Existem milhares de células dentro das baterias Model S e Model X , mas é uma das partes menos compreendidas dos veículos Tesla; sem entrar em muitos detalhes, um novo desdobramento de uma célula da Tesla mostra o que está dentro dela. A Panasonic vende suas células de bateria em volume separadamente, mas a empresa desenvolveu uma célula personalizada com o formato 18 650 em associação com a Tesla; em 2014, a Tesla Motors assinou um contrato com a Panasonic para fabricar bilhões dessas células para usar nesses modelos.

Uma única célula de 18,650 iões de lítio é relativamente pequena em tamanho e capacidade; então, como os engenheiros poderiam embalar 85 kWh ou mais em suas baterias de iões de lítio ? … a resposta é muito complexa, mas iremos simplificar.

O pacote de baterias é um conjunto muito sofisticado de milhares de pequenas células (18.650 conectadas eletricamente em uma série e uma combinação em paralelo). Agora desmontamos em Importar Tesla as partes do Model S (semelhante ao Model X ) para ter uma boa visão de como esta bateria foi projetada.

.

Em primeiro lugar, é muito importante ter em mente que 85 kWh é uma grande quantidade de energia; as tensões nos terminais da embalagem são altas e as correntes também podem ser perigosamente altas. Em outras palavras, a segurança é de suma importância no projeto, montagem e, da mesma forma, no desmonte de uma bateria deste tamanho; abaixo, uma ideia do design da bateria.

Esta fotografia mostra um total de 16 seções, ou módulos, eletricamente conectados uns aos outros; uma inspeção mais detalhada de um módulo individual mostra que ele contém 18 650 células, todas dispostas lados a lado em uma posição vertical, com um total de 432 células individuais sendo observadas em um único módulo.

Portanto,

  • A primeira observação que podemos fazer é que há um total de 16 módulos x 432 células = 6.912 células.
  • A capacidade de cada célula é de 85.000 / 6.912 = 12,29 Wh, ou equivalentemente, 3,4 Ah

As células individuais são do tipo 18 650, fabricadas pela Panasonic; eles usam um ânion feito de grafite, e o cátion é feito de NCA (liga de níquel-cobalto-alumínio). A arquitetura NCA-grafite tem uma voltagem nominal menor do que a liga de óxido de cobalto comumente usada em dispositivos móveis. A tensão nominal de uma célula baseada em NCA é de 3,6 V; se a tensão do módulo é medida em 19,63 V quando a bateria está quase esgotada, ela pode ter uma tensão próxima de 3,2 V.

A segunda observação (como na foto) é que cada módulo contém 19,63 V / 3,2V = 6 células em série; consequentemente, o módulo é configurado como 72 pernas paralelas, cada uma com 6 células em série (abreviadas como 6s x 72p). A energia de um único módulo é de 85.000 / 16 = 5.312 Wh, o que equivale à energia contida em aproximadamente 100 (sim, cem) computadores portáteis.

Um exame mais detalhado da montagem do módulo de baterias mostra que cada célula está conectada ao barramento principal (o principal modo elétrico) através de pequenos fusíveis … esse é um recurso de segurança excecional que desconectará uma célula individual se ela for esgotada com o tempo.

A terceira observação é que o pacote inteiro consiste em 16 módulos conectados em série, portanto, a arquitetura geral é de 96s x 72p. A voltagem das baterias é nominalmente 96 x 3.6 = 345 V, mas seria tão baixa quanto 310 V quando a embalagem estiver quase vazia, e 403 V se a bateria estiver 100% cheia (não é recomendado que a bateria seja carregada ao 100 %).

A quarta observação é sobre o peso; Panasonic especifica um peso de 46 g por 18.650 iões de lítio; o peso das 6.912 células é de 318 kg. De acordo com várias fontes, o peso do pacote da baterias é de 600 kg, portanto, as células 18 650 representam aproximadamente 53% do peso da embalagem; o resto é devido à eletrônica, sistemas de refrigeração, fiação e segurança