados a mudar para o eletrodo negativo onde são depositados. Durante a descarga, os íões de lítio invertem a direção do cátion.
A Tesla vem usando o modelo de célula 18650, fabricado pela Panasonic na Ásia no Model S e Model X desde 2013. São pequenas células de bateria, um pouco maiores que as células AA padrão; as células cilíndricas de Tesla têm 18 mm de diâmetro e 65 mm de altura. O design da Panasonic, talvez com a contribuição da Tesla, é, em alguns casos, uma das mais fortes formulações disponíveis atualmente, oferecendo um desempenho confiável e duradouro em um ambiente automotivo.
Acima: Células de bateria Panasonic 18650 usadas nos modelos Tesla
A bateria mais popular fornecida pela Tesla contém 7.104 18650 células em 16 módulos de 444 células capazes de armazenar até 85 kWh de energia. Em 2015, a Panasonic modificou o design do ânion, aumentando a capacidade da célula em aproximadamente 6%, permitindo que as baterias armazenassem até 90 kWh de energia. Mais recentemente, os engenheiros Tesla reconfigurarão as partes internas do pacote de baterias con 516 células em cada módulo para um total de 8.256 células capaz de armazenar um pouco mais de 100 kWh de energia, o que permite aos veículos eléctricos desfrutar um alcance de 480-500 kms
Acima: Uma bateria Tesla Model S dentro
Para melhorar ainda mais a eficiência da célula e reduzir os custos, Tesla construiu uma grande fábrica de baterias em Sparks, Nevada perto de Reno chamado Gigafactory 1, que agora produz um projeto de novas células chamado 2170, que é de 21 mm de diâmetro e 70 mm de altura inicialmente usada em produtos de armazenamento domésticos Tesla Powerwall e nos produtos de armazenamento de utilidade Powerpack e no novo sedan Model 3 , concebido para ser mais pequenos e menos caros do que o Model S . O design do 2170 é 46% maior em volume do que o 18650 e 10-15% mais eficiente em energia que as células 18650.
Acima: Comparando a célula de bateria Model S / X 18650 com a célula de bateria do Model 3 2170
Um dos principais requisitos para as baterias de carros elétricos, especialmente em viagens por estrada, é que elas devem ser recarregadas de forma relativamente rápida. Como as baterias são dispositivos de corrente contínua (CC) e o serviço elétrico doméstico é corrente alternada (CA), a carga em casa normalmente usa um circuito de 240 volts que fornece 40 ampères (aproximadamente 10 kW de potência), os veículos elétricos trazem um circuito de carga embutido que retifica o AC, convertendo-o em CC.
O carregamento dessa maneira geralmente leva várias horas, então a Tesla instalou os Supercarregadores(Superchargers) na Europa , que fornecem até 135 kW de energia. Eles não passam pelos circuitos de carga do veículo e carregam as baterias diretamente; isso é muito mais rápido, geralmente levando de 20 a 40 minutos.
Acima: veículos Tesla carregando em um Supercharger
Os pacotes de baterias Tesla que utilizam baterias Panasonic 18650 não pode carregar mais rápido do que isso; a tensão máxima de carga para uma célula Panasonic é de 4,2 volts. A Panasonic especifica uma corrente de carga máxima de 2 amperes por célula, enquanto a Tesla permite que a corrente de carga seja de até 4 amperes. Portanto, a potência máxima que uma bateria Tesla pode usar para carregar é 4,2 XNXI, onde N é o número de células no pacote e I é a corrente máxima permitida por célula.
- Para pacotes de 85/90 kWh, isto é 7.104 X 16.8 = 119.3 kW.
- Para os pacotes de 100 kWh é 8.256 X 16.8 = 138.7 kW.
Não há como carregar mais rápido sem aumentar a carga máxima atual por célula, o que poderia acelerar a degradação do mesmo ou de outros problemas.
Acima: a bateria do Tesla Model S na superfície do veículo
Todas as células das baterias recarregáveis se degradam com o tempo, pois ocorrem reações indesejáveis nas células que produzem subprodutos que impedem que os íões de lítio atinjam o ânion durante o carregamento. Graças à inovação tecnológica, as baterias da Tesla são garantidas contra falhas, mas não por degradação; as primeiras indicações são de que a degradação das células 18650 é muito lenta, perdendo apenas um ou dois por cento de capacidade no pior dos casos.