Desmontando el pack del Tesla Model S


No creáis que lo de desmontar un pack del Model S es literal. Lo voy a desmontar, pero en mi mente. Voy a avisar antes que nada por si las moscas, el siguiente artículo no parte de ninguna fuente anterior. Ha nacido nada más que de mi insana imaginación y curiosidad, y además es una soberana chapa -producto de una mente ociosa- de cálculos, mediciones y elucubraciones, y para mayor crimen es tremendamente largo y muchos seguramente lo encontrareis infumable.

Así que ya sabéis, si no os gustan las hojas de cálculo ni los números o no queréis perder unos preciosos minutos de vuestra vida con mis idas de olla podéis pasar al siguiente artículo de FCE. Para masoquistas, especuladores empedernidos y Tesladictos irredentos, adelante, pasen y vean, pero no me protestéis luego, que avisados estáis.

La cuestión es que hay días que uno se levanta un poco vago para buscar noticias, pero navegando por la red de redes acabé echando otro vistazo al documental sobre Tesla. Está sin ir más lejos en Youtube a 1080p y en castellano (subido por un habitual de este foro, lo sé, Iván, gracias), así que me lo he visto un poco por encima de nuevo.

Estaba en esas cuando he vuelto a ver unas escenas que hay entre el minuto 21 y 23 en que hablan de las baterías y aparecen unas tomas de las celdas usadas por Tesla y de los packs del Model S en proceso de fabricación. La información oficial sobre los packs del Model S se limita a saber sus capacidades, y que el suministrador es Panasonic. Lo demás es secreto. Bueno, también dicen en el documental que el pack lleva algo más de 7000 celdas, aunque yo no me fiaría mucho de un afirmación tan vaga.

Brazo robot tomando celdas de una en una para, al parecer, testar sus dimensiones y nivel de carga

Pero me he puesto juguetón con el asunto, así que con la captura de pantalla y un poco de paciencia me he sacado unas fotillos interesantes del propio Youtube para echarles un vistazo más de cerca. Y después me he puesto a hacer unos números, así, por diversión. Raro que es uno. Y si me soportáis un rato os cuento unas teorías mías acerca de la arquitectura de los misteriosos packs del Model S.

Adivinar o acertar así de buenas a primeras la arquitectura de un pack sin saber casi nada sobre él es poco menos que imposible pero afortunadamente para nosotros Tesla ha ido dejando miguitas por el camino y una de esas miguitas es muy grande y tiene nombre propio, el Tesla Roadster.

Generalmente ninguna empresa desarrolla continuamente tecnología desde abajo, mucho menos dos veces si puede evitarlo, así que es más que razonable suponer que el Model S hereda la mayoría de la arquitectura de su pack directamente del Tesla Roadster, con las correspondientes modificaciones necesarias.

En verde una de las 11 láminas del Roadster, en gris el pack

Recordemos primero que el Roadster monta paquetes de 69 celdas en paralelo formando bloques, y que 9 de esos bloques se conectan a su vez en serie formando una lámina, y con 11 de esas láminas conectadas en serie tenemos el pack completo.

Resulta entonces razonable suponer que los packs del Model S heredan esa estructura de ‘X’ celdas en paralelo formando bloques, con ‘Y’ bloques en serie formamos láminas, y esas ‘Z’ láminas en serie forman el pack completo.

14 módulos, en 2 columnas de 7

Ahora, ¿veis esta imagen de arriba? Sorpresa, sorpresa, se ve sin mayores problemas algo de la estructura del pack del Model S. Es lógico suponer que el pack que vemos es el mayor de ellos ya que todos los coches entregados en la primera hornada, cuando se filmaba este documental también, eran de la capacidad máxima. Además el pack parece estar lleno de celdas hasta la bandera así que creo que no deja lugar a muchas dudas, es un pack de 85 kWh.

Si os fijáis bien en la foto veréis que hay 14 módulos idénticos llenos de lo que parecen ser hileras de celdas, 7 a cada lado dispuestos de forma simétrica. Como creo que el pack del Model S es una evolución del pack del Roadster hago la primera suposición e imagino que esos 14 módulos se corresponden con las 11 láminas del Roadster, y van igualmente conectadas en serie. En nuestros cálculos ‘Z’ sería entonces 14.

Meto aquí un inciso para comentar que en el momento de concebir este artículo y comenzar a redactarlo (Semana Santa) el pack de 40 kWh aún se ofertaba para el Model S, por lo que veréis el pack de 40 kWh en mis cálculos aunque ya no exista oficialmente. De hecho ya no sale ni en la página de Tesla.

Ya no hay 40 kWh

Otra de las cosas que supongo, creo que con acierto, es que los 3 packs existentes funcionan a la misma tensión, por lo que tendrán el mismo número de láminas. Además dentro de cada lámina habrá el mismo número ‘Y’ de bloques en serie, aunque en cada versión de pack el número de celdas conectadas en paralelo en cada bloque, es decir, ‘X’, variará, modificando así la capacidad final del pack.

Otra suposición que podemos hacer nos acercará más a averiguar cual es el valor de ‘Y’, el número de bloques conectados en serie dentro de una lámina. Para empezar sabemos que la tensión del pack será la tensión de la celda multiplicada por esa ‘Y’ y luego por 14.

El Roadster tiene según Tesla 375 V nominales con 99 celdas en serie, lo que da unos 3,78 V por celda. En realidad la tensión oficial de las celdas del Roadster no es de 3,78 V pero a todos los fabricantes les encanta dar una cifra de tensión redonda y fácil. Como ya sabéis la tensión de una celda depende principalmente de su estado de carga. Cargada a tope la batería del Roadster dará con toda seguridad algo más de 410 V y con la batería casi muerta tendrá unos 296 V.

En el caso de las celdas del Model S todo el mundo da por buenas las NCR18650A de Panasonic. Estas celdas tienen en teoría 3,6 V de tensión nominal. Cargadas al 100% llegan a tener una tensión en circuito abierto de 4,2 V, cuando no se están descargando, y se pueden descargar hasta llegar a los 2,5 V por celda. Tanto si las cargas por encima de 4,3 V como si bajan de 2,3 V por celda ya te puedes ir despidiendo de ellas.

Volviendo a la tensión del pack y al cálculo de ‘Y’, he hecho una pequeña tabla con el valor nominal de 3,6 y el máximo de 4,2 V para la tensión de celda, todo en combinación con diferentes valores de ‘Y’. Se ve que los únicos valores de ‘Y’ realmente congruentes con la electrónica de potencia y los motores trifásicos habituales hoy día son el 7 y el 8. Por debajo de 7 la tensión del pack sería demasiado baja y por encima de 8 se va ya unos 80 voltios sobre la del Roadster y la inmensa mayoría de coches eléctricos.

Tensión del pack en función del nº de bloques en serie por lámina

Con el 7 tendríamos 98 celdas en serie (7×14), y la tensión del pack sería de unos 411 V cargado al 100%, con una nominal de unos 353 V. Normalita. Y con un valor de 8 bloques por lámina nuestro pack con 112 celdas en serie (8×14) tendría una tensión máxima al 100% de unos 470 V y una tensión media de funcionamiento de 403 V. Apropiada.

Ahora que hemos estrechado los valores de ‘Y’ el próximo paso es intentar calcular el valor de ‘X’, que son en realidad tres cifras, una diferente para cada uno de los packs. Las llamaré ‘X40’, ‘X60’ y ‘X85’ en un alarde de originalidad. Con nuestra ‘Z’ igual a 14 y con nuestros dos posibles valores de ‘Y’, y jugando con diferentes valores para las ‘X’ intentaremos construir nuestros packs de 40, 60 y 85 kWh.

Veamos un problema más antes de seguir, calcular la capacidad de un pack consiste en multiplicar la capacidad de una celda por el número total de celdas, pero eso nos deja con una importante duda, ¿cual es la capacidad de una celda?

NCR18650A

Ya os he contado en otras ocasiones que la capacidad de una celda varía mucho en función de cómo se descarga y en qué condiciones. Para las NCR18650A de Panasonic, si se usan estas celdas en ese rango de 4,2 a 2,5 V y se descargan a una intensidad constante de 0,2C y 25ºC  nos darán aproximadamente su capacidad nominal de 3070 mAh.

Además con el fin de proteger las celdas de un pack y alargar su vida se tiende a seguir un diseño conservador de manera que solo dejamos como utilizable un porcentaje de esa capacidad nominal. El Nissan Leaf sólo deja usar el 87,5% de la capacidad de sus celdas, los trillizos el 95%. Cada fabricante adopta las medidas que cree necesarias para sus baterías.

Algunos fabricantes no facilitan datos de la capacidad nominal de sus packs, sólo dan una cifra oficial, la supuestamente usable por el usuario, así que nos toca adivinar si esa cifra se corresponde a la total o si Tesla se guarda un pequeño colchón de capacidad en cada celda en pro de la seguridad. Vaciar las celdas o llenarlas del todo como ya sabemos no es lo ideal. Es mejor limitarlas a un porcentaje de la nominal.

De hecho según un documento de Tesla en el que hablan de la batería del Roadster ellos limitan el rango de uso de sus celdas. El Tesla Roadster nunca carga sus celdas por encima de 4,15 V, lo que es aproximadamente el 95% del SOC, ni se descargan por debajo de 3 V, que es alrededor del 2% del SOC. Eso implica que el Roadster aprovecha alrededor del 93% de la capacidad nominal de sus celdas con el fin de alargar su vida útil. Aprovechar menos que eso la celda ya no mejora en exceso su longevidad.

Las celdas que usa el Model S no son las mismas que las del Roadster, pero si al parecer una evolución de las mismas, y es lógico pensar que Tesla haya usado la misma aproximación para asegurar su vida útil, así que para mis cálculos he considerado que puede haber algún tipo de coeficiente de seguridad aplicado a las celdas cercano a ese 93%.

Y con todos estos supuestos he armado mis hojas de cálculo. Con una tensión de 3,6 V y una capacidad de 3070 mAh calculo la capacidad del pack para cualquier valor ‘X’ de celdas conectadas en paralelo, y hago esto para los valores de ‘Y’ previstos antes de 7 y 8.

La clave en mi tabla es que calculo en tres columnas que porcentaje de uso de celda hay que aplicar a dicha combinación de ‘X’ e ‘Y’ para conseguir respectivamente la capacidad de 40, 60 u 85 Kwh. Una vez hechos los cálculos procedo a separar el el polvo de la paja, y como no están los kWh como para tirarlos desprecio todos los casos en que se aprovecha menos del 90% de la capacidad nominal de las celdas. También desprecio todas las filas con coeficientes mayores que 95%, ya que no creo que Tesla no se guarde al menos un colchón del 5%.

Ahora toca hacer algo de interpretación de resultados, a ver si limpiamos eso un poquito más, y añadiré un dato que nos puede ayudar a decidir más tarde. Por simple proporción idealmente el pack de 60 Kwh debería tener 1,5 veces más celdas que el pack de 40 kWh, y el de 85 kWh debería tener 2,125 veces más celdas que el de 40 kWh. Y para que todo eso se cumpla la ‘X40’ tiene que ser un múltiplo de 8.

En color las más prometedoras, verde para 40 kWh, azul para 60 kWh y violeta para 85 kWk

Como veis para 8 bloques en serie por lámina la opción de 35, 52 y 74 parece el candidato más serio con un coeficiente de uso de celdas alrededor del 93%. No hay posibilidad de cumplir la regla del 8 con estos supuestos.

Luego está la opción de que en cada lámina haya 7 bloques en serie. En ese caso aprovechando el 92,3% de cada celda podemos obtener 40 kWh con 3920 celdas y 40 celdas por bloque. Para 60 kWh necesitaremos 5880 celdas con 60 celdas por bloque, y para 85 kWh usaremos 85 celdas por bloque y tendremos en total 8330 celdas. ¿No os resulta curioso? Si no os habeis fijado miradlo bien otra vez, 40 celdas para 40 kWh, 60 para 60 kWh y 85 para 85 kWh. Y 40, 60 y 85 evidentemente son el origen de la regla del 8, así que la cumplen. Encaja como un guante en nuestros requisitos.

La versión de 8 bloques tiene la ventaja de tener una tensión nominal de 400 V, ni muy alta ni muy baja. La versión de 7 bloques resulta muy elegante al cumplir la regla del 8 y corresponderse el número de celdas por bloque con la capacidad del pack en kWh. Además al llevar 98 celdas en serie (7×14) la tensión del pack sería muy similar a la de las 99 celdas del Tesla Roadster y se da el caso que tiene un colchón de seguridad en el aprovechamiento de las celdas muy apropiado. De cualquier manera, si os fijais, independientemente del número de bloques que usemos, para 85 kWh al final los número de celdas por lámina más probables son 592 y 595, o al menos superior a 581 celdas.

Pero no penséis que aquí me he cansado de especular con los packs del Model S. La cosa sigue. Para verificar estos datos y sacar más en claro he pensado que puedo intentar calcular cuanto espacio hay en el pack del Model S para así ver si averiguo cuantas celdas caben y de paso saber si es posible ofertar más adelante un Tesla Model S de 100 kWh o algo parecido.

Como se podía ver en una de las fotos las láminas del pack tienen esa forma rectangular. Pero no sabemos lo que miden y no encuentro por ninguna parte las dimensiones exactas del pack de baterías. A ver si lo podemos solucionar en plan casero.

¿Sabéis algo de fotogrametría? Yo muy poco, pero voy entrando en el tema y hay algún programa por ahí que facilita la tarea (yo he usado una versión de prueba de 10 días del Image Measurement de Klonk). Consiste en tomar mediciones usando fotos. Lo ideal es que haya una referencia en el mismo plano de lo que vas a medir, como la típica reglita que sale en CSI al lado de las pruebas cuando les hacen fotos.

Así que se cogen muchas fotos por internet del Model S y de su pack de baterías, y usando una referencia en la imagen conocida, como la anchura entre ejes o la distancia entre huellas de los ejes, se puede medir algo que esté más o menos en el mismo plano o relativamente cerca con cierta precisión. Aún y todo asumiré errores considerables en las medidas.

Con esta imagen, y la distancia entre ejes se sacan buenas medidas

La distancia entre ejes del Model S es de 2.959 mm. No hay error en considerar que la distancia mínima entre la goma de las ruedas delanteras y las traseras es de 2.254 mm con llantas de 21 pulgadas y neumáticos 245/35. Algún hueco por mínimo que sea tiene que haber entre neumático y pack, especialmente para el eje delantero y la dirección. Usando fotogrametría se puede medir que el pack a lo largo mide alrededor de 2.150 mm. Asumiendo unos 50 mm de error en el cálculo arriba o abajo se confirma bastante bien la medida anterior. Consideraré un máximo de 2.200 mm para el pack, pero muy probablemente sea menos.

También mediante fotogrametría medimos el espacio ocupado aproximadamente por una lámina en su lado corto y el resultado es de unos 300 mm. Bastante consistente con la medida anterior del pack ya que siete láminas de 300 mm efectivamente serían 2100 mm y además debe haber costillas de separación entre láminas que refuerzan la estructura y a las que se atornilla la tapa del pack.

Algún tipo de costilla hay entre láminas que añade rigidez y sirve para atornillar la tapa y otros elementos

Veo difícil que esas costillas no midan al menos 10 mm de ancho, si no es más, y en buena lógica para 7 láminas hay 8 costillas. Así que restando ese mínimo de 80 mm a la longitud máxima del pack de 2200 mm nos quedan como mucho 2.120 mm para las láminas, y entre 7 láminas eso son 302 mm por lámina, máximo. Además hay que considerar el grosor de las paredes de las láminas, y yo tomaré un grosor mínimo de 1 mm, dejando el espacio para celdas dentro de la lámina en un máximo de 300 mm en su lado corto.

Ahora veamos el pack a lo ancho. La distancia de huella delantera (de la mitad de un neumático al otro) es de 1.661 mm. La trasera es de 1.699 mm. Si a la anchura de huella delantera le quitamos dos medias anchuras de neumático (245 mm) quedan 1.416 mm entre ruedas. Para el eje trasero, ligeramente más ancho quedan 1.454 mm entre neumáticos. En esta foto se ve muy bien que el borde del pack se alinea casi a la perfección con el borde del neumático trasero, luego el pack mide unos 1.454 mm de ancho. Otras mediciones en fotos confirman en general una medida de 1.450 mm.

¿Veis el borde del pack alineado casi a la perfección con el interior del neumático trasero?

Pero en la zona de celdas esta distancia es incluso inferior, ya que hay que descontar el grosor de los largueros longitudinales en el borde del pack y cierto mínimo espacio que se percibe en el centro entre láminas. En una aproximación mediante fotogrametría el larguero del lateral, claramente delimitado por el surco en la plancha de aluminio, mide al menos unos 30 mm. Despreciaré el espacio del centro, dejando en definitiva el tamaño interior en menos de 1394 mm, o un máximo de 697 mm por lámina, pero seguramente será menos.

Ahora a ver si averiguamos cuantas celdas 18650 caben en el pack del Model S con esas limitaciones. Al fin y al cabo el tamaño de las celdas lo conozco, y lo demás me lo puedo imaginar, o al menos intentarlo. En las fotos se vislumbra un poco del interior de las láminas que componen el pack del Model S, y si no veo mal se percibe que las celdas parecen estar organizadas en hileras, aunque no se ven muy claras. También puede ser que la imagen esté fabricada para la visita de la tele a la fábrica.

Además en el documental se ve esta imagen de abajo como ejemplo de cómo se apilan las celdas. No me creo del todo la imagen pero es cierto que la manera más compacta de agrupar celdas cilíndricas es con las celdas ocupando los vértices en una malla compuesta de triángulos equiláteros imaginarios, dicho en plan matemático. Así que voy a parametrizar algún tipo de ecuación para calcular cuánto ocupan las celdas 18650 agrupadas de forma parecida a esta imagen en una superficie dada.

Al agrupar las celdas hay que considerar también dejar algún tipo de espacio alrededor que permita refrigerarlas adecuadamente. Lo más sencillo para los cálculos es incluir en el diámetro de las celdas el espacio necesario alrededor para refrigeración o separación entre celdas.

Empezaré por ver como evoluciona el ancho ocupado por las celdas a medida que se añaden hileras. Para una sola hilera está claro que el espacio ocupado por las celdas a lo ancho es el propio diámetro considerado. Para dos hileras cambia un poco, ya que la anchura será la altura de un triángulo equilátero de lados iguales a ese diámetro más dos veces el radio, o un diámetro. Para tres hileras será dos veces la altura del mismo triángulo más el diámetro de nuevo, y así sucesivamente.

En el otro sentido, a lo largo de la lámina y ancho del pack, para una sola hilera la longitud será el número de celdas por el diámetro, pero para más de una hilera existe la posibilidad de que todas las hileras tengan el mismo número de celdas o de que las hileras pares tengan una celda menos o las mismas que las impares. Para el mismo número de celdas por hilera y más de una hilera el largo ocupado será el número de celdas en la hilera por el diámetro más un radio. Para el caso de hileras desiguales el largo será el de una sola hilera, la más larga.

Que bocetos tan curiosos se pueden hacer con el Sketchup en un rato

No os liaré con cómo se implementan todos estos cálculos pero en mi hoja ya están metidos.
Y una vez hecho esto, vamos a probar cuantas celdas 18.650 entran en esos tamaños de lámina a ver si sacamos algo más en claro. Evidentemente voy a por aquellas medidas relacionadas con el pack de 85 kWh. Si caben 85 kWh los demás es evidente que también.

Las celdas de Panasonic miden en teoría 18,2 mm de diámetro pero tienen margen de error y en la práctica pueden llegar a medir hasta 18,6 mm. Con un tamaño de lámina de 300 x 695 mm, el máximo posible en mis cálculos, se puede ver cuántas hileras caben en función del espacio existente entre celdas, y se puede ver que el espacio entre celdas para 85 kWh con un coeficiente de aprovechamiento de celdas por debajo de 95% es como máximo 1,2 mm. Muy muy prieto esta este pack.

Ignorando los espacios entre celdas inferiores a 0,5 mm (no concibo que al menos no haya esa distancia entre celdas) hay unas cuantas opciones. Pero que queréis que os diga, todas las medidas que he considerado son las máximas posibles en mi opinión, pero no las veo muy realistas, y a pesar de todo, incluso con esas medidas optimistas, resulta que al final dependo de más de 8000 celdas separadas entre sí por menos de 1 mm para tener un pack práctico de 85 kWh. ¿De verdad Tesla ha tenido que hilar tan fino? No me entra en la cabeza que hayan tenido que llevar su arquitectura de celdas a tales extremos de apreturas para meter sus 85 kWh. Lo veo todo demasiado metido con calzador.

Hay algo más que se me escapa, y tras darle muchas vueltas me ha venido una idea. He tomado muchas decisiones en el proceso pero eran decisiones necesarias para ir estrechando el cerco y que en todo momento me han parecido lógicas y fundamentadas. Sin embargo a veces hay que plantearse los cimientos mismos en los que se basan los cálculos.

Y a mi se me ha ocurrido, ¿y si Tesla y Panasonic nos tienen engañados a todos? Todo el mundo, en todas partes, en todos y cada uno de los foros, da por sentado que los Model S usan las NCR18650A de 3070 mAh, incluso yo hasta ahora mismo. Pero… si a Tesla le gusta ir a la última, ¿quién mejor que ellos para inaugurar las NCR18650B de 3350 mAh? Llevan ya desde mediados de 2012 en el mercado, pero Panasonic y Tesla tienen firmado un acuerdo de colaboración desde hace años. Si alguien las ha probado a fondo antes incluso de que salieran al mercado seguro que Tesla ha sido uno de ellos. ¿Por qué no?

Y resulta que si cambiamos las hojas de cálculo y ponemos 3350 mAh por celda las cosas cambian mucho. De repente surgen unos cuantos números algo más interesantes y desahogados, aunque sin excesos. Al fin y al cabo las NCR18650B solo tienen alrededor de un 9% más de capacidad, pero se nota. Para empezar ahora idealmente sólo necesitaremos entre 532 y 556 celdas por lámina, siendo 544 y 546 las más idóneas en apariencia.

Y tengo muchas más opciones en el espacio entre celdas o el ancho y largo de las láminas. A partir de aquí afinar mucho más con argumentos de peso es para mi ya imposible. Pueden ser decenas de configuraciones que quepan en esos tamaños. Pero no voy a marearos más indefinidamente, me mojaré esta vez y haré una elección definitiva. Jugando con varios valores veo que las opciones con 16 y 17 hileras son las más prometedoras. Luego he quitado todo espacio entre celdas inferior a 1 mm, es lo mínimo que considero probable. Y entre lo que queda hay una opción que me ha llamado la atención. La señalo en color en esta tabla:

Al final me quedo con la opción de 544 celdas por lámina, que se consigue con 8 bloques de 68 celdas conectadas en paralelo, y con lo que tendríamos los 85 kWh clavados y 400 V nominales usando sólo el 92,5% de cada celda. Además se corresponde con la serie 32, 48 y 68 para los tres diferentes packs cumpliendo la regla del 8. Fumata blanca.

Hay una última cosa que se puede hacer habiendo elegido ya que necesitamos 544 celdas, y es ver los posibles tamaños de espacios entre celdas y tamaños de láminas  que me permiten tener ese número de celdas NCR18650B. Aquí están:

Difícil escoger un tamaño final sin poder afinar mejor el tamaño de las láminas, pero en cualquier caso oscilará entre 275 y 300 mm para el lado corto, y entre 640 y 690 mm para el lado largo. Pero me mojo aún más y descarto las láminas con 17 hileras. Con 16 hileras cada hilera tiene 34 celdas, así que con dos hileras justas tenemos las 68 celdas por bloque.

Y en última instancia he tenido una idea más, probablemente absurda, pero con la que tomaré mi decisión final. Por muy estupendos que sean los chicos de Tesla no dejan de ser anglosajones, y se me ha ocurrido que a lo mejor incluso han hecho los cálculos de ingeniería usando el para nosotros extraño sistema de medida inglés, y resulta que 1/20 de pulgada son 1,27 mm, así que ni corto ni perezoso he pensado que bien puede ser esa la distancia entre celdas del pack del Model S. Un absurdo, como ya he dicho, pero en algún momento hay que tomar decisiones arbitrarias para que sólo quede una opción, y ésta es la mía.

Así que ya tengo ganador. Mi apuesta personal en base a mis cálculos e instintos, es finalmente por láminas de unos 278 x 686 mm de espacio interior, con 8 bloques en serie por lámina, pero hecho a base de celdas NCR18650B contra la opinión de todo el mundo. Además los números de celdas por bloque para los tres diferentes packs, 32, 48 y 68, cumplen la regla del 8. Y el pack de 85 kWh llevará 7616 celdas, o “algo más de 7.000”, como decían en el documental.

Esto es mi representación de una lámina con 544 celdas en 16 filas de 34 celdas, unos 6 kWh, ¿que os parece?

Por supuesto es probable que Tesla fabrique los packs más pequeños (ahora solo el de 60 kWh) con las NCR18650A que caben sin problemas en esas medidas de láminas. Si fabrica el pack con las de 3070 mAh necesitará 52 celdas por bloque, 416 por lámina, y si usa las de 3350 mAh llevará 48 celdas por bloque, 384 por lámina. Libres sois de hacer más cálculos vosotros. Yo estoy ya cansado.

Y ya por especular, pensando en generaciones futuras de Panasonic, corre el rumor de que la próxima generación de las 18650, de aquí a dos o tres años, podría llegar a los 4 Ah, y entonces Tesla podría meter en el mismo pack que ahora unos 100 kWh. Ya veremos si se cumple.

¿ Creéis que acabaran sacando el pack de 100 kWh? Habrá que esperar a las celdas de 4 Ah

Una cosa más, sobre pesos y celdas, en este enlace podéis ver unas pruebas a las NCR18650B y entre otras cosas el peso medido en la celda, sin protección, es de 45,9 gramos. Las NCR18650A, sin proteger también, pesan unos 45 gramos. Un pack de 85 kWh construido a base de celdas de 3070 mAh tendría que llevar unos 373 kg de celdas y con las de 3350 mAh llevaría 350 kg de celdas.

Y como curiosidad, los compradores de la versión de 40 kWh que reciban una unidad de 60 kWh limitada a 40 kWh, reciben un coche seguramente con al menos 90 kg de más respecto al plan original, contando celdas, extras de BMS, conexiones y demás.

Por fortuna para vosotros esto ya se termina. Y si mis múltiples divagaciones son correctas, que es perfectamente probable que no, tenemos 14 láminas llenas de 8 bloques hechos con 68 celdas de 3350 mAh para componer el pack de 85 kWh (14S 8S 68P) del Tesla Model S. O a lo mejor tengo demasiado tiempo libre, quien sabe.

Bueno, yo ya me he desahogado, y vosotros ya podéis descansar si habéis conseguido llegar hasta aquí. Hasta otra.

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Fuente | al parecer este cerebro raro que tengo


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Energias renovables

27 Comment responses

  1. Avatar
    April 15, 2013

    interesante articulo, pero te cito de otro articulo tuyo “El Tesla Roadster, como ya hemos visto más arriba, tiene un pack 11S 9S 69P formado por 6831 celdas 18650 y cada una de esas celdas es de 3,7 V, 2100 mAh y pesa 44 gramos. Con todos estos datos podemos sacar todas las cifras. De esa forma sabemos que la capacidad del pack es de 53 kWh”

    No habria sido más facil extrapolarlo de esta información que medir y todo la complicación que has hecho???

    Pregunto desde mi ignorancia

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  2. Avatar
    April 15, 2013

    Y según tu como extrapolo eso? La cuestion es que se sabe la arquitectura del Roadster y su numero de celdas, dicho por la propia Tesla, la que no se sabe es la del Model S, y hay muchas maneras de tener 85 kwh. Eso es lo que intento averiguar, los limites del pack del Model S y de que manera se meten 85 kwh ahi dentro.

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  3. Avatar
    April 15, 2013

    Por fin empiezan a proliferar los eléctricos, a ver si crecen estos coches de segunda mano y los podemos adquirir a un precio razonable.

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  4. Avatar
    April 15, 2013

    Que barbaro, vaya currada, a mi tambien me interan mucho todo el mundo de las baterias, bms, cargadores y demas electronica de potencia, lo que entiendo tambien es que estas celdas son li-ion mn, cuando las estudiaba pude leer que tenian una vida entre 500-800 ciclos al 80%, pero que cargandolas a 4.1v por celda se podia incluso multiplicar por 10 esta estimación, en todo caso muy bueno el post

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  5. Avatar
    April 15, 2013

    La verdad es que es increíble, lo que saco en conclusión es que no hace falta progresar tanto en densidad energética y sí en abaratamiento de las celdas. Como en el sector fotovoltaico…

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  6. Avatar
    April 15, 2013

    Estás igual de enfermo que yo con las baterías jajajajajajajajajajajaja…

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  7. Avatar
    April 15, 2013

    Buena currada David, no has pensado en venderle toda esta ingenieria inversa a los chinos jeje, seguro que te la pagan bien.

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  8. Avatar
    April 15, 2013

    Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  9. Avatar
    April 15, 2013

    A mi tambien me pirra el tema de las baterias un articulo más que bueno enviaselos a Tesla seguro que hasta te contratan 10 de 10 deberas muy bueno.

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  10. Avatar
    April 15, 2013

    plas plas plas…un 10

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  11. Avatar
    April 15, 2013

    Muy buena! Y ese giro por las de 3350 mAh es como sacar la pista final de quién es el asesino en el último capítulo de la novela. No ha sido ningún tostón, al contrario! como mínimo para los que además jugamos con el lítio en radiocontrol, muy muy interesante.

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  12. Avatar
    April 15, 2013

    Un artículo fantástico David, estás que te sales!! Este tipo de artículos son los que elevan el nivel del blog y lo diferencian de los demás. Toda la serie sobre las baterías ha sido de gran nivel y muy didáctica… y lo de hoy es rizar el rizo, como dice Tapi8, un magnifico trabajo de ingeniería inversa.

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  13. Avatar
    April 15, 2013

    Estoy con #Ritxi, aportas información muy interesante al blog, los que estamos por aquí buscamos algo más que datos oficiales de prestaciones en los coches eléctricos, y leer cosas tan curiosas como esta nos entretiene sobremanera, así que te doy las gracias.

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  14. Avatar
    April 15, 2013

    Excelente trabajo de investigación electronica. Enhorabuena por todos tus post, son de lo mejor del foro. Gracias por compartirlos.

    @PedCortes

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  15. Avatar
    April 16, 2013

    He llegado de La Palma (via Tenerife) y lo primero que he hecho ha sido abrir FCE.
    ¿Qué me pasa doctor?

    EMHO

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  16. Avatar
    April 16, 2013

    Un 10 con matrícula de honor a David por el artículo. Gracias Iván por el video!!!

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  17. Avatar
    April 16, 2013

    Gracias a vosotros por los comentarios positivos. El artículo lo escribí por puro vicio, pero me preocupaba pasarme con los números. Que sea bien recibido me anima a escribir más cosas de estas cuando me salgan de la cabeza.

    PD: si Tesla me contrata me voy mañana mismo a California, jeje

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  18. Avatar
    April 16, 2013

    David, pues sí. En efecto es un estudio para hacerte una profunda reverencia.

    Pero sepas que, al menos según mi conclusión, lo que hace Tesla de poner ‘cienes y cienes’ (como dice el Sabina) de elementos para formar cada pack, se debe a que como Tesla tiene que hacer que ese su ‘almacén de electrones’ sea capaz de aguantar los salvajes regímenes de corriente de descarga que los modelos que ellos fabrican requieren, y también y sobre todo, los aún más salvajes regímenes de carga que también se requieren para cargar tales grandes capacidades sin tener que esperar muchas horas para ello, tales elementos tienen que ser -por narices- bastante pequeños y cilíndricos para permitir que el aire de refrigeración de todos esos elementos circule a poca distancia de donde se produce el excesivo calor que tales regímenes de carga y descarga producen.

    Y precisamente ese problema no lo tenemos en nuestro eMate01 ya que tanto en su potencia de tracción prevista, como también en su régimen de carga, no vamos a necesitar tan salvajes watajes y por tanto no necesitamos tan altos voltajes. Es decir, tanto Tesla como otros fabricantes de automóviles con el fin de obtener -simular- con su motor eléctrico a los grandes pares de los térmicos con sus necesarias cajas de cambio, requieren tales cantidades de wataje que, o bien ponen una batería de más de 300-400voltios o, si hacen lo que nosotros con el eMate01 de conformarnos con unos 100volts, tienen que poner cables de un grosor que no podemos abarcar entre los dedos pulgar y meñique, y que bobinar el motor o motores con pletinas de cobre esmaltado de un grosor casi inmanejable.

    Nosotros, con nuestro pequeño-gran eMate01 somos más modestos y sólo pretendemos llegar a solucionar el problema de muchos de nosotros, incluso quienes lo tenemos peor por vivir en Madrid o lejos de la costa: Los que usamos el coche para uso urbano o periurbano-próximo, y quienes sólo unas pocas veces viajamos de puente o de vacaciones. Es decir, a quienes no nos importa gastar media hora más para trayectos de unos 500km por tenerse que conformar con 90-100km/h del eMate01; máxime si tenemos en cuenta que a buen seguro tendremos que ir todavía más despacio por ir en caravana.

    Claro está, y para no llamarse a engaño, para efectuar esos viajes tendremos que comprarnos e insertar en menos de un minuto, el módulo REM que, gracias a los 20 litros del depósito de gasolina que incorpora, nos permitirá hacer los viajes todo lo largos que queramos, teniendo únicamente que parar cada 450-500km para repostar. Y eso sí, cuando regresemos de las vacaciones, o si tenemos garaje con enchufito-schuko en nuestro destino vacacional, en otro minutito podemos quitar los casi 100kg que pesa el REM y circular por la zona con la carga de sus acumuladores.

    Sí, ya sé, esto es casi una propaganda anticipada del eMate01. Pero es también la explicación del porqué en nuestro pequeño-gran coche, no hemos necesitado poner miles de elementos de ionLitio sino que cada uno de los 4 posibles pack de 5kWh cada uno que se le pueden instalar, sólo tiene 16 elementos.

    Un saludo a todos.

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  19. Avatar
    April 16, 2013

    Muchas gracias por la currada.
    Y efectivamente no hace falta progresar tanto en la densidad energética solo en abaratar las celdas.

    Impresionante!

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  20. Avatar
    April 16, 2013

    interesante, te digo que es posible que pongan las celdas sin el aislamiento, al menos las que están soldadas en paralelo, porque no lo necesitan, y utilizan un aislante solo entre las hileras de celdas que estan en serie

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  21. Avatar
    April 16, 2013

    El problema no es el contacto eléctrico entre polos negativos (que también) sino la evacuación de calor. Dos celdas en contacto generan una línea caliente donde se unen. Para eso necesitas el espacio entre celdas. No me he metido en eso pero tengo un par de ideas de como pueden ir los tiros de la refrigeración.

    Saludos

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  22. Avatar
    April 16, 2013

    Me he divertido leyendo el articulo.enhorabuena sigue así.

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  23. Avatar
    April 16, 2013

    Pues claro que el problema que tienen los Tesla para que sus baterías cilíndricas es la evacuación de la salvajada de calor, especialmente, y tal como tú dices David, en la línea caliente longitudinal (paralela al eje de cada elemento) en la que estos se tocan. Y su refrigeración supongo que la hacen por convección forzada con una turbina que se pone en marcha cuando un o varios sensor de temperatura distribuidos en varios puntos del pack detectan que éstos están subiendo por encima de una determinada temperatura.

    Además, la referida turbina de refrigeración, también debe tener en su tobera de salida hacia el pack de elementos, una resistencia calefactora para el caso contrario: Cuando quieres comenzar a usar el coche después de varias horas y la temperatura exterior es muy baja. De ese modo, y a ser posible con unos minutos de antelación a base de poder enviarle una orden de precalentamiento desde un smart-phone, cuando el usuario llega a ese automóvil sus baterías de ion-litio no sufren los problemas que les provocan las bajas temperaturas.

    Como ya todos podéis suponer, dicho smart-phone del usuario, además de para pedirle al coche que precaliente el pack de baterías y que el calor sobrante se aproveche en esas circunstancias para calentar también el habitáculo a base de soltarlo hacia el interior de este, es el que sirve también para monitorizar desde casa o desde donde te halles, cómo se encuentra la carga del pack de acumuladores para el caso de tener prisa o necesitar seguridad para iniciar una travesía.

    Al menos así como lo he relatado que intuyo lo hace Tesla, es como tenemos pensado hacerlo en el eMate01.

    Un saludo.

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  24. Avatar
    April 17, 2013

    Tesla refrigera sus baterías mediante líquido, con una mezcla de agua y glicol al 50%.

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  25. Avatar
    April 17, 2013

    David, no me he preocupado de enterarme casi de nada de los Tesla porque ellos, tal como te decía en la tercera parrafada de mi primer comentario, van por otra onda, a otros potenciales clientes diferentes a nosotros. Pero te aseguro que estuve estuve a punto de decir que posiblemente no era aire con el que refrigerarían los minielementos cilíndricos sino con un fluido líquido puesto que es muchísimo más efectivo.

    Y por cierto, tal como posiblemente te habrás preguntado tú ya que eres un gran analista, en ese mi primer comentario yo terminaba diciendo que “no hemos necesitado poner miles de elementos de ionLitio sino que cada uno de los 4 posibles pack de 5kWh cada uno que se le pueden instalar, sólo tiene 16 elementos”. Pues bien, cada pack tiene 16 elementos de lo que para mi y para mi equipo es mucho más interesante que el ionLitio: el LiFePo4 y lógicamente con 16 de esos elementos, aún todos en serie, sólo se consiguen unos 50volts. Pero claro, lo que no dije es que si se deja el eMate01 en su configuración básica, la de un único pack, la velocidad máxima que alcanza es de unos 60km/h ya que es la configuración básica para puro-urbanitas o tránsito en urbanizaciones, furgonetas de reparto, etc. Si se le instala otro pack o los otros tres pack más, ya el voltaje resultante es de unos 100volts y con ellos ya sí se puede ir a unos 100-110km/h, aunque de fábrica saldrá limitado a un 5% más de 90km/h ya que así lo requiere la norma de cuadriciclo-pesado con la que inicialmente lo vamos a homologar.

    Un saludo y de nuevo enhorabuena por lo buen analista que eres.

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  26. Avatar
    April 17, 2013

    El carbono de diseño permite alargar la vida de las baterías

    Los ánodos de carbono nanoestructurado de Energ2 pueden aumentar la capacidad de almacenaje de las baterías de ion-litio en un 30 por ciento.

    http://www.technologyreview.es/read_article.aspx?id=42860

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  27. Avatar
    July 13, 2016

    Una batería Panasonic NCR18650A cuesta en Amazon de media unos 8 €.
    14 x 8 x 68 baterías Panasonic NCR18650A cuestan por tanto 14x8x68x8 = 60.928 €.
    Supongo que al señor Tesla le hagan descuento los chinos por comprar muchas baterías, no?

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