Как устроен аккумулятор автомобиля Tesla Model S. Батарея “Теслы”: устройство, характеристики, применение Батарея tesla model s

Весной 2015 года компания Tesla показала публике новый аккумулятор для дома. По своей сути он представляет собой новый этап развития корпорации. Эта батарея является очередным шагом на пути к созданию умного дома, который будет не зависеть от внешних коммуникаций.

История создания

Добыча и потребление электрической энергии в 21 веке является одной из важнейших проблем. От нее во многом зависят перспективы всего человечества. Традиционно получение электроэнергии осуществляется двумя путями:

1. коммерческим (переработка угля, нефти, газа, ядерной энергии, использование воды и солнечной энергии);
2. некоммерческим (переработка промышленных отходов, дров, использования мускульной силы).

Причем, на коммерческие источники приходится более 90% всей добычи электроэнергии. Такая тенденция наблюдается не один десяток лет, несмотря на существенный кризис топливных ресурсов и загрязнение атмосферы. Если не начать исправлять ситуацию, то может наступить либо кризис энергии, либо глобальная экологическая катастрофа. Поэтому, компания тесла решила внести свою лепту в усовершенствование систем добычи и использования электроэнергии путем разработки инновационного аккумулятора.

Проектом по созданию этой уникальной батареи тесла руководил сам Элон Маск, которого можно считать революционером в сфере информационных технологий. Действительно, еще 10 лет назад практически никто не верил в успех электромобилей. Однако, стараниями Элона Маска удалось создать популярный качественный электромобиль Tesla Model S, который захочет купить каждый автомобилист. Оказалось, что несмотря на монополию двигателей внутреннего сгорания, альтернатива жидкому топливу была найдена уже давно. Просто никто не решался менять устоявшиеся традиции. Вслед за успехом электромобилей компания тесла решила заняться разработкой бытового аккумулятора.

Решение об этом было презентовано 30 апреля самим Элоном Маском. Такая революционная разработка должна не только положительно отразиться на окружающей среде, но и на экономике в целом. Новый аккумулятор назван Tesla Powerwall. Он позволит вам уменьшить выбросы углекислого газа в атмосферу и существенно уменьшить расходы на электроэнергию. То есть, по сути, компания тесла занялась продолжением идеи по автономному обеспечению домов, что уже не является чем-то уникальным. Уже сегодня многие владельцы загородных домов покрывают крыши своих жилищ солнечными панелями, которые питают собой свинцово-кислотные аккумуляторы. Новый аккумулятор от компании тесла должен стать гораздо более эффективным и экономически выгодным.

Характеристики аккумуляторов Powerwall

Батарея Powerwall может брать энергию как от солнечных панелей, так и от других источников энергии. Система может иметь емкость 7 и 10 кВт. Соответственно, первый вариант подходит для ежедневного применения, а второй - для создания энергетических запасов. По подсчетам специалистов среднестатистическая американская семья, живущая в отдельном доме с тремя спальнями, которая будет эксплуатировать батарею тесла, расходует примерно 3200 кВт в час. Поэтому, полностью заряженный аккумулятор может обеспечивать такой дом примерно на 4-5 часов.

Предполагается, что установка батарей тесла будет осуществляться совместно с фирмой Solar City. Эта компания занимается изготовлением и монтажом солнечных батарей, а ее крупнейшим акционером также является гениальный Элон Маск. В последующем планируется задействовать и других партнеров, которые будут участвовать в развитии проекта. По данным финансовых экспертов, продажа новых батарей может принести компании Tesla почти $4,5 млрд. Это связано с тем, что многие крупные фирмы смогут использовать новые аккумуляторы в своих целях. Именно для них и будет разработана система Powerpack, которая будет включать в себя целый набор аккумуляторных блоков емкостью по 100 кВт в час. В промышленных целях эти батареи могут быть объединены в общую систему емкостью 10 МВт в час и даже больше. Компания Tesla уже сообщила о том, что оборудование уже начало тестироваться в американских фирмах Walmart и Cargill.

Преимущества батареи Tesla Powerwall

Применение литий-ионных аккумуляторных элементов

Использование литий-ионных аккумуляторов является важным инновационным решением, которое было взято за основу для создания батареи Powerwall.Эта батарея значительно превосходит по многим параметрам традиционные кислотно-свинцовые образцы. Так, свинцово-кислотный аккумулятор имеет не более 800 циклов разрядки и зарядки. В то же время, литий-ионная батарея обладает 1000-1200 циклами зарядки и разрядки. Кроме того, литий-ионный аккумулятор в несколько раз лучше свинцового по соотношению веса и емкости.

Приятный дизайн

Именно благодаря небольшим размерам батарея компании тесла получила красивый и стильный дизайн. Разработчики Tesla Powerwall решили, что этот продукт должен создавать приятное перовое впечатление, которое в итоге может стать определяющим. Данное изделие отличается округлыми краями и относительно небольшой толщиной по сравнению с конкурентами. Кроме того, для этих аккумуляторных батарей создатели предлагают большое разнообразие цветовых решений. Поэтому, даже без учета технических характеристик, Tesla Powerwall обязательно привлечет ваше внимание. Это устройство можно закрепить прямо на стену, где оно будет заниматься минимум пространства.

Целостная экоструктура

Новый аккумулятор Powerwall представлен в двух модификациях, каждая из которых имеет емкость 7 и 10 кВт в час. Их стоимость составляет 3 тысячи и 3,5 тысяч долларов соответственно. В принципе, если потребителю по каким-то причинам не будет хватать емкости, то он может добавить в систему еще несколько батарей, нарастив общую емкость до 90 кВт в час. То есть, максимально вы сможете подключить до 9 батарей. Для того, чтобы подключить эти аккумуляторы, не нужно досконально изучать принципы построения электрических сетей. Здесь вы сможете решить все проблемы одним кабелем.

Эффективное решение для бизнеса и промышленности

Параллельно с Powerwall была представлена и другая система, которая предназначается для обеспечения электроэнергией промышленных объектов. Это новинка получила название Tesla Powerpack. Особенность этой батареи заключается в возможности бесконечного наращивания потенциальной емкости, достигая нескольких Гигаватт в час. Этот аккумулятор был создан под руководством Илона Маска, который привык мыслить масштабно. Поэтому, эта батарея была презентована не столько для отдельных пользователей, сколько для всей системы электрификации в целом. Для того, чтобы обеспечить всю планету энергией компания тесла собирается создать более 900 миллионов аккумуляторов Powerpack.

Эта система будет заботиться об экологии, что позволит полностью отказаться от промышленной выработки электроэнергии при помощи ископаемых ресурсов. Все это позволит уменьшить выброс внешних веществ в окружающую среду. Кроме того, аккумулятор Tesla Powerpack позволит добиться полной автономии любого промышленного объекта.

Расчет окупаемости в России

Перед тем, как приобрести аккумулятор компании тесла, следует понять, станет ли это выгодным именно для вас. Если принять количество потребляемой энергии в сутки за 10 кВт в час, то это будет равно использованию полной емкости аккумулятора за сутки. Цена батареи Tesla Powerwall составляет 3,5 тысячи, что по действующему курсу составляет примерно 175 тысяч рублей. Кроме того, не стоит забывать о необходимости приобретения инвертора, который по современным меркам стоит 1,5 тысячи долларов. Также не нужно забывать о потерях, которые могут иметь место в электрической цепи, состоящей из аккумулятора, преобразователя тока и инвертора. При этом, суммарный КПД аккумулятора тесла составляет примерно 87%. Поэтому, пользователь получает не все 10 кВт в час, а только 8,7 кВт в час.

С учетом двухзонной тарификации дневное потребление энергии составляет 5 кВт в час, что составляет 57% от максимального ресурса оборудования Tesla Powerwall. Вся остальная энергия при этом идет на вечернее потребление. При таком расчете в сутки использования электросети расходы за год составят примерно 22 тысячи рублей в год в США и более чем на треть меньше на территории России. Дальше нужно учесть, что обычная литий-ионная батарея традиционно теряет примерно 6% от своей первоначальной емкости в течение года. Поэтому, со временем емкость батареи будет постепенно уменьшаться, и уже через несколько вы не сможете справляться одним аккумулятором Tesla Powerwall.

Получается, что с учетом всех расходов аккумулятор Tesla Powerwall в нашей стране не окупает себя даже за 15 лет. Суммарная стоимость оборудования даже без солнечных панелей составляет примерно 250 тысяч рублей.

Размышления на тему

По мнению многих специалистов, новая разработка компании представляет собой интересный вариант, позволяющий добиться энергонезависимости. Это устройство позволит рассчитывать на будущее, лишенное вредных выбросов с постоянным истощением природных ископаемых. Однако, на сегодняшний день стоимость данного оборудования является слишком высокой, чтобы оно было выгодным в нашей стране. Кроме того, если к стоимости добавить еще и цену преобразователя, инвертора и солнечных панелей, то ситуация окажется еще менее радужной. В то же время, многие готовы инвестировать в свое будущее уже сейчас, чтобы создать таким способом зеленую планету. Для этой цели Tesla Powerwall подходит наилучшим образом. Кроме того, можно рассчитывать на дальнейшее снижение стоимости аккумуляторов тесла в дальнейшем.

Конечно, идея Элона Маска не является полностью инновационной, так как в мире на сегодняшний день существует множество вариантов домашних батарей. Однако, по мнению Маска, все эти аккумуляторы является слишком дорогими, неудобными и не слишком надежными. Поэтому, основной целью компании тесла является популяризация этих аккумуляторов и уменьшение их цены.

По мнению экспертов, новые батареи Powerwall должны понравится тем семьям и предприятиям, которые уже имеют установленные на крыше солнечные панели. Сам Маск считает, что только в одной Калифорнии насчитывается не менее 300 частных домов, которые оснащены солнечными системами. Поэтому, всех их можно смело оборудовать аккумуляторами тесла. Также, подобные батареи станут отличным вариантом для зданий, которые нуждаются в постоянном бесперебойном питании. Это касается госпиталей, военных организаций и так далее. Благодаря накоплению солнечной энергии можно сделать солнечные батареи более эффективными и востребованными. Например, если раньше многие отказывались от солнечных панелей, так как они работали только при ярком солнечном свете, то теперь ситуация может измениться. Благодаря использованию аккумуляторов, энергия может накапливаться в течение дня и использоваться вечером, что является более рациональным.

Недостатки

Ключевым недостатком аккумулятора тесла является его высокая стоимость. Кроме того, за установку батареи придется дополнительно заплатить еще несколько тысяч долларов. Согласитесь, что такую роскошь сможет позволить себе не каждая семья. Поэтому, по мнению Элона Маска нужно показать людям, что при помощи этого устройства можно существенно сэкономить. Для этого предполагается уменьшить начальную стоимость прибора примерно на 30 %. Это станет возможным тогда, когда завершится строительство нового завода компании Tesla в Неваде. В целом, эксперты настроены оптимистично, так как, по их мнению, за последние несколько десятков лет стоимость электрической энергии в основном падает и в ближайшем будущем не намечается предпосылок для увеличения этой цены. Именно поэтому в скором времени разработка компании тесла в виде уникального домашнего аккумулятора станет действительно популярной и востребованной.

Приводятся в действие исключительно от электричества, хранящимся в батареях.

С начала производства Тесла на свои электрокары модельного ряда Model S, а позже и на Model X устанавливала батареи емкостью от 40 до 100 кВтч, каждая из которых состоит из 8, 12 или 16 секций.

Каждая секция представляет собой соединенные между собой небольших «пальчиковых» аккумуляторов Panasonic, немного превышающих в размерах стандартные аккумуляторы AA. Цилиндрические аккумуляторы Tesla имеют диаметр 18 мм и высоту 65 мм. Стоит так же отметить, что их преимущество заключается в долговечности, надежности и производительности в суровых автомобильных условиях.

1 — Аккумуляторная батарея; 2 — Преобразователь напряжения (DC/DC); 3 — Высоковольтный кабель (оранжевого цвета); 4 — Главное бортовое зарядное устройство 10 кВт; 5 — Дополнительное зарядное устройство 10 кВт (опция); 6 — Зарядный разъем; 7 — Модуль привода;

Батарея 40 кВтч

40-киловаттная батарея бывает двух типов: 40-киловаттная батарея с 8-ю секциями (сегментами/ячейками) (создана на базе батарейки Toyota RAV4 EV), и 60-киловаттная батарея в которой было 12 ячеек и была запрограммирована на зарядку до 40 киловатт.

Tesla Model S 40 кВтч популярностью не пользовались, поэтому их производство вскоре было завершено.

Батарея 60 кВтч

Батарея 60 кВт состояла из 12 или 16 секций. 12-секционная устанавливалась на Model S40, 16-секционная батарея получила обозначение «NEW» и была кардинально модифицирована.

Батарея 70/75 кВтч

Кроме того, что эта батарея устанавливалась на Model S60 (S60D), она так же устанавливалась на S70 (S70D) и S75 (S75D), но с
расширенными функциями.

Батарея на 60 кВтч для 60-ой модели отличалась отсутствием 77 пальчиковых аккумуляторов, для 70-х Модель S все 16 секций были заполнены аккумуляторами полностью, за счет чего и повышалась общая емкость батареи.

Батарея 85/90 кВтч

Батарея Тесла 85, 90 и 100 кВтч состоит из 16 секций. Каждая ячейка состоит из 444 «пальчиковых» аккумуляторов и имеет свою плата BMS, которая управляет балансировкой всех ячеек.

Самый популярный аккумулятор поставляемый Tesla (85 кВтч), содержит 7104 аккумуляторов 18650.

В 2015 году компания Panasonic изменила конструкцию анода, увеличив емкость аккумулятора примерно на 6%, позволяя аккумуляторным блокам хранить до 90 кВт энергии. В результате чего между 90-киловаттная батареей отличается от 85-киловаттной не по емкости:

• во-первых, емкость аккумулятора Panasonic 18650 в 85-киловаттной батареи имеет вес — 46 грамм, в 90-киловаттной батареи этот же аккумулятор весит 48.5 грамм;
• во-вторых, токоотдача в 85-ой батареи — 10C, в 90-ой — 25C (по этой причине режим Ludicrous доступен только на Тесла с 90 и 100-кВтч батареей, так как технические возможности позволяют дать машине более резвую динамику);

Батарея 100 кВтч

Самая мощная батарея Tesla. Внутренние элементы аккумуляторной батареи были переконфигурированы, чтобы в каждый модуль вмещалось 516 аккумуляторов 18650.

В общей сложности в 100-киловаттной батареи было помещено 8256 аккумуляторов Панасоник, способных хранить чуть более 100 кВтч энергии, и позволяя электрическим автомобилям Тесла проезжать более 500 километров.

Данная батарея имеет токоотдачу 25C и представляет собой «последнее слово техники» в инженерии батарей от компании Тесла.

И даже на этом развитие и усовершенствование не останавливается. Чтобы еще больше повысить эффективность аккумуляторов и снизить затраты, компания Tesla построила крупную фабрику батарей в Спаркс, штат Невада, которая называется Gigafactory 1.

Фабрика производит новую конструкцию аккумулятора под названием 2170. Он имеет диаметр 21 мм и высоту 70 мм, и первоначально использовался в Tesla Powerwall и Powerpack, а также в новом седане Tesla Model 3, который меньше и дешевле от Model S.

Аккумулятор 2170 на 46% больше по объему, чем 18650 и 10-15 % более энергоэффективной, чем 18650.

Очень важно правильно заряжать батарею, а именно с надлежащим зарядным устройством — оригинальным или от качественного производителя, так как от самодельных зарядных устройств батарея перегревается, плохие контакты и плохое качество тока, в результате чего сильно влияет на емкость и долговечность батареи.

Во время эксплуатации производитель настоятельно не рекомендует подвергать автомобиль непрерывному воздействию температуры выше +60C или ниже -30C более 24 часов

Рекомендовано не допускать полного разряда аккумуляторной батареи. В случае, если автомобиль не эксплуатируется, энергия постепенно расходуется на питание бортовой электроники (ежедневно батарея разряжается в среднем на 1%).

Чтобы предотвратить полный разряд, рекомендовано перевести автомобиль в режим энергосбережения, в котором отключается питание бортовой электроники, что позволит сократить разряд до 4% в месяц. Так же стоит отметить, что в энергосберегающем режиме зарядка 12-вольтового аккумулятора прекращается, что в течение 12 часов приведет его к полному разряду. Поэтому в данном случае потребуется подключение к внешней пусковой аккумуляторной батареи или ее замена.

Но, не стоит забывать, что при активации режима энергосбережения — необходимо подключить автомобиль к источнику питания в течение 2 месяцев, чтобы предотвратить полную разрядку батареи Тесла.

В конце апреля компания Tesla представила аккумуляторы для дома. Что это: очередная революция от американской корпорации или логичное звено на пути к построению умного и независимого дома? Давайте разберемся вместе.

Илона Маска по-праву можно назвать революционером в мире технологий. Еще 10 лет назад мало кто верил в то, что электромобили попадут на массовый рынок, а уже сегодня Tesla Model S – седан, которым не прочь был бы завладеть каждый автолюбитель. Альтернатива бензиновому двигателю была найдена давно, но вот «ломать целую индустрию» долго никто не решался.

Вопрос добычи и потребления электроэнергии в XXI веке стоит особо остро. Сегодня от нее в буквальном смысле зависит существование человечества. Традиционная классификация добычи энергии имеет два глобальных ответвления:

• добыча с использованием коммерческих источников : уголь, горючие сланцы, нефть, газ (по сути, именно они и являются основой современной энергетики, покрывая 90% суммарных запросов со стороны предприятий и населения), ядерные, гидро, геотермальные, солнечные, волновые и приливные станции.
• добыча с использование некоммерческих источников : сельскохозяйственные и промышленные отходы, мускульная сила, дрова.

Несмотря на кризис топливных ресурсов, которым пестрили заголовки газет в начале 70-х годов, спустя почти 50 лет в принципах добычи электроэнергии мало что изменилось. Растет население, растет потенциальная необходимость в электроэнергии, а как следствие – все больше и больше загрязняется планета. И можно спорить о том, что наступит раньше – энергетический кризис или экологическая катастрофа, но лучшим выходом из данной ситуации является кардинальный пересмотр всей энергодобывающей отрасли и принципов обеспечения населения электроэнергией.

Энергия и инфраструктура Tesla

30 апреля Илон Маск презентует решение, которое должно благоприятно отразиться не только на окружающей среде, но и на кошельках потребителей. Tesla Powerwall заботится об окружающей среде, кардинально снижая выбросы углекислого газа и позволяет забыть о внушительных счетах за электроэнергию. С последним пунктом мы разберемся немного позже, а пока посмотрим на мир, который нам предлагает Tesla.

Идея накопления электроэнергии и автономное обеспечение домов – не новинка. Немало владельцев загородных коттеджей покрыли крыши своего жилья солнечными панелями, обеспечив питание с помощью свинцово-кислотных аккумуляторов . И вот первое преимущество Tesla Powerwall.

Количество рабочих циклов заряда-разряда у свинцово-кислотного аккумулятора едва достигает 800, в то время как литий-ионный может похвастать 1000-1200 циклами. По соотношению «вес-емкость» литий-ионный аккумулятор почти в 5 раз превосходит свинцово-кислотный. Именно это и позволило компании Tesla создать броский дизайн своей новой линейки продукции.

Дизайн и формфактор . Да, мнение о любом продукте у человека складывается от его внешнего вида. Скругленные края, минимальная толщина (по меркам конкурирующих продуктов) корпуса, наличие ассортимента цветовых решений. Даже не вникая в принципы работы Tesla Powerwall, начинаешь думать о том, как бы она дополнила ваш гараж. Tesla Powerwall крепится на стену и занимает минимум пространства.

Целостная экосистема . Представленные аккумуляторы Tesla Powerwall поставляются в двух модификациях емкостью 7 и 10 кВт*ч по цене в $3000 и $3500 соответственно. В случае, если потребитель ощущает явный недостаток емкости, он всегда может дополнить арсенал батарей покупкой еще одной, тем самым наращивая суммарную емкость вплоть до 90 кВт*ч (допускается подключение до 9 батарей). Подключение не требует досконального изучения принципов построения электросетей: один кабель решает все проблемы.

Решение для предприятий и бизнеса . Вместе с Powerwall был представлен и продукт, способный решить проблему обеспечения фабрик, заводов и целой промышленности – аккумуляторы Tesla Powerpack . Их особенность – способность бесконечного наращивания потенциальной емкости вплоть до нескольких Гигаватт*ч.

Планы по полной альтернативной электрификации. Илон Маск – человек, который привык мыслить глобально. Именно поэтому презентация аккумуляторов Tesla не преследует единственную цель по реализации продукта ограниченному кругу заинтересовавшихся пользователей. Речь идет о масштабной и тотальной электрификации всей планеты Земля с помощью аккумуляторов. Для обеспечения всей планеты энергией Tesla достаточной 900 миллионов батарей Powerpack.

Забота об экологии, полный отказ от производства электроэнергии, источником которой будут служить исчерпаемые природные ресурсы приводящие к выбросу вредных веществ в атмосферу и полная автономность любого, даже самого отдаленного уголка планеты – все это реалии уже сегодняшнего дня. Но до того момента, пока наступит (если наступит вообще) глобальный переход на электроэнергию, черпаемую от солнца, ветра, приливов и накапливаемую в аккумуляторы, потенциального покупателя интересует вопрос: выгодно ли приобретение Tesla Powerwall сегодня?

Сухие цифры

Итак, давайте посчитаем экономическую целесообразность приобретения инновационного продукта от Tesla. Стоит ли «овчинка выделки» и как поведет себя окупаемость в условиях России и США.

Условия рассчетов:

• примем ежесуточное потребление электроэнергии владельцем Tesla Powerwall равным 10 кВт , т.е. полной емкости батареи хватает на сутки потребления;
• стоимость Tesla Powerwall – $3 500 , что по курсу, актуальному на момент публикации данных расчетов составляет 175 000 рублей (с учетом округления и по курсу 50,01 руб за $1);
• к стоимости Tesla Powerwall прибавим необходимость покупки инвертора, стоимость которого составляет около $1500 – 75 000 руб;
• учтем потери при подключении Tesla Powerwall в цепочке аккумулятор – преобразователь тока – инвертор . Общий КПД системы составит 87% . Т.е. изначально потребителю доступны не 10 кВт*ч, а лишь 8,7.
• при двухзонной тарификации (тарифы «день/ночь») примем дневное потребление энергии на уровне 5 кВт*ч (57,5% от максимального ресурса Tesla Powerwall), а вечернее – на уровне 3,7 кВт*ч (42,5%).

Ситуация в США:

На территории США действует двухзонный тариф по оплате электроэнергии:

С 14:00 до 19:00 стоимость 1 кВт*ч электроэнергии составляет $0,2032 (10,16 руб).
C 19:00 до 14:00 стоимость резко падает до $0,0463 (2,31 руб) за 1 кВт*ч.

При потреблении 5 кВт*ч в дневное и 3,7 кВт*ч в «ночное» время ежесуточные расходы при использовании стандартной электросети составят:

5кВт*ч * 10,16 руб + 3,7кВт*ч * 2,31 руб = 50,82 руб + 8,54 руб = 59,36 руб/сутки.
59,34 руб * 365 дней = 21 659 руб в год.

Стандартная литий-ионная батарея теряет около 6% (0,6 кВт) своей первоначальной емкости (т.е. 10 кВт) в год. С каждым годом ее емкость будет сокращаться и уже спустя 3-4 года лишь одной Tesla Powerwall будет недостаточно. Вот примерные расчеты того, как поведет себя батарея с течением времени.

Годы эксплуатации: максимальный срок службы батареи составляет 15 лет.
Максимальная емкость: уменьшается на 6% (0,6 кВт) от первоначальной емкости каждый год.
Стоимость электроэнергии: рассчитана из соотношения дневных/ночных тарифов по указанным выше ценах.
Экономия: какую сумму позволяет сэкономить Tesla Powerwall в год.
Растраты на доп. энергию: мы условились, что ежесуточно потребляем 8,7 кВт. Недостающую электроэнергию (вызванную деградацией аккумулятора) компенсируем электросетью общего пользования.

За 15 лет использования, даже без учета растрат на дополнительную энергию, Tesla Powerwall не окупается . Если учесть, что стоимость кВт*часа электроэнергии на территории России ниже примерно на 60%, говорить о целесообразности такого приобретения вряд ли стоит. Напомню, что покупка комплекта Tesla Powerwall обошлась в 250 000 руб и это без учета солнечных панелей.

Размышления

Предложенное компанией Tesla энергонезависимое решение – это правильный взгляд в будущее без выбросов и беспощадного использования природных ресурсов. Увы, для конечного потребителя заявленная на Tesla Powerwall стоимость не станет экономически выгодным приобретением. К покупке аккумулятора потребуется прибавить «цену ладана и свечей» в виде солнечных панелей, преобразователя и инвертора, а деградация литий-ионных аккумуляторов попросту не позволит покрыть изначальные расходы . Но если вы готовы инвестировать в будущее, готовы сделать шаг навстречу «зеленой планете» и цена вопроса не является определяющей – время Tesla Powerwall для вас уже настало.

И не забываем, что утилизация любого аккумулятора тоже стоит денег. Порой немалых.

Главная проблема электрокаров – это вовсе не инфраструктура, а сами «батарейки». Зарядки поставить на каждой парковке не так сложно. Да и мощности электросетей подтянуть вполне реально. Если кто-то в это не верит, вспомните взрывной рост сотовых сетей. Операторы буквально за 10 лет развернули инфраструктуру по всему миру в разы сложнее и дороже, чем нужно для электрокаров. Тут будет и «бесконечный» денежный поток и перспективы развития, так что протянут тему быстро и без большого шума.

Простецкий расчёт экономики батареи tesla model S

Вначале разберёмся «из чего сделан этот ваш хот дог». К сожалению, на сайте производителя данные ТТХ публикуются для покупателя, который не любит вспоминать даже закон Ома, так что пришлось поискать информацию и заняться своими грубыми прикидками.
Что мы знаем про данную батарею?
Есть три варианта, которые маркируются по киловатт-часам: 40, 60 и 85 кВтч (40 уже снята с производства).

Известно, что батарея собирается из серийных аккумуляторов 18650 Li-Ion 3.7v. Производитель Sanyo (он же Panasonic), ёмкость каждой банки предположительно 2600mAh, а вес 48г. Скорее всего есть альтернативные поставки, но ТТХ должны быть ~одинаковые и основная масса на конвейер идёт всё-таки от мирового лидера.

(В серийных машинах аккумуляторные сборки выглядят совсем не так =)
Говорят, вес полной батареи ~ 500кг (понятно, что зависит от ёмкости). Отбросим защитный панцирь, систему подогрева/охлаждения, мелочи и проводку весом, ну допустим, кг 100. Остаётся ~ 400кг аккумуляторов. При весе одной банки 48г выходит грубо ~8000-10000 банок.
Проверим предположение:
85000 ватт-часов / 3.7 вольта = ~23000 ампер-часов
23000/2,6 = ~8850 банок
То есть ~425кг
Значит, грубо сходится. Можем утверждать, что там элементы ~2600mAh в кол-ве порядка 8к.
Вот и на фильм наткнулся уже после расчётов =). Здесь туманно сообщают, что батарея состоит из более чем 7 тысяч ячеек.

Теперь мы легко сможем прикинуть финансовую сторону вопроса.
Каждая банка рядовому покупателя в розницу СЕГОДНЯ стоит ~$6,5.
Чтобы не быть голословным, подтверждаю скрином. Парные комплекты по $13,85:


Оптовая цена с завода будет, видимо, почти в 2 раза ниже. То есть где-то по $3,5-4 за шт. можно купить даже на одну бибику (8000-9000 штук – это уже серьёзный опт).
И выходит, что стоимость самих аккумуляторных ячеек для батареи составляет сегодня ~$30 000. Разумеется, Тесле они достаются значительно дешевле.
По спецификации производителя (Sanyo), мы имеем 1000 гарантированных циклов перезарядки. Вообще-то там написано минимум 1000, но дело в том, что для ~8000 банок как раз и будет актуален минимум.
Таким образом, если взять стандартный средний пробег машины за год 25000км (то есть где-то ~1-2 зарядки в неделю), мы получим приблизительно 13 лет до ПОЛНОЙ непригодности на 100%. Но почти половину ёмкости эти банки теряют уже через 4 года в таком режиме (этот факт зафиксирован для данного типа батарей). Фактически по гарантии они ещё рабочие, но у машины половина пробега. Эксплуатация в таком виде теряет всякий смысл.
Значит, где-то $30-40к за 4 года нормального наката улетают в утиль. На фоне этого любые расчёты расходов на зарядку выглядят смешно (там будет на ~$2-4к электроэнергии за всю жизнь батареи =).
Даже из этих грубых цифр можно прикинуть перспективы вытеснения «ДВС-вонючек» с авторынка.
Для похожего на model S седана с ДВС на 25000км в год уйдёт ~$2500-3000 на бензин. За 4 года соответственно ~$10-14к.

Выводы

До тех пор пока цена на батареи не упадёт в 2,5 раза (или цены на топливо не вырастут в 2,5 раза =), о массовом захвате рынка говорить рано.
Однако перспективы отличные. Производители аккумуляторов будут наращивать ёмкость. Батареи станут легче. В них будет меньше редкоземельных металлов.
Как только для похожих банок (3.7 v) доступная оптовая цена за ёмкость 1000 mAh сократится до $0.6-0.5, начнётся массовое движение в электрокары (бензин станет ~равен по расходам).
Рекомендую мониторить и другие форм-факторы «батареек». Возможно, цены на них будут меняться неравномерно.
Я предполагаю, что такое снижение цен произойдёт ещё до новой революции в технологиях химических аккумуляторов. Это будет быстрый эволюционный процесс, который займёт 2-5 лет .
Остаётся, конечно, риск резкого повышения спроса на такие батареи. Как следствие - дефицит сырья или поставок, но мне кажется, всё обойдётся. Похожие риски сильно переоценивали в прошлом, и в результате всё как-то налаживалось.
Здесь надо отметить ещё один интересный момент. Tesla не просто запаивает банки по 8к в одну «консерву». Аккумуляторы проходят сложное тестирование, подбираются друг к другу, создаётся качественная цепь, добавляется хитрая система охлаждения, куча контроллеров, датчиков и прочая, пока недоступная рядовому покупателю, начинка высокого тока. Так что купить новую батарею будет дешевле у Tesl"ы, чем экономить и брать всякую байду. И выходит, что Tesla сразу подписала всех покупателей на расходники, которые стоят в 10 раз дороже, чем сама энергия заряда . Это хороший бизнес =).
Другое дело, что скоро появятся конкуренты. Например, BMW уже вот-вот начнёт выпуск электрической i-серии (скорее всего, вложусь в акции BMW вместо Tesl’ы на долгие годы). Ну а дальше – больше.

Бонус. Как изменится глобальный рынок?

С точки зрения основного сырья для производства авто резко упадёт потребление стали. Алюминий из ДВС перекочует в корпусные детали, потому что из стали делать корпуса электрокаров уже нельзя (слишком тяжёлые). Без ДВС не нужны сложные и тяжёлые стальные компоненты. В машине (и в инфраструктуре) будет значительно больше меди, больше полимеров, больше электроники, но почти не будет стали (минимум в тяговых элементах + ходовая и броня. Всё). Даже обёртки аккумуляторов обойдутся без жести =).
Почти до нуля сократится расход масел, смазок, жидкостей и всяких присадок. Уйдёт в историю вонючее топливо. Однако полимеров нужно будет всё больше, так что Газпром остаётся на коне =). В целом нефть нерационально «сжигать». Из неё можно делать твёрдые и долговечные изделия высочайшего технологического уровня. Так что век углеводородов не закончится на электрокарах, но реформы на этом рынке будут серьёзные и болезненные.

Потеря емкости батареи в ходе эксплуатации – одна из проблем электромобилей, несмотря на то, что этот процесс является нормой для любых устройств, оснащенных литий-ионными аккумуляторами. Однако эксперты организации Plug-in America установили, что электромобиль в этом отношении – исключение.

Так, они провели независимое исследование , которое показало, что потеря мощности батареи Model S даже при длительном пробеге является небольшой. В частности, блок аккумуляторов этого автомобиля в среднем теряет 5% своей мощности после преодоления машиной отметки в 50 тыс. миль (80 тыс. км), а при пробеге более 100 тыс. миль (160 тыс. км) – и вовсе менее 8%. Исследование было проведено на основе данных 500 электрокаров Tesla Model S, суммарный пробег которых составил более 12 млн миль (20 млн км).

Кроме того, Plug-in America провела еще одно исследование, которое показало, что за четыре года (с момента выхода Tesla Model S на рынок) в разы сократилось количество обращений на сервисные станции «Тесла» из-за проблем с аккумулятором, электродвигателем или зарядным устройством.

Емкость батареи может зависеть от нескольких факторов, таких как частота полной зарядки емкости, периоды времени пребывания в незаряженном состоянии и количество быстрых зарядок. Данные Plugin America также показывают, что коэффициенты замещения для основных компонентов значительно улучшились:

Такие данные обнадеживают, но несмотря на это Тесла продолжает работать над улучшением своей аккумуляторной батареи и технологий ячеек. Компания начала научное сотрудничество с исследовательской группой Jeff Dahn университета Далхаузи. Этот отдел специализируется на увеличении срока службы ячеек литий-ионных аккумуляторов, а его целью является максимальное продление пробега на батарее с небольшой потерей мощности.

Отметим, что батарея Tesla Model S, равно как и сам автомобиль с 2014 года имеет гарантию сроком на 8 лет и без ограничений на пробег. Тогда глава Tesla Илон Маск объяснил принятие такого решения так: «Если мы действительно верим, что электромоторы гораздо надежнее двигателей внутреннего сгорания, с меньшим количеством движущихся частей… то наша гарантийная политика должна отражать это».