Tesla es reconocida como un icono de la industria automotriz eléctrica. Sus avanzados coches son una referencia para muchas compañías que comienzan a fabricar vehículos electrificados, al fijarse en el diseño y, sobre todo, en las baterías que usan los vehículos de cero emisiones de la empresa dirigida por Elon Musk.
Hasta el momento, Tesla ha estado usando un paquete de celdas identificado por el número de modelo "18650". Estas baterías son fabricadas por Panasonic en Asia y se utilizan en los Tesla Model S y Model X desde 2013. Estas son celdas de batería pequeñas, un poco más grandes que las pilas AA estándar. Las celdas cilíndricas de Tesla tienen 18 mm de diámetro y 65 mm de alto. El diseño de Panasonic, tal vez con la contribución de Tesla, es uno de los más sólidos disponibles en la actualidad, ofreciendo un rendimiento confiable y de larga duración, según Inside EVs.
Comparativa de dimensiones entre distintos tipos de celdas.
La batería más popular suministrada por Tesla contiene 7.104 celdas 18650 en 16 módulos de 444 celdas cada uno, capaces de almacenar hasta 85 kWh de energía. En 2015, Panasonic modificó el diseño del ánodo, aumentando la capacidad de la celda en aproximadamente un 6%, permitiendo que los paquetes de batería almacenaran hasta 90 kWh de energía. Después, los ingenieros de Tesla reconfiguraron las partes internas del paquete de baterías para albergar 516 celdas en cada módulo para un total de 8.256 celdas capaces de almacenar un poco más de 100 kWh de energía, lo que permite a los coches disfrutar de un alcance superior a los 480 kilómetros.
El chasis y la batería de un Tesla Model S
Para mejorar aún más la eficiencia de la celda y reducir los costos, Tesla construyó la fábrica Gigafactory, ubicada en Nevada, que produce un diseño de celda llamado "2170", porque tiene 21 mm de diámetro y 70 mm de altura. Esta batería fue utilizada inicialmente en el producto de almacenamiento doméstico Tesla Powerwall, y en el Powerpack, y después fue aplicada en el Model 3. El diseño 2170 es un 46% más grande en volumen que el 18650 y entre 10% y 15% más eficiente, según JB Straubel, director de tecnología de Tesla.
Un paquete de baterías Tesla formado por celdas 2170.
Tesla mejoró la velocidad de carga
Uno de los requisitos clave para las baterías de los automóviles eléctricos, especialmente para los viajes por carretera, es que deben recargarse con relativa rapidez. Como las baterías son dispositivos de corriente directa (CC) y el servicio eléctrico doméstico es de corriente alterna (CA), la carga en el hogar generalmente utiliza un circuito de 240 voltios que suministra 40 amperios (aproximadamente 10 kW de potencia). El automóvil tiene un circuito de carga incorporado que rectifica la CA, convirtiéndola en CC. Cargar de esta manera generalmente toma varias horas. Lo que ha hecho Tesla es instalar Supercargadores de CC en varios países que suministran hasta 135 kW de potencia, en los que la CC no pasa por los circuitos de carga del automóvil, sino que carga la batería directamente. Esto es mucho más rápido, al requerir entre 20 y 40 minutos para completar la carga.
Los paquetes de baterías Tesla que usan baterías Panasonic '18650' no pueden cargar más rápido que esto. El voltaje máximo de carga para una celda Panasonic es de 4.2 voltios. La empresa japonesa especifica una corriente de carga máxima de 2 amperios por celda. Tesla permite que la corriente de carga sea de hasta 4 amperios.
Diagrama sobre el proceso de recarga de una batería de ion-litio.
Por lo tanto, la potencia máxima que un paquete de baterías Tesla puede usar para cargar es de 4.2 x N x I, donde "N" es el número de celdas del paquete e "I" es la corriente máxima permitida por celda. Para paquetes de 85/90 kWh, esto es 7.104 x 16.8 = 119.3 kW. Para los paquetes de 100 kWh es 8.256 x 16.8 = 138.7 kW. No hay forma de cargar más rápido sin aumentar la corriente de carga máxima por celda, lo que podría acelerar la degradación de las celdas o algo peor.
Todas las celdas de la batería recargable se degradan con el tiempo a medida que ocurren reacciones secundarias indeseables en las celdas que impiden que los iones de litio lleguen al ánodo durante la carga. Los paquetes de baterías Tesla están garantizados contra fallas, pero no contra la degradación. Sin embargo, la degradación de las celdas 18650 es muy lenta, perdiendo solo un 1% o 2% de capacidad, en el peor de los casos. Las celdas, aparentemente, son muy resistentes a la degradación.
Análisis de la degradación de la capacidad de carga de una batería Tesla a lo largo del tiempo.
El Tesla Model 3 utiliza las celdas 2170 fabricadas en la Gigafactory. Las celdas más grandes pueden usar más de 4 amperios de corriente de carga para acelerar el proceso, pero debido a que las celdas 2170 tienen más capacidad de almacenamiento de energía que las 18650, se necesitan proporcionalmente menos celdas para crear un paquete con los kWh necesarios.
