Hay miles de celdas dentro de las baterías del Model S y Model X, pero es una de las partes menos entendidas de los vehículos de Tesla; sin entrar en demasiados detalles, un nuevo desglose de una celda de Tesla muestra lo que hay dentro. Panasonic vende sus celdas de batería en volumen por separado, pero la compañía desarrolló una celda personalizada con el formato 18 650 en asociación con Tesla; en el 2014, Tesla Motors firmó un contrato con Panasonic para fabricar miles de millones de esas celdas para usar en estos modelos.

Una sola celda 18.650 de iones de litio es relativamente pequeña en tamaño y en capacidad; entonces, ¿como pudieron los ingenieros empacar 85 kWh o más en sus baterías de iones de litio ?.. la respuesta es muy compleja, pero la haremos simple.

El paquete de baterías es un conjunto muy sofisticado de varios miles de pequeñas celdas (18.650 conectadas eléctricamente en una serie y una combinación en paralelo). Ahora desmontamos en Importar Tesla las partes del Model S (similar al Model X) para tener un gran vistazo de como se diseñó este paquete de baterías.

En primer lugar, es muy importante tener en cuenta que los 85 kWh es una gran cantidad de energía; los voltajes en los terminales del paquete son altos y las corrientes también pueden ser peligrosamente altas. En otras palabras, la seguridad es de primordial importancia en el diseño, el ensamblaje e, igualmente, el desmontaje de una batería de este tamaño; a continuación, una idea del diseño del paquete de baterías.

Esta fotografía muestra un total de 16 secciones, o módulos, conectados eléctricamente entre sí; una inspección más cercana de un módulo individual muestra que contiene celdas 18 650, todas asentadas una al lado de la otra en posición vertical, observándose un total de 432 celdas individuales en un solo módulo.

Por lo tanto,

  • La primera observación que podemos hacer es que hay un total de 16 módulos x 432 células = 6.912 células.
  • La capacidad de cada celda es 85,000 / 6,912 = 12.29 Wh, o equivalentemente, 3.4 Ah

Las celdas individuales son del tipo 18 650, fabricadas por Panasonic; usan un ánodo hecho de grafito, y el cátodo está hecho de NCA (aleación de níquel-cobalto-aluminio). La arquitectura NCA-grafito tiene un voltaje nominal menor que la aleación de óxido de cobalto comúnmente utilizada en dispositivos móviles. El voltaje nominal de una celda basada en NCA es de 3.6 V; si se mide el voltaje del módulo a 19.63 V cuando la batería está prácticamente muerta, puede tener un voltaje cercano a 3.2 V.

La segunda observación (como en la foto) es que cada módulo contiene 19.63 V / 3.2V = 6 células en serie; en consecuencia, el módulo está configurado como 72 patas paralelas, cada una con 6 celdas en serie (abreviado como 6s x 72p). La energía de un solo módulo es 85,000 / 16 = 5,312 Wh, lo que es equivalente a la energía contenida en aproximadamente 100 (sí, cien) PC portátiles.

Un examen más detallado del ensamblaje del módulo muestra que cada celda está conectada al bus principal (la vía eléctrica principal) a través de pequeños fusibles … esta es una característica de seguridad excepcional que desconectará una celda individual si se agota con el tiempo.

La tercera observación es que todo el paquete consta de 16 módulos conectados en serie, por lo tanto, la arquitectura general es de 96s x 72p. El voltaje de la pila es nominalmente 96 x 3.6 = 345 V, pero sería tan bajo como 310 V cuando el paquete está casi vacío, y 403 V si la batería está al 100% llena (no se recomienda que se cargue la batería a 100 %).

La cuarta observación es sobre el peso; Panasonic especifica un peso de 46 g por cada 18.650 iones de litio; el peso de las 6,912 celdas es de 318 kg. Según diversas fuentes, el peso de todo el paquete de baterías es de 600 kg, por lo tanto, las celdas 18 650 representan aproximadamente el 53% del peso del paquete; el resto se debe a la electrónica, los sistemas de refrigeración, el cableado y la seguridad.