더 큰 용량, 더 큰 전력, 더 작은 크기, 더 가벼운 무게, 더 쉬운 대량 생산, 더 저렴한 부품 사용은 EV 배터리 설계의 과제입니다. 즉, 비용과 성능으로 귀결됩니다. 균형을 잡는 행위라고 생각하세요. 달성된 킬로와트시(kWh)는 최대 범위를 제공해야 하지만 합리적인 제조 비용이 필요합니다. 결과적으로 $240 ~ $280/kWh 범위의 숫자와 함께 제조 비용이 나열된 배터리 팩 설명을 자주 볼 수 있습니다. 예를 들어 생산 중에.
아, 그리고 안전도 빼놓지 말자. 몇 년 전 삼성 갤럭시노트7의 대실패와 차량 화재에 해당하는 EV 배터리, 체르노빌에 해당하는 멜트다운을 기억하라. 한 셀이 다른 셀에 점화되는 것을 방지하기 위한 팩은 EV 배터리 개발의 복잡성을 가중시킵니다. 그중에서도 Tesla에도 문제가 있습니다.
EV 배터리 팩은 배터리 셀, 배터리 관리 시스템, 이를 함께 보관하는 일종의 상자 또는 컨테이너의 세 가지 주요 부분으로 구성되어 있지만, 지금은 배터리와 Tesla와 함께 배터리가 어떻게 진화했는지 살펴보겠습니다. 하지만 여전히 Toyota에게는 문제가 됩니다.
원통형 18650 배터리는 직경 18mm, 길이 65mm, 무게 약 47g의 리튬이온 배터리다. 공칭 전압 3.7V에서 각 배터리는 최대 4.2V까지 충전하고 최저 수준으로 방전할 수 있다. 2.5V로 셀당 최대 3500mAh를 저장합니다.
전해 커패시터와 마찬가지로 Tesla의 전기 자동차 배터리는 전하 절연 물질로 분리된 긴 양극과 음극 시트로 구성되어 공간을 절약하고 최대한 많은 에너지를 저장하기 위해 말아서 실린더에 단단히 포장합니다. 이러한 음극(음전하) 및 양극(양으로 충전된) 시트에는 각각 셀 간에 유사한 전하를 연결하는 탭이 있어 강력한 배터리가 됩니다. 원하는 경우 최대 1개까지 추가할 수 있습니다.
커패시터와 마찬가지로 양극과 음극 시트 사이의 간격을 줄이고, 유전체(위 시트 사이의 절연체)를 유전율이 높은 것으로 변경하고, 양극과 음극의 면적을 늘려 정전용량을 늘린다. (전력) Tesla EV 배터리의 다음 단계는 2170으로, 18650보다 실린더가 약간 더 크고 크기는 21mm x 70mm이고 무게는 약 68g입니다. 공칭 전압 3.7V에서 각 배터리는 최대 4.2V까지 충전할 수 있습니다. 2.5V의 낮은 방전 및 셀당 최대 4800mAh를 저장합니다.
그러나 대부분 저항과 열에 대한 절충안이 있으며 약간 더 큰 병이 필요하다는 것입니다. 2170의 경우 양극/음극판 크기가 증가하면 충전 경로가 길어지고 이는 더 많은 저항을 의미하므로 더 많은 양의 병이 필요합니다. 에너지가 배터리에서 열로 빠져나와 빠른 충전 요구 사항을 방해합니다.
더 많은 전력을 제공하지만 저항은 증가하지 않는 차세대 배터리를 만들기 위해 Tesla 엔지니어는 전기 경로를 단축하고 저항으로 인해 발생하는 열의 양을 줄이는 소위 "테이블" 설계로 훨씬 더 큰 배터리를 설계했습니다. 이것의 대부분은 누가 세계 최고의 배터리 연구자인지에 기인합니다.
4680 배터리는 간편한 제조를 위해 타일형 나선 형태로 설계됐으며 패키지 크기는 직경 46mm, 길이 80mm다. 무게는 공개되지 않았지만 다른 전압 특성은 유사하거나 동일한 것으로 보고됐다.그러나 각 셀의 정격은 약 9000mAh로, 이것이 새로운 Tesla 평면 패널 배터리를 매우 훌륭하게 만드는 이유입니다. 또한 빠른 수요에 맞춰 충전 속도도 여전히 좋습니다.
축소하는 대신 각 셀의 크기를 늘리는 것이 배터리 설계 요구 사항에 어긋나는 것처럼 보일 수 있지만 18650 및 2170에 비해 4680의 전력 용량 및 열 제어가 향상되어 18650 및 2170 배터리를 사용하는 경우에 비해 셀 수가 훨씬 적습니다. - 이전 Tesla 모델은 동일한 크기의 배터리 팩당 더 많은 전력을 공급합니다.
수치적으로 볼 때 이는 4,416개의 "2170" 셀과 동일한 공간을 채우는 데 약 960개의 "4680" 셀만 필요하다는 것을 의미하지만 kWh당 생산 비용이 낮아지고 4680을 사용하는 등 추가적인 이점이 있는 배터리 팩은 전력을 크게 증가시킵니다.
언급한 바와 같이 4680은 2170 배터리에 비해 5배의 에너지 저장 공간과 6배의 전력을 제공할 것으로 예상됩니다. 이는 최신 Tesla의 마일리지가 최대 16% 증가할 때 예상 운전 증가가 82kWh에서 95kWh로 증가한다는 것을 의미합니다.
이것은 Tesla 배터리의 기본일 뿐이며 기술 뒤에 더 많은 것이 있다는 것을 기억하십시오. 그러나 이는 배터리 팩 전력 사용을 관리하는 방법과 주변 안전 문제를 제어하는 방법을 배우게 되므로 향후 기사를 위한 좋은 시작입니다. 발열, 전력 손실, 그리고 물론… EV 배터리 화재 위험.
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Timothy Boyer는 신시내티 Torque News의 Tesla 및 EV 기자입니다. 초기 자동차 복원 경험이 있는 그는 정기적으로 오래된 차량을 복원하고 엔진을 개조하여 성능을 개선합니다. Twitter에서 Tim을 팔로우하세요. @TimBoyerWrites에서 매일 Tesla 및 EV 뉴스를 작성합니다.
게시 시간: 2022년 2월 21일