Algunos detalles sobre la batería de los automoviles Tesla


Todos los vehículos  Tesla son accionados únicamente por la carga eléctrica almacenada en su baterías por que  son llamados vehículos eléctricos de batería o BEVs siendo la razón de la existencia de Tesla como  empresa , es decir simplemente gracias a que las baterías de iones de litio que usan estos vehiculos  tienen la mayor capacidad de carga de cualquier formulación práctica de la batería en la historia , por el coste y potencia  lo suficientemente alta como para hacer práctica BEVs.

 

Las baterías de iones de litio

La idea para el uso de celdas de batería recargables de iones de litio primero fue propuesta por un químico británico en la década de 1970   y realmente ha sido un exito total hasta nuestros días pues esta practicante en cualquier  dispositivo electrónico ( smartphones, relojes, bicicletas eléctricas, etc)

Son dispositivos aparentemente simples que constan de tres componentes básicos: dos electrodos, el ánodo negativo y el positivo cátodo separados por un químico “sopa”, llamado electrolito. Cuando estén cargadas las baterías de iones de litio, los iones de litio se ven obligados a migrar hacia el electrodo negativo donde se depositan. Durante la descarga, los iones de litio invertir dirección para el cátodo ( puede consultar mas detalles sobre de desarrollo de la célula de litio ion batería en este artículo de la Wikipedia) y un vídeo de  la televisión muestra NOVA (véase abajo) dedicada  a  las células de ion de litio en 2017  que demuestra las ventajas asi como los peligros asociados con las células de ion de litio..

 

 

 

Tesla ha estado utilizando 18650 células fabricadas por Panasonic en Asia en los coches de los modelos S y X desde 2013. Estas son las celdas de la batería pequeña, ligeramente más grandes que las baterías  AA estándar. Las células cilíndricas de Tesla son 18 mm de diámetro y 65 mm de alto. El diseño de la Panasonic, tal vez con el aporte de Tesla, es por algunos relatos de las formulaciones más robustas disponibles hoy en día en rendimiento,durabilidad y  funcionamiento confiable en el riguroso ambiente automovilístico.

El más popular paquete de baterías suministrado por Tesla contiene 7.104 células 18650   capaces de almacenar hasta 85 kWh de energía. Pero  no acaba mas que en empezar pues ya en el año 2015 Panasonic alteró el diseño del ánodo, aumento de la capacidad de la célula por cerca de 6%, permitiendo a los paquetes de baterías almacenar hasta 90 kWh de energía. Más recientemente, los ingenieros de Tesla reconfiguraron el funcionamiento interno de la batería para mantener 516 células en cada módulo para un total de 8.256 células capaz de almacenar un poco más de 100 kWh de energía que permite a los coches llegar  a disfrutar de una autonomía  de más de 300 millas.

Con el fin de mejorar la eficiencia de las células y costos ,Tesla ha construido una fábrica grande de la batería en Sparks, NV cerca Reno llamado Gigafactory 1 que está produciendo un nuevo diseño de célula llamado el 2170 porque es 21 mm de diámetro y 70 mm de alto para usarse inicialmente en  productos de almacenamiento en el hogar (la Powerwall Powerpack)  o  el nuevo sedán modelo 3, diseñado para ser más pequeño y menos costoso que el modelo S. El diseño basado en celdas 2170 es 46% menor en volumen que los basados en celdas 18650 y 10-15% más eficientes que las 18650 células, según J. B. Straubel, director técnico de Tesla.

 

Carga

Uno de los requisitos clave para las baterías del coche eléctrico, especialmente en viajes por carretera, es que necesitan recargarse relativamente rápidamente. Puesto que las baterías son dispositivos de corriente continua (DC) y ene  casa el sumunistro o eléctrico es de CA, la carga utiliza un circuito de 240 voltios 40 amperios de abastecimiento (cerca de 10 kW de potencia). El coche incluye  el circuito de carga  ( circuitería que rectifica la CA),la  cual  de  manera típica tarda varias horas. Consciente de que es mucho tiempo Tesla ha instalado   estaciones rapidas en todo el mundo que ofertan hasta unos 135 kW de potencia , requiriendo típicamente de 20 a 40 minutos.

Las baterías de Tesla que usan baterías Panasonic 18650 no pueden cargar más rápido que esto ,puesto que el voltaje de carga máxima de una celda de Panasonic es de 4,2 voltios y  Panasonic especifica un máximo de corriente de 2 amperios por célula de carga pero Tesla suaviza esta regla llegando   hasta 4 amperios. Por lo tanto ,la potencia máxima que puede puede utilizar un paquete de baterías del Tesla para cargar es 4.2 X X N donde N es el número de células en el paquete y I es la corriente máxima permitida por la célula. Para los paquetes de 85/90 kWh es 7.104 X 16,8 = 119.3 kW. Para los 100 paquetes de kWh es 8.256 X 16,8 = 138.7 kW. No hay manera para cargar más rápido sin aumentar la máxima carga por celula que podría acelerar la degradación de las células o algo peor.

Todas las células de la batería recargables se degradan con el tiempo con reacciones secundarias indeseables que ocurren en las células  produciendo subproductos que bloquean los iones de litio de alcanzar el ánodo durante la carga. Las baterías de Tesla están garantizadas contra fallos pero no degradación. Las primeras indicaciones sobre el uso de estas baterias  son que la degradación de células 18650 es muy lenta, perdiendo solamente un por ciento o dos de capacidad por año en el peor  por lo que las células son muy resistentes a la degradación, al parecer.

 

Bateria  para el modelo 3

El Tesla modelo 3 ha estado disponible por casi un año, de modo que  hackers ,manitas e incluso aficionados  en todo el mundo están dispuestos a investigar  mucho mas sobre lo  que se  oculta en su interior.

Los coches Tesla modelo 3 utilizarn  las celulas 2170  fabricadas  en  Gigafactory . Las células más grandes pueden ser capaces de utilizar más de 4 amperios de carga actuales que servirán para acelerar la carga  porque las células 2170 tienen más capacidad de almacenamiento de energía que las células 18650 células, así que proporcionalmente  necesitarán menos para crear un paquete con un determinado grado de kWh. (N es más pequeño, consigue más grande). Esto significa que la mayor carga de energía es sin sentido para estas baterías aqunye la relación. 4.2 X N X  todavía se aplica.

Este modelo  aunque es considerablemente más barato que el modelo anterior, con un precio de  $35.000 dolares   USD  ,el nuevo Tesla sigue siendo un precio demasiado alto para comprarlo para desmontarlo por simple curiosidad ,así que para Jack Rickard  conocedor de vehículo eléctrico [Jack Rickard]  compró el primer 3 modelo averiado para a tenerlos en sus manos  procediendo a hacer un desmontaje  largo en lo que podría decirse que es el corazón y el alma de la máquina: su batería de 75 kWh.

En el camino hicieron algunos descubrimientos interesantes y obtuvo una idea sobre cómo Tesla ha podido caer el coste de los 3 modelos,hasta llegar al precio  “tan bajo” actual  en comparación con sus anteriores vehículos.

En un Tesla, la batería es un gran panel plano que toma efectivamente la parte de  debajo del vehículo. Para quitarla  necesitamos un gato   hidráulico y  levantar el modelo 3 en un elevador estándar y luego bajar la batería con una tabla de elevación pequeña. Es aquí se observan las primeras diferencias: mientras que la batería del modelo S fue hecha para el rápido intercambio (una característica aparentemente que rara vez se ha utilizado en la práctica), la batería de la batería del modelo 3 obviamente pretende ser una pieza permanente del vehículo; de  modo que no es sencillos retirarla pues ocupa  una buena porción del interior.

La batería del coche pues puede considerarse  el cambio más grande para el modelo 3

 El paquete de baterías contiene en realidad el sistema de gestión de la batería en una unidad integrada, cargador y convertidor DC-DC. Mientras que en el modelo de estos componentes fueron instalados en el vehículo, en el modelo 3, la mayoría de la electrónica primaria se almacena en este módulo lo cual reduce considerablemente el cableado y la complejidad del coche,

 

[Jack] menciona el hardware importante sólo queda el modelo 3 (más allá de los motores)  en  el equipo de interfaz de usuario en la consola central. Cuando el protocolo de comunicación para este módulo de electrónica inverso diseñado, puede terminar siendo excepcionalmente útil no sólo para las conversiones del vehículo eléctrico pero cosas como almacenamiento de energía de fuera de la red.

En el video podemos ver el proceso completo de desmontaje  de la batería del un Tesla model 3   filmado  como  un documental

 

Tesla parece decidido por este formato 2170 para ofrecer diferentes capacidades de baterías peor en cambio, los fabricantes tradicionales han tenido que conseguir celdas mejoradas para poder ofrecer otras capacidades de batería, como ocurre ahora por ejemplo con el Renault ZOE de 41 kWh y el de 22 kWh.

Tesla ha apostado por este formato de batería, algo que no han hecho el resto de fabricantes tradicionales. Por el momento, parece que la compañía californiana está decidida a bajar los costes significativamente con este formato. ¿Acabarán usándolo el resto de fabricantes? Por el momento, parece que no.

 

 

Fuente https://hackaday.com

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