Электропривод Tesla Model S

На сегодня даже русскоязычный сегмент интернета переполнен  обзорами электромобиля Tesla Model S. На различных ресурсах можно найти информацию о технических и ходовых характеристиках, встроенных системах автопилота и пр. Мы же постараемся раскрыть данный автомобиль непосредственно с точки зрения электропривода.

Итак. Что же действительно нового и прорывного произвела на свет компания Tesla Motors? А какие технические решения на сегодня являются уже в какой-то степени устаревшими?

Если посмотреть список патентов, принадлежащих TESLA MOTORS INC.,  то можно заметить, что более 60% из них посвящены оптимизации процесса заряда и системе контроля аккумуляторной батареи.

В конце статьи имеется счетчик репостов. Если данная статья в сумме наберет более 100 репостов, в следующих постах мы приведем подробный обзор на русском языке наиболее интересных и значимых патентов. Речь идет об электротехнических решениях, полный список, включающий в себя патентную защиту элементов конструкции и прочее нами не рассматривался. 

Источник питания

Итак, как уже было сказано выше, основная фишка Теслы заключается в идеально сбалансированной аккумуляторной батарее, имеющей наилучшие удельные показатели по массе и габаритам, способную быстро заряжаться даже при низких температурах, обеспечивающую максимальный для серийно выпускаемых автомобилей сегодня запас хода, но… в то же время имеющую довольно скромный ресурс и, как мы уже несколько раз могли видеть в новостях, способную к возгоранию.

Физически, как выяснили американские народные умельцы, батарея емкостью 85 кВт*ч состоит из 7104 литий-ионных аккумуляторов производства фирмы Panasonic , соединенных параллельно-последовательно. Каждый элемент имеет емкость 3400 мАч и типоразмер 18650, т.е. почти такой же, как и у батарейки, установленной в вашем пульте от телевизора.

У обывателя может возникнуть вопрос, почему бы не сделать одну большую батарею. Ответ заключается в том, что максимальное напряжение для литий-ионной батареи составляет 4,2 В. Это обусловлено особенностями физико-химических процессов, протекающих в элементе, в которые мы углубляться не будем. Очевидно, что 4,2 В будет недостаточно для питания столь мощного привода, ибо в этом случае в нем будут  протекать сумасшедшие токи.

Изначально элементы параллельно соединяются в группы по 74 шт. При параллельном соединении напряжение группы равно напряжению каждого из элементов (4,2 В), а емкость группы равна сумме емкостей элементов (250 Ач).

Далее шесть групп соединяются последовательно в модуль.  При этом напряжение модуля суммируется из напряжений групп и равняется примерно 25 В (4,2 В*6 групп). Емкость остается 250 Ач.

модуль батареи Tesla Model S

Модуль аккумуляторных батарей, вид сверху

Поясним. Батарея состоит из двух слоев по высоте. Физически на рисунке на виде сверху полностью мы видим только первую и третью группы. Вторая и четвертая группы расположены строго под ними на нижнем слое. Пятая и шестая группы собраны из элементов разных слоев: по 37 с верхнего и 37 с нижнего.

Наконец, модули соединяются последовательно в батарею. Всего батарея содержит 16 модулей (итого 96 групп). Напряжение всех модулей при этом суммируется и составляет в итоге 400 В (16 модулей * 25 В). Итого, каждый модуль содержит 444 ячейки, а вся батарея — 444*16=7104. 

tesla_model_s_07

Внутри группы ячейки соединены параллельно, и напряжение на них одинаково. При последовательном соединении возникает необходимость контроля напряжения каждой составляющей. Для этого используется система управления аккумуляторной батареи (BMS), контролирующая заряд каждой группы и самого модуля. Кроме того, есть общая BMS, контролирующая всю батарею.

batariya-tesla-model-s-4

Модуль батареи, состоящий из двух слоев, вид сбоку.

Tesla BMS Module - Front-1280

BMS компании Tesla motors

Данная система является собственной разработкой компании, на неё также имеется два патента.

Спорным на сегодня является выбор типа аккумуляторов. Да, литий-итонные батареи имеют наилучшие удельные показатели. Но, например, LiFePO4 ячейки, при приблизительно той же стоимости имеют гораздо больший ресурс, в среднем 6000 циклов заряд-разряд (против 1500 циклов у Li-ion) и являются полностью безопасными в части самовозгорания.

Электропривод

Как опять же может показаться странным, в части электропривода Tesla не использовала практически никаких новшеств (за исключением системы охлаждения: полый ротор и пр. конструктивные особенности). На автомобиле установлен самый обычный асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором. Двигатель соответствует классу IE4. Ротор в данном случае заливается не привычным алюминием, а медью. Такое решение позволяет уменьшить активные потери в роторной цепи за счет меньшего удельного сопротивления меди, что приближает КПД двигателя к 98%. Однако, такая технология изготовления не является инновационной, и уже довольно давно применяется в электродвигателях промышленного исполнения.

400 вольт постоянного напряжения, выдаваемого батареей, поступают на вход инвертора и преобразуются в переменное трехфазное напряжение требуемой частоты и амплитуды. В качестве трансмиссии используется одноступенчатый редуктор с передаточным числом j=9.73.

Топовая модель имеет мощность привода 416 л.с. (310 кВт);
Номинальный крутящий момент 600 Н*м;
Скорость w=P/M=500 рад/с=5000 об/мин;

11 комментариев к “Электропривод Tesla Model S

    1. belous9 Автор статьи

      «Такой же как в пульте» относится только к типоразмеру, не к емкости, это стилистическая ошибка.

    1. belous9 Автор статьи

      Да, Вы правы, но я руководствовался информацией с официального сайта: «Lithium-ion cells officially named as 18650 or 168A and which resemble an AA battery in physical size».

  1. станислав

    В сети есть видео мотора. Тоесть его намотка.. Если внимательно посмотреть. То видно что виток один или два. Просто паралельно в жгут.. И оконцовывают клемником.. Теперь влпрос какие 400 вольт в одном витке? Либо это уловка.. Либо ктото не правильно посчитал батарею.. Я склоняюсь к батарее в паралель. И мотор в два вольта

  2. Олег Панасенко

    Вспомните формулу рассчета количества витков на вольт. Там частота тока в знаменателе, то есть чем больше частота, тем меньшее количество витков на 1В. А поскольку управление оборотами двигателя реализуется за счет частоты, думаю, что частота там в кГц, поэтому и витков может быть немного. 2-3 витка на 400В — это вполне приемлемо.

  3. N

    Никого не смущает на 8 минуте видео обжим силовых клемм без зачистки проводов?

    1. Дмитрий

      Вот меня очень смущает обжимка без зачистки. Оно конечно будет хорошо работать первые полгода, но потом может разболтаться. По хорошему надо нагревать, снимать лак и паять.

  4. Александр

    8:04 рабочий одевает обжимную клемму на пучок незачищенных проводов. Это как, кто будет изоляцию снимать?

    1. Костя

      соединение происходит путем сваривания и обжима,на подобие точной сварки,металлы спекаются между собой,и от лака не остается и следа,контакт надежный,лично сам при перемотке моторов так же делаю,всё надежно проверено 100%)

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *