Приводяться в дію виключно від електрики, що зберігаються в батареях.
З початку виробництва Тесла на свої електрокари модельного ряду Model S, а пізніше і на Model X встановлювала батареї ємністю від 40 до 100 кВтг, кожна з яких складається з 8, 12 або 16 секцій.
Кожна секція являє собою з'єднані між собою невеликих «пальчикових» акумуляторів Panasonic, трохи перевищують в розмірах стандартні акумулятори AA. Циліндричні акумулятори Tesla мають діаметр 18 мм і висоту 65 мм. Варто так само відзначити, що їхня перевага полягає в довговічності, надійності і продуктивності в суворих автомобільних умовах.
1 - Акумуляторна батарея; 2 - Перетворювач напруги (DC / DC); 3 - Високовольтний кабель (оранжевого кольору); 4 - Головне бортове зарядний пристрій 10 кВт; 5 - Додаткове зарядний пристрій 10 кВт (опція); 6 - Зарядний роз'єм; 7 - Модуль приводу;
Батарея 40 кВтг
40-кіловатна батарея буває двох типів: 40-кіловатна батарея з 8-ю секціями (сегментами / осередками) (створена на базі батарейки Toyota RAV4 EV), і 60-кіловатна батарея в якій було 12 осередків і була запрограмована на зарядку до 40 кіловат .
Tesla Model S 40 кВтг популярністю не користувалися, тому їх виробництво незабаром було завершено.
Батарея 60 кВтг
Батарея 60 кВт складалася з 12 або 16 секцій. 12-секційна встановлювалася на Model S40, 16-секційна батарея отримала позначення «NEW» і була кардинально модифікована.
Батарея 70/75 кВтг
Крім того, що ця батарея встановлювалася на Model S60 (S60D), вона так само встановлювалася на S70 (S70D) і S75 (S75D), але з
розширеними функціями.
Батарея на 60 кВтг для 60-ої моделі відрізнялася відсутністю 77 пальчикових акумуляторів, для 70-х Модель S все 16 секцій були заповнені акумуляторами повністю, за рахунок чого і підвищувалася загальна ємність батареї.
Батарея 85/90 кВтг
Батарея Тесла 85, 90 і 100 кВтг складається з 16 секцій. Кожна комірка складається з 444 «пальчикових» акумуляторів і має свою плата BMS, яка управляє балансуванням всіх осередків.
Найпопулярніший акумулятор поставляється Tesla (85 кВт · год), містить 7104 акумуляторів 18650.
У 2015 році компанія Panasonic змінила конструкцію анода, збільшивши місткість акумулятора приблизно на 6%, дозволяючи акумуляторним блокам зберігати до 90 кВт енергії. В результаті чого між 90-кіловатна батареєю відрізняється від 85-кіловатної не по ємності:
- по-перше, ємність акумулятора Panasonic 18650 в 85-кіловатної батареї має вагу - 46 грам, в 90-кіловатної батареї цей же акумулятор важить 48.5 грам;
- по-друге, токоотдачи в 85-ій батареї - 10C, в 90-ий - 25C (з цієї причини режим Ludicrous доступний тільки на Тесла з 90 і 100-кВтг батареєю, так як технічні можливості дозволяють дати машині більш жваву динаміку);
Батарея 100 кВтч
Найпотужніша батарея Tesla. Внутрішні елементи акумуляторної батареї були переконфігурувати, щоб в кожен модуль вміщалося 516 акумуляторів 18650.
В цілому в 100-кіловатної батареї було поміщено 8256 акумуляторів Панасонік, здатних зберігати трохи більше 100 кВтг енергії, і дозволяючи електричним автомобілям Тесла проїжджати більше 500 кілометрів.
Дана батарея має токоотдачи 25C і являє собою «останнє слово техніки» в інженерії батарей від компанії Тесла.
І навіть на цьому розвиток і вдосконалення не зупиняється. Щоб ще більше підвищити ефективність акумуляторів і знизити витрати, компанія Tesla побудувала велику фабрику батарей в Спаркс, штат Невада, яка називається Gigafactory 1.
Фабрика виробляє нову конструкцію акумулятора під назвою 2170. Він має діаметр 21 мм і висоту 70 мм, і спочатку використовувався в Tesla Powerwall і Powerpack, а також в новому седані Tesla Model 3, який менше і дешевше від Model S.
Акумулятор 2170 на 46% більше за обсягом, ніж 18650 і 10-15% більш енергоефективною, ніж 18650.
Дуже важливо правильно заряджати батарею, а саме з належним зарядним пристроєм - оригінальним або від якісного виробника, так як від саморобних зарядних пристроїв батарея перегрівається, погані контакти і погана якість струму, в результаті чого сильно впливає на ємність і довговічність батареї.
Під час експлуатації виробник настійно не рекомендує піддавати автомобіль безперервному при температурі не вище + 60C або нижче -30C більше 24 годин
Рекомендовано не допускати повного розряду акумуляторної батареї. У разі, якщо автомобіль не експлуатується, енергія поступово витрачається на харчування бортової електроніки (щодня батарея розряджається в середньому на 1%).
Щоб запобігти повний розряд, рекомендовано перевести автомобіль в режим енергозбереження, в якому відключається живлення бортової електроніки, що дозволить скоротити розряд до 4% в місяць. Так само варто відзначити, що в енергозберігаючому режимі зарядка акумулятора 12-вольта припиняється, що протягом 12 годин приведе його до повного розряду. Тому в даному випадку буде потрібно підключення до зовнішньої пусковий акумуляторної батареї або її заміна.
Але, не варто забувати, що при активації режиму енергозбереження - необхідно підключити автомобіль до джерела живлення протягом 2 місяців, щоб запобігти повній розрядці батареї Тесла.
Втрата ємності батареї в ході експлуатації - одна з проблем електромобілів, незважаючи на те, що цей процес є нормою для будь-яких пристроїв, оснащених літій-іонними акумуляторами. Однак експерти організації Plug-in America встановили, що електромобіль в цьому відношенні - виняток.
Так, вони провели незалежне дослідження , Яке показало, що втрата потужності батареї Model S навіть при тривалому пробігу є невеликою. Зокрема, блок акумуляторів цього автомобіля в середньому втрачає 5% своєї потужності після подолання машиною позначки в 50 тис. Миль (80 тис. Км), а при пробігу понад 100 тис. Миль (160 тис. Км) - і зовсім менше 8% . Дослідження було проведено на основі даних 500 електрокарів Tesla Model S, сумарний пробіг яких склав понад 12 млн миль (20 млн км).
Крім того, Plug-in America провела ще одне дослідження, яке показало, що за чотири роки (з моменту виходу Tesla Model S на ринок) в рази скоротилася кількість звернень на сервісні станції «Тесла» через проблеми з акумулятором, електродвигуном або зарядним пристроєм.
Ємність батареї може залежати від декількох факторів, таких як частота повної зарядки ємності, періоди часу перебування в незарядженому стані і кількість швидких зарядок. Дані Plugin America також показують, що коефіцієнти заміщення для основних компонентів значно покращилися:
Такі дані обнадіюють, але незважаючи на це Тесла продовжує працювати над поліпшенням своєї акумуляторної батареї і технологій осередків. Компанія почала наукове співробітництво з дослідницькою групою Jeff Dahn університету Далхаузі. Цей відділ спеціалізується на збільшенні терміну служби осередків літій-іонних акумуляторів, а його метою є максимальне продовження пробігу на батареї з невеликою втратою потужності.
Відзначимо, що батарея Tesla Model S, так само як і сам автомобіль з 2014 року має гарантію терміном на 8 років і без обмежень на пробіг. Тоді глава Tesla Ілон Маск пояснив прийняття такого рішення так: «Якщо ми дійсно віримо, що електромотори набагато надійніше двигунів внутрішнього згоряння, з меншою кількістю рухомих частин ... то наша гарантійна політика повинна відображати це».
Ми частково розглянули конфігурацію акумуляторної батареї Tesla Model S ємністю 85 кВт * год. Нагадаємо, основним елементом батареї є літій-іонні акумулятори осередок компанії Panasonic, 3400 mAh, 3,7 V.
Осередок Panasonic, типорозмір 18650
На малюнку показана типова осередок. Реально в Теслі осередку трохи модифіковані.
дані осередки паралельно з'єднуються в групи по 74 шт. При паралельному з'єднанні напруга групи дорівнює напрузі кожного з елементів (4,2 В), а ємність групи дорівнює сумі ємностей елементів (250 Ач).
далі шість груп з'єднуються послідовно в модуль. При цьому напруга модуля підсумовується з напруг груп і дорівнює приблизно 25 В (4,2 В * 6 груп). Ємність залишається 250 Ач. нарешті, модулі з'єднуються послідовно в батарею. Всього батарея містить 16 модулів (разом 96 груп). Напруга всіх модулів при цьому підсумовується і становить в результаті 400 В (16 модулів * 25 В).
Як навантаження для даної батареї виступає асинхронний електропривод максимальною потужністю 310 кВт. Оскільки P \u003d U * I, в номінальному режимі при напрузі 400 В в ланцюзі протікає струм I \u003d P / U \u003d 310000/400 \u003d 775 А. На перший погляд може здатися, що це божевільний ток для такої «батарейки». Однак, не варто забувати, що при паралельному з'єднанні за першим законом Кірхгофа I \u003d I1 + I2 + ... In, де n - число паралельних гілок. У нашому випадку n \u003d 74. Оскільки всередині групи внутрішні опору осередків ми вважаємо умовно рівними, то і струми в них будуть однаковими.Відповідно, безпосередньо через осередок протікає струм In \u003d I / n \u003d 775/74 \u003d 10,5 А.
Багато це чи мало? Добре чи погано? Для того щоб відповісти на ці питання, звернемося до розрядної характеристиці літій-іонного акумулятора. Американські народні умільці, розібравши батарею, провели ряд випробувань. Зокрема, на малюнку наведені осцилограми напруг при розряді осередки, взятої з реального Tesla Model S, Струмами: 1А, 3А, 10А.
Сплеск на кривій 10 А обумовлений ручним перемиканням навантаження на 3А. Автор експерименту вирішував паралельно ще одну задачу, ми на ній зупинятися не будемо.
Як видно з малюнка, розряд струмом в 10 А цілком задовольняє вимогам по напрузі осередки. Цей режим відповідає розряду по кривій 3C. Слід зазначити, що ми взяли найкритичніший випадок, коли потужність двигуна максимальна. Реально, з урахуванням дуже використання двомоторного приводу з оптимальним передавальним числом редукторів, автомобіль буде працювати з розрядом 2 ... 4 А (1С). Лише в моменти дуже різкого розгону, при їзді в гору на високій швидкості, ток осередку може досягати в піку 12 ... 14 А.
Які ще переваги це дає? Для даної навантаження в разі постійного струму перетин мідного провідника можна вибрати 2 мм.кв. Tesla Motors вбиває тут двох зайців. Всі сполучні провідники виконують ще й функцію запобіжників. Відповідно, немає необхідності використовувати дорогу систему захисту, додатково використовувати плавкі запобіжники. Самі з'єднувальні провідники в разі перевантаження по струму за рахунок малого перетину плавляться і запобігають аварійну ситуацію. Детальніше про це ми писали.
На малюнку провідники 507 і є ті самі з'єднувачі.
Нарешті, розглянемо останнє питання, яке хвилює розуми сучасності, і викликає хвилю суперечок. Чому Тесла використовує саме літій-іонні акумулятори?
Відразу обмовлюся, що конкретно в цьому питанні я висловлю свою, суб'єктивну думку. З ним можна не погоджуватися)
Проведемо порівняльний аналіз різних типів акумуляторів.
Очевидно, літій-іонна батарея має на сьогодні найвищі питомі показники. Кращою батареї по щільності енергії і співвідношенню маса / габарит поки, на жаль, в масовому виробництві не існує. Саме тому в Tesle вийшло зробити настільки збалансовану батарею, що забезпечує запас ходу до 500 км.
Друга причина, на мій погляд, маркетингова. Все таки в середньому ресурс таких осередків становить близько 500 циклів заряд-розряд. А це означає, що при активному використанні автомобіля, Вам доведеться замінити батарею максимум через два роки. Хоча, компанія дійсно.
Нове покоління акумуляторів Tesla розробляється в секретній зоні
Олександр Клімнов, фото Tesla і Teslarati.com
Сьогодні компанія Tesla Inc. досить наполегливо працює над наступним поколінням вже своїх власних акумуляторних батарей. Вони повинні зберігати значно більшу кількість енергії і одночасно стати набагато дешевше.
Нові акумуляторні батареї можуть почати застосовуватися на перспективному пікапі Tesla (рисунок можливого вигляду пікапа, який за іншими даними може стати і більш брутальним, так як повинен буде змести з ринку нинішній бестселер Америки Ford F-series)
Каліфорнійці були тими, хто створив перші придатні для серійного виробництва електромобілів енергоємні літій-іонні акумуляторні батареї, таким чином, кардинально наростивши їх запас ходу. У той час акумулятори моделі Roadster - первістка марки Tesla, складалися з тисяч звичайних пальчикових акумуляторів для ноутбуків, зараз же для електромобілів літій-іонні акумулятори створюються спеціально. Зараз їх випускають безліч виробників, але передова технологія Tesla як і раніше дозволяє їй залишатися лідером в сегменті енергоємних АКБ. Однак в світові ЗМІ почала просочуватися перша інформація про наступне ще більш потужному поколінні батарей Tesla.
Технологічний прорив через поглинання бізнесу
Революційний стрибок, з точки зору розвитку конструкції акумуляторів Tesla, ймовірно відбудеться завдяки придбанню Tesla Inc. фірми Maxwell Technologies з Сан-Дієго. Компанія Maxwell виробляє суперконденсатори (іоністери) і активно досліджує технологію твердотільних (сухих) електродів. За заявою Maxwell при використанні даної технології вже на прототипах батарей досягнута енергоємність на рівні 300 Вт год / кг. Завдання на майбутнє - прорив на рівень енергоємності більше 500 Вт год / кг. Крім того, собівартість виробництва твердотільних акумуляторів повинна стати на 10-20% нижче, ніж на використовувані нині компанією Tesla з рідким електролітом. Каліфорнійська компанія повідомила також про ще один бонус - прогнозованому подвоєнні терміну служби батареї. Таким чином, Tesla зможе досягти заповітного 400-мильного (643,6 км) пробігу своїх електромобілів і досягти повної конкурентоспроможності зі звичайними автомобілями за ціною. 
Новий суперкар Tesla Roadster 2020 року, зможе досягти заявленого запасу ходу в 640 км тільки на принципово нових акумуляторах
Tesla запланувала власне виробництво АКБ?Німецький сайт журналу Auto motor und sport повідомляє про наполегливих чутках про розгортання Tesla власного виробництва акумуляторних батарей. До сих пір акумуляторні елементи (комірки) калифорнийцам поставляв японський виробник Panasonic - для Model S і Model X вони імпортуються прямо з Японії, а для Model 3 осередки виробляються на підприємстві Gigafactory 1 в американському штаті Невада. Виробництвом на Gigafactory 1 спільно управляють Panasonic і Tesla. Однак останнім часом це призвело до величезних розбіжностей, так як Panasonic, очевидно, був розчарований показниками продажів Tesla, а також побоювався, що Каліфорнія не будуть розширювати дане виробництво акумуляторів в майбутньому.
Інтригою запуску компактної Tesla Model Y в 2020 році став джерело надходження акумуляторів
Зокрема, ритмічна поставка акумуляторів для анонсованої вже на осінь 2020 року Model Y поставлена \u200b\u200bпід сумнів генеральним директором Panasonic Казухіро Цуга. В даний час Panasonic взагалі припинила свої інвестиції в Gigafactory 1. Можливо, Tesla хоче стати незалежною від японців за рахунок освоєння власного виробництва акумуляторних елементів.
Tesla на сьогодні виступає лідером в області технологій акумуляторів високої ємності для електромобілів і каліфорнійці твердо мають намір відстояти це свою принципову конкурентну перевагу. Вирішальним кроком може стати якраз покупка компанії Maxwell Technologies, але це залежить від того, наскільки фахівцям з з Сан-Дієго реально вдалося просунутися до висновку на ринок революційної технології твердотільних акумуляторів. 
Якщо революційна технологія твердотільних АКБ дійсно відбудеться, то можливо, що і електротягач Tesla Semi стане бестселером на вантажному ринку, як Model 3 на легковому
Поки що багато автовиробників налаштовуються на власне виробництва акумуляторних елементів. Схоже, що і Tesla хоче стати більш незалежною від свого постачальника Panasonic і тому також проводить дослідження в даній області.
З появою в достатній кількості революційних високоенергоемкіх твердотільних акумуляторів Tesla отримає рішучу перевагу на ринку і, нарешті, випустить давно обіцяні її власником Ілон Маск реально дешеві і «далекобійні» електромобілі, що викличе лавиноподібне зростання ринку BEV.
За даними джерел CNBC, секретна лабораторія Tesla розміщена в окремій будівлі неподалік від заводу Tesla під Фрімонті (фото за заставці). Раніше проходили повідомлення про закриту «зоні-лабораторії», що знаходилася на другому поверсі підприємства. Ймовірно, нинішнє акумуляторне підрозділ - наступник тієї колишньої лабораторії, але ще більш засекречене. 
Дійсного прориву на автомобільному ринку Tesla зможе досягти тільки, якщо, її лінійка моделей стане ще більш «далекобійної» при значному зниженні ціни
За даними аналітиків IHS Markit - найдорожчий елемент сучасного електромобіля - акумуляторна батарея, але більшу частину грошей за них одержує не Tesla, а Panasonic.
Інсайдери поки не в змозі повідомити про реальні досягнення секретної лабораторії Tesla. Передбачається, що Ілон Маск поділиться їй в кінці року під час традиційного сеансу конференц-зв'язку з інвесторами.
Раніше повідомлялося, що Tesla планує продавати по 1000 електромобілів Tesla Model 3 на добу. Нинішній місячний рекорд Tesla по поставкам Model 3 становить 90 700 електромобілів. Якщо компанії вдасться поставити в червні заплановану кількість електромобілів, то цей рекорд може бути побитий.
Простецький розрахунок економіки батареї tesla model S
Спочатку розберемося «з чого зроблений цей ваш хот дог». На жаль, на сайті виробника дані ТТХ публікуються для покупця, який не любить згадувати навіть закон Ома, так що довелося пошукати інформацію і зайнятися своїми грубими прикидками.Що ми знаємо про цю батарею?
Є три варіанти, які маркуються по кіловат-годинах: 40, 60 і 85 кВтг (40 вже знята з виробництва).
Відомо, що батарея збирається з серійних акумуляторів 18650 Li-Ion 3.7v. Виробник Sanyo (він же Panasonic), ємність кожної банки імовірно 2600mAh, а вага 48г. Швидше за все є альтернативні поставки, але ТТХ повинні бути ~ однакові і основна маса на конвеєр йде все-таки від світового лідера.
(В серійних машинах акумуляторні збірки виглядають зовсім не так \u003d)
Кажуть, вага повної батареї ~ 500кг (зрозуміло, що залежить від ємності). Відкинемо захисний панцир, систему підігріву / охолодження, дрібниці і проводку вагою, ну припустимо, кг 100. Залишається ~ 400кг акумуляторів. При вазі однієї банки 48г виходить грубо ~ 8000-10000 банок.
Перевіримо припущення:
85000 ват-годин / 3.7 вольта \u003d ~ 23000 ампер-годин
23000 / 2,6 \u003d ~ 8850 банок
Тобто ~ 425кг
Значить, грубо сходиться. Можемо стверджувати, що там елементи ~ 2600mAh в кол-ве порядку 8к.
Ось і на фільм наткнувся вже після розрахунків \u003d). Тут туманно повідомляють, що батарея складається з більш ніж 7 тисяч осередків.
Тепер ми легко зможемо прикинути фінансову сторону питання.
Кожна банку пересічному покупця в роздріб СЬОГОДНІ варто ~ $ 6,5.
Щоб не бути голослівним, підтверджую скрін. Парні комплекти по $ 13,85: 
Оптова ціна з заводу буде, мабуть, майже в 2 рази нижче. Тобто десь по $ 3,5-4 за шт. можна купити навіть на одну бибику (8000-9000 штук - це вже серйозний опт).
І виходить, що вартість самих акумуляторних осередків для батареї становить сьогодні ~ $ 30 000. Зрозуміло, Теслі вони дістаються значно дешевше.
За специфікації виробника (Sanyo), ми маємо 1000 гарантованих циклів перезарядки. Взагалі-то там написано мінімум 1000, але справа в тому, що для ~ 8000 банок якраз і буде актуальний мінімум.
Таким чином, якщо взяти стандартний середній пробіг машини за рік 25000км (тобто десь ~ 1-2 зарядки в тиждень), ми отримаємо приблизно 13 років до ПОВНОГО непридатності на 100%. Але майже половину ємності ці банки втрачають вже через 4 роки в такому режимі (цей факт зафіксовано для даного типу батарей). Фактично по гарантії вони ще робочі, але у машини половина пробігу. Експлуатація в такому вигляді втрачає будь-який сенс.
Значить, десь $ 30-40к за 4 роки нормального накату відлітають в утиль. На тлі цього будь-які розрахунки витрат на зарядку виглядають смішно (там буде на ~ $ 2-4К електроенергії за все життя батареї \u003d).
Навіть з цих грубих цифр можна прикинути перспективи витіснення «ДВС-вонючек» з авторинку.
Для схожого на model S седана з ДВС на 25000км в рік піде ~ $ 2500-3000 на бензин. За 4 роки відповідно ~ $ 10-14к.
висновки
До тих пір поки ціна на батареї не впаде в 2,5 рази (або ціни на паливо не виростуть в 2,5 рази \u003d), про масове захоплення ринку говорити рано.Однак перспективи відмінні. Виробники акумуляторів будуть нарощувати ємність. Батареї стануть легше. У них буде менше рідкоземельних металів.
Як тільки для схожих банок (3.7v) доступна оптова ціна за ємністю 1000mAh скоротиться до $ 0.6-0.5, почнеться масовий рух в електрокари (Бензин стане ~ дорівнює за видатками).
Рекомендую моніторити і інші форм-фактори «батарейок». Можливо, ціни на них будуть змінюватися нерівномірно.
Я припускаю, що таке зниження цін відбудеться ще до нової революції в технологіях хімічних акумуляторів. Це буде швидкий еволюційний процес, який займе 2-5 років.
Залишається, звичайно, ризик різкого підвищення попиту на такі батареї. Як наслідок - дефіцит сировини або поставок, але мені здається, все обійдеться. Схожі ризики сильно переоцінювали в минулому, і в результаті все якось налагоджувалося.
Тут треба відзначити ще один цікавий момент. Tesla не просто запаює банки по 8к в одну «консерву». Акумулятори проходять складне тестування, підбираються один до одного, створюється якісна ланцюг, додається хитра система охолодження, купа контролерів, датчиків і прочая, поки недоступна пересічному покупцеві, начинка високого струму. Так що купити нову батарею буде дешевше у Tesl "и, чому економити і брати будь-яку байду. І виходить, що Tesla відразу підписала всіх покупців на витратні матеріали, які стоять в 10 разів дорожче, ніж сама енергія заряду. Це хороший бізнес \u003d).
Інша справа, що скоро з'являться конкуренти. Наприклад, BMW вже ось-ось почне випуск електричної i-серії (швидше за все, вклавши в акції BMW замість Tesl'и на довгі роки). Ну а далі - більше.
Бонус. Як зміниться глобальний ринок?
З точки зору основної сировини для виробництва авто різко впаде споживання сталі. Алюміній з ДВС перекочує в корпусні деталі, тому що зі сталі робити корпусу електрокарів вже не можна (занадто важкі). Без ДВС не потрібні складні і важкі сталеві компоненти. У машині (і в інфраструктурі) буде значно більше міді, більше полімерів, більше електроніки, але майже не буде сталі (мінімум в тягових елементах + ходова і броня. Все). Навіть обгортки акумуляторів обійдуться без жерсті \u003d).Майже до нуля скоротиться витрата мастил, рідин і всяких присадок. Піде в історію смердюче паливо. Однак полімерів потрібно буде все більше, так що Газпром залишається на коні \u003d). В цілому нафту нераціонально «спалювати». З неї можна робити тверді і довговічні вироби найвищого технологічного рівня. Так що вік вуглеводнів не закінчиться на електрокарах, але реформи на цьому ринку будуть серйозні і хворобливі.
