Jak Tesla wprowadza innowacje w zakresie samochodów elektrycznych

Niedawno wziąłem udział w jeździe próbnej jednym z luksusowych samochodów elektrycznych Tesli Model S i zwiedziłem laboratoria badawczo-rozwojowe, w których firma opracowuje technologię akumulatorów i ładowania. To doświadczenie pozwoliło mi uwierzyć, że Tesla ma ważną przewagę nad swoimi konkurentami w wyścigu o udostępnienie masom samochodów elektrycznych.

Trasa widokowa : Model S pędzi wzdłuż wybrzeża.

Model S Tesli jest drogi (od 70 000 do ponad 100 000 USD), ale jego zasięg wynosi 265 mil, czyli ponad trzykrotnie więcej niż Nissan Leaf (75 mil). W ciągu kilku lat Tesla ma nadzieję wyprodukować znacznie bardziej przystępne cenowo pojazdy – w tym takie, które kosztują od 30 000 do 35 000 USD – o zasięgu podobnym do modelu S. Tesla chce również uczynić samochody elektryczne bardziej praktycznymi, budując ogólnokrajową sieć stacji ładowania który może naładować 200 mil w około pół godziny — w porównaniu z kilkoma godzinami ładowania samochodu elektrycznego na zwykłej stacji dzisiaj.

Na jazdę próbną zaplanowałem przejazd z siedziby Tesli w Palo Alto w Kalifornii do San Francisco, a następnie do Half Moon Bay na rejs malowniczą nadmorską autostradą 1 do Santa Cruz. Później wracałem na północ do Fremont na wycieczkę po fabryce Tesli, zanim zwrócę samochód do kwatery głównej – cała podróż wyniosłaby około 230 mil.

Kiedy dotarłem do Tesli w Palo Alto, aby odebrać samochód, odkryłem jednak, że ktoś zapomniał podłączyć go na noc. Wskaźnik akumulatora wskazywał 208 mil — mniej niż pełny zasięg 265 mil dla Modelu S. Nadal mogłem odbyć podróż, ale postój na stacji doładowującej był teraz niezbędny.

Dzisiejsze pojazdy elektryczne mają wiele zalet w porównaniu z samochodami zasilanymi gazem. Dla osób dojeżdżających do pracy nie ma wycieczek na stację benzynową — wystarczy gniazdko w domu lub w pracy — a pełna opłata kosztuje tylko kilka dolarów. A silniki elektryczne, które potrzebują tylko jednego biegu dla wszystkich prędkości, mogą być zaskakująco szybkie i mocne. Co więcej, samochody elektryczne nie zużywają benzyny i nie emitują zanieczyszczeń. Nawet biorąc pod uwagę emisje dwutlenku węgla i zanieczyszczenia z elektrowni, które produkują energię elektryczną do zasilania samochodów, a także z produkcji i utylizacji, samochody elektryczne wytwarzają około 40 procent mniej dwutlenku węgla i ozonu niż samochody konwencjonalne.

Ale pomimo wszystkich swoich atrybutów, samochody elektryczne wciąż są nawiedzane przez dwa potępiające czynniki: wysokie koszty i nieoptymalne akumulatory.

Właśnie tam Tesla ma nadzieję, że coś zmieni. Innowacyjna technologia baterii i ładowania firmy zapewniła jej znaczną przewagę w obniżaniu kosztów baterii i szybszym ładowaniu, a także pomaga Tesli obniżyć koszty szybciej niż jej konkurenci.

Około 10 rano wyjechałem z parkingu Tesli, wykorzystując przyspieszenie samochodu — od 0 do 30 w 1,7 sekundy. Przez cały dzień mijałem inne samochody, wspinając się po stromych zboczach, szybko pokonywałem zakręty i zostawiałem inne samochody stojące na światłach.

Wskaźnik poziomu paliwa : Deska rozdzielcza Modelu S pokazuje aktualną pozycję, pozostały poziom naładowania i zużycie energii w czasie. Część wykresu po prawej stronie w kolorze zielonym pokazuje wynik hamowania rekuperacyjnego.

Ale poczułem ukłucie niepokoju, gdy zauważyłem, że w akumulatorze pozostało zaledwie 67 mil. Samochód oszacował, że dojadę do najbliższej stacji ładującej w Gilroy, mając 30 mil do stracenia – mniej więcej połowę tego, czego się spodziewałem. Nie martwiłbym się, gdybym wiedział, że mogę liczyć na to oszacowanie, ale tak jak w przypadku każdego samochodu elektrycznego, rzeczywisty zasięg różni się w zależności od stylu jazdy, terenu i natężenia ruchu. Model S pokazuje dwa różne szacunki zasięgu: jeden, który stopniowo spada, jak wskaźnik paliwa, i drugi, który pokazuje, jak wpłynąłby na twój zasięg, gdybyś jechał dalej tak, jak przez ostatnie kilka minut. Wyłączyłem klimatyzację, przyciemniłem ogromny 17-calowy ekran dotykowy samochodu i zwolniłem pedał gazu, aby zaoszczędzić trochę soku. Przyjechałem z 17 milami na akumulatorze.

Ładowanie było znacznie łatwiejsze, niż się spodziewałem, po spędzeniu popołudnia na ładowaniu Chevroleta Volta na standardowej publicznej stacji ładowania, aby uzyskać zaledwie 50 km ładowania. Samochód rozpoznał tag RFID w uchwycie ładowarki i automatycznie otworzył drzwiczki wylotu. Do czasu, gdy przeszedłem przez parking, kupiłem cheeseburgera i zaniosłem go z powrotem do samochodu, zasięg był już do 92 mil, co wystarczyło na dokończenie całodniowej jazdy. Porozmawiałem przez chwilę z właścicielem Modelu S, a potem wróciłem na drogę. Zwróciłem samochód tego wieczoru, mając na akumulatorze 129 mil zasięgu — więcej niż zasięg w pełni naładowanych samochodów elektrycznych Toyoty, Nissana, Forda, GM, Hondy, Fiata, Renault, Mitsubishi, Smarta czy Scion, lub nadchodzące samochody elektryczne Mercedesa i BMW.

Pomimo fascynujących postępów, dla samochodów elektrycznych pozostają te same wyzwania: koszt i zasięg. Ponieważ doładowania nie są na każdym rogu (w USA jest ich tylko 16), jeśli zapomnisz podłączyć samochód na noc, nastąpi awaria zasilania lub inny problem, nie masz szczęścia. Gdybym był prawie gdziekolwiek indziej w kraju lub zdecydowałby się jechać autostradą nr 1 na północ, a nie na południe – albo gdybym się zgubił – utknąłbym na poboczu drogi.

Kwestia ładowania to w dużej mierze problem infrastruktury. Ale największym problemem technologicznym pozostaje koszt baterii. To koszt, który ogranicza pojemność Modelu S i utrzymuje samochody elektryczne o zasięgu 265 mil z dala od rąk większości ludzi.

Dzień przed wyjazdem zwiedziłem laboratorium badawczo-rozwojowe Tesli na wzgórzach za Uniwersytetem Stanforda. Dyrektor techniczny firmy, JB Straubel, pokazał mi wersje Roadstera Tesli, jego pierwszego samochodu i Modelu S z usuniętym wszystkim oprócz ram, kół i elektrycznego układu napędowego (w tym akumulatora, silnika i elektroniki). które je kontrolują). To było jasne spojrzenie na to, jak daleko zaszła firma. W Roadsterze pojemny akumulator zajmuje tylną trzecią część samochodu. Wygląda na to, że bateria i silnik Modelu S zniknęły. Mimo że akumulator przechowuje znacznie więcej energii, jest bardziej kompaktowy: jest teraz płaską płytą, która znajduje się dyskretnie między kołami i służy jako część ramy pojazdu. Co nie jest oczywiste, koszt baterii w przeliczeniu na kilowatogodzinę również został zmniejszony o połowę.

Straubel wskazał na szeroką gamę ogniw litowo-jonowych — części pakietu akumulatorów, które faktycznie przechowują energię — które firma testuje. Obejmuje to rząd małych cylindrycznych ogniw o wielkości baterii AA — takich, jakich Tesla używa w Modelu S.

Pakowanie baterii : Akumulator w modelu S jest płaski i stanowi część ramy, która podtrzymuje samochód — metalowa obudowa zapewnia wsparcie konstrukcyjne.

Wybór tych małych akumulatorów litowo-jonowych przez Teslę jest prawdopodobnie jednym z najważniejszych strategicznych zakładów. Znani producenci samochodów wybrali większe ogniwa akumulatorowe — ułatwiają projektowanie zestawu akumulatorów, ponieważ potrzebujesz ich mniej. Ale większe komórki, ponieważ zawierają więcej energii, są również bardziej niebezpieczne. Dlatego producenci samochodów używają mniej energochłonnych materiałów akumulatorowych, które są bardziej odporne na zapalenie. Próbując zrównoważyć niższą gęstość energii, producenci samochodów wybrali płaskie ogniwa, ponieważ są one gęściej upakowane, ale takie ogniwa kosztują więcej w produkcji.

Wybierając mniejsze, cylindryczne ogniwa, Tesla zaoszczędziła na kosztach produkcji — ich koszty zostały obniżone dzięki ekonomii skali dla przemysłu laptopów, dla którego ogniwa zostały opracowane. Tesla mogłaby również użyć najbardziej energochłonnych materiałów akumulatorowych, po części dlatego, że mniejsze ogniwa są z natury mniej niebezpieczne. A lepsza gęstość energii zmniejsza koszty materiałów. Takie podejście oznaczało, że Tesla musiała opracować sposób na połączenie ze sobą wielu tysięcy oddzielnych komórek, w porównaniu do kilkuset większych komórek. Straubel wynalazł również system chłodzenia cieczą, który wije się między ogniwami i może odprowadzać ciepło tak szybko, że problem z jedną komórką nie przenosi się na inne.

Wybranie mniejszych, cylindrycznych komórek dało Tesli również większą elastyczność w pakowaniu komórek. Duże, płaskie ogniwa odkształcą się podczas kolizji i prawdopodobnie zapalą się, więc inni producenci samochodów musieli znaleźć w samochodzie miejsca, w których akumulator nie będzie przeszkadzał w wypadku. Oznaczało to wykorzystanie przestrzeni pasażerskiej lub ładunkowej. Tesla twierdzi, że przeszedł testy zderzeniowe bez deformacji komórek lub wycieku chłodziwa.

Według większości szacunków akumulator do modelu S, którym jeździłem, powinien kosztować od 42 500 do 55 250 USD, czyli o połowę mniej niż samochód. Ale Straubel wskazał, że jest już znacznie niższy. Właściwie to mniej niż połowa, mówi. W większości przypadków mniej niż jedna czwarta. Straubel mówi, że można zrobić więcej, aby obniżyć koszty baterii. Współpracuje z dostawcami ogniw i materiałów, aby jeszcze bardziej zwiększyć gęstość energii, a także zmienia kształt ogniw w sposób ułatwiający ich produkcję.

Inni producenci samochodów to zauważają. Dan Akerson, dyrektor generalny GM, podobno stworzył grupę zadaniową do badania Tesli. Brett Smith, współdyrektor ds. produkcji, inżynierii i technologii w niedochodowym Centrum Badań Motoryzacyjnych z siedzibą w Ann-Arbor, mówi, że Tesla z dziwacznej małej ulubienicy mediów stał się czymś, co zdecydowanie skłania ludzi w branży do myślenia.

Po naładowaniu w stacji doładowania Gilroy pognałem autostradą z powrotem w kierunku San Francisco, czując ulgę, że znalazłem się w zasięgu stacji ładującej. Gdy poruszałem się bez wysiłku przez ruch uliczny, nie mogłem oprzeć się wrażeniu, że pojazdy elektryczne to przyszłość, a postępy Tesli w zakresie akumulatorów i doładowania mogą przynieść tę przyszłość wcześniej, niż myślałem.

ukryć