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Battery day - opinioni  

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(@devix)
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Postato da: @anthropic_principle

Con le 4680 Tesla dovrà inventarsi un sistema di climatizzazione delle stesse batterie completamente differente

Questo tema e' stato coperto da Munro gia' in un altro video. La climatizzazione sara' presumibilmente solo sotto cioe' la parte che scalda di piu' della batteria. (E' stato spiegato in dettaglio).

Capture

Nella slide qui sopra infatti, si vede che al di sotto delle batterie e' ricavato uno spazio vuoto proprio per il raffreddamento (evidenziato anche da Munro).

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@devix

La batteria "scalda" evidentemente in tutto il suo volume. Certo "da sotto" è più facile scambiare calore visto che non ci sono i collettori elettrici e le relative strutture di isolamento. Bisognerà vedere se sarà sufficiente la limitata area di contatto in basso per climatizzare le celle nella loro interezza.

Penso che se scambieranno calore solo da un lato delle celle ci vorranno strutture di scambio calore piuttosto elaborate rispetto alle ordinarie heat pipe delle 2170.

Ce le mostrerà Munro quando aprirà i primi pacchi batterie delle Model Y prodotte dalla Gigafactory di Berlino!

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(@devix)
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Postato da: @anthropic_principle

La batteria "scalda" evidentemente in tutto il suo volume.

Non sono un ingegnere, ma riporto quello che ha detto Munro. Dice chiaramente che raffreddare le batterie di fianco NON e' efficiente.

Il riscaldamento delle batterie non e' uniforme nel suo volume, o sulla sua superficie. Scaldano sopra e sotto pouttosto che di fianco.

Trovi la spiegazione al min 2:45 Wink  

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@devix

Io sono un ingegnere... Ma non è certo questo il punto! Wink  

Consideriamo per semplicità una sola metà del processo di climatizzazione delle batterie ovvero solo quello del loro raffreddamento.
Una batteria converte energia elettrica in energia chimica e viceversa. Il processo non è mai a rendimento 100% e tutto quanto si perde finisce in calore.
Il processo di trasformazione dell'energia elettrica in energia chimica e viceversa avviene in tutto il volume della batteria così come le perdite.

Quello che sostiene Munro (che è corretto limitatamente al caso delle batterie tabless) e che tu hai evidenziato deriva dal fatto che la resistenza termica di una batteria cilindrica del tipo 4680 (ovvero costruita con tecnologia tabless) è migliore alle estremità.

Invece per una tabbed del tipo 2170 è migliore lateralmente.

Quindi il modo migliore di scambiare calore con una batteria 4680 a parità di superficie e di volume è dalle estremità, mentre per una 2170 sempre a parità di volume e superficie è dai lati.

Il rapporto volume superficie di una 4680 (considerando la sola estremità di scambio inferiore) è completamente differente da quello di una 2170 (considerando la superficie laterale) e quindi per questo gli scambiatori di calore superficie liquido saranno (ben) differenti. Da una parte abbiamo (4680) piccole superfici dalle quali estrarre molto calore, dall'altra (2170) abbiamo superfici maggiori dalle quali estrarre meno calore.

In ogni caso direi che basterà aspettare per vedere...  

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@anthropic_principle

Ti ringrazio per la spiegazione tecnica.

Volevo solo evidenziare che Tesla, nel nuovo design, ha sicuramente già sperimentato la climatizzazione delle batterie (da maggio ci sono già prototipi di Model S Plaid circolanti.

Ricordo che nella presentazione Elon ha proprio mostrato un grafico che mette in relazione diametro e temperatura.

Staremo a vedere, ma non ho dubbi che il nuovo design può essere solo migliore dell’attuale.

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@devix

Assolutamente: le nuove batterie tabless costituiscono un'innovazione epocale con vantaggi sopratutto in termini di riduzione della resistenza interna e conseguente incremento delle correnti erogabili e delle prestazioni!
Però appunto nessuno finora ha mai utilizzato batterie al litio delle dimensioni e della fattura delle 4680 e quindi è come al solito per Tesla una sfida tutta nuova di fronte al mondo.

Volendo aumentare le potenze e di conseguenza le prestazioni di sistemi di propulsione elettrici ci sono sostanzialmente due alternative: aumentare le tensioni (strada che ha preso Porsche) o aumentare le correnti (strada che sta prendendo Tesla con le 4680 a bassissima impedenza interna).

Due approcci completamente differenti per raggiungere uno stesso fine!
Vedremo anche in questo caso chi la spunterà: Taycan "super turbo" contro Model S Plaid (con le 4680)! 

Personalmente scommetto su Tesla... E' relativamente facile aumentare le tensioni e si può sempre fare in caso di necessità senza troppi investimenti.
Viceversa è molto più difficile aumentare le correnti!

Grinning

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(@cronos)
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Postato da: @anthropic_principle

Quello che sostiene Munro (che è corretto limitatamente al caso delle batterie tabless) e che tu hai evidenziato deriva dal fatto che la resistenza termica di una batteria cilindrica del tipo 4680 (ovvero costruita con tecnologia tabless) è migliore alle estremità.

Con le vecchie batterie la corrente usciva dal centro, ed è lì che si accumulava la temperatura, il che lo rende estremamente inefficiente farlo dai lati, non è che la soluzione migliore, è che non ne esiste un altram l'ideale sarebbe stato infilare una barra di raffreddamento al centro della batteria in verticale

Il motivo per cui si riscalda di più il centro è perchè è il punto da cui viene prelevata la corrente, con un design tabless il punto che si riscalda non è più uno 'spot' ma è l'intera superficie inferiore, se quindi raffreddi lì sei apposto

In sostanza con le 2170 hai un gradiente che va dal centro all'esterno e un raffreddamento che va dall'esterno all'interno, mentre con le 4680 hai un gradiente che va da sotto a sopra e un raffreddamento che va da sotto a sopra, in sostanza è perfetto.

Non c'è niente da risolvere

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@cronos

Le batterie non producono calore "dove esce la corrente" ma laddove avviene la reazione di conversione da energia elettrica in energia chimica (e viceversa) che è quella dove quanto escluso dal rendimento della conversione (sia in carica che in scarica), ovvero la perdita, viene dissipato in calore.
Quindi poichè la reazione di conversione avviene in ogni unità di volume della batteria anche la generazione del calore avviene in maniera pressochè identica per ogni unità di volume della batteria.

Il motivo per cui "la temperatura è maggiore al centro" è semplicemente perchè la batteria dissipa il calore prodotto uniformemente nel suo volume attraverso le sue superfici di contatto con l'esterno. Questa semplice evidenza termodinamica vale per tutte le batterie indipendentemente dalla loro tipologia e costruzione.

E' tra l'altro questo il motivo per cui le generiche batterie al litio devono generalmente avere forme particolari allungate caratterizzate da rapporti volume (proporzionale alla produzione di calore) / superficie (proporzionale al calore che può essere dissipato) non troppo alti (pena l'invitabile surriscaldamento). Ecco perché nessuno ha mai prodotto batterie al litio di dimensioni non piccolissime cubiche o comunque di forma "tozza".

Per una ipotetica batteria cubica (o anche sferica/poliedrica ipoteticamente) infatti la quantità di calore prodotto per inefficienza della conversione d'energia elettrica/chimica varia con il cubo delle dimensioni mentre la superficie di scambio (dissipazione) del calore stesso con il solo quadrato. 

Le 2170 sono perfettamente aderenti a questi dettami costruttivi ed il loro rapporto volume superficie è studiato ed adeguato a permettere di evitarne il surriscaldamento semplicemente utilizzando passaggi del liquido di raffreddamento sulle loro superfici maggiori (laterali).

Viceversa con le 4680 causa il loro rapporto volume/superficie più sfavorevole alla dissipazione del calore un approccio costruttivo analogo a quello usato per le 2170 non sarebbe stato termodinamicamente sostenibile. Quindi per diminuire la resistenza termica e consentire lo smaltimento del calore prodotto nell'intero volume attraverso la ridotta superficie delle sole estremità, Tesla ha ideato la soluzione costruttiva di collegare sia elettricamente ma soprattutto termicamente tutte le estremità gli elettrodi componenti le armature della batteria (ottimi conduttori non solo di elettricità ma anche di calore) direttamente con le piccole superfici delle due estremità della batteria stessa. Queste piccole superfici si troveranno quindi a dover dissipare una quantità di calore proporzionale al volume della batteria stessa e quindi in regime di scambio termico (ben) differente da quello delle 2170.
Da qui il mio personale interesse di esaminare i dettagli costruttivi finali dello scambiatore dei futuri pacchi batterie 

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(@thedream)
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Postato da: @cronos

con le 4680 hai un gradiente che va da sotto a sopra e un raffreddamento che va da sotto a sopra, in sostanza è perfetto

A voler guardare bene allora farebbe senso montarle "a testa in giù", visto che il caldo tende a spostarsi verso l'alto, così raffreddando da sopra (portando via il calore) ottmizzeremmo il raffreddamento.. o sbaglio?  🤔 Magari @anthropic_principle potrebbe spiegarmi se sto ragionando "sbagliato".

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@thedream

potrei sbagliarmi se serve posso riguardarmi un attimo il tutto, ma mi pare che la parte sotto sia il "meno" della batteria, chiaramente per questioni di sicurezza è opporutno che la parte che potenzialmente può andare in corto sia la massa e non il positivo

detto questo in linea generale la parte più fredda e che viene raffreddata meglio dalle correnti d'aria mentre l'auto è in marcia è quella inferiore, quindi anche in questo senso ha senso la cosa, quindi ha comunque molto senso averlo sotto

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(@cronos)
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Postato da: @anthropic_principle

Le batterie non producono calore "dove esce la corrente" ma laddove avviene la reazione di conversione da energia elettrica in energia chimica (e viceversa) che è quella dove quanto escluso dal rendimento della conversione (sia in carica che in scarica), ovvero la perdita, viene dissipato in calore.
Quindi poichè la reazione di conversione avviene in ogni unità di volume della batteria anche la generazione del calore avviene in maniera pressochè identica per ogni unità di volume della batteria.

Quello sicuramente genera del calore, ma il problema in realtà è la resistenza interna della batteria, le 2170 sono un roll, per cui la corrente deve fluire dall'esterno verso l'interno, nel farlo genera frizione e questo genera calore, più lungo il roll, più strada mediamente va fatta, più calore generato, il motivo per cui le celle non sono più larghe è sì, perchè è più difficile raffreddarle, ma molto più rilevante è che allargando la batteria, si allunga il roll, e questo fa sì che la distanza media che deve percorrere un elettrone sia maggiore e quindi generi proporzionalmente più calore, quindi non solo sarebbe più difficile da raffreddare, ma produrrebbe più calore e quindi sarebbe ANCORA più difficile da raffreddare

Il tabless invece prevede una distanza minore da percorrere e quindi minore resistenza totale e quindi minore calore.

Il tabless non serve per dissipare calore, serve per ridurre la resistenza interna della batteria!

risolvi il problema alla radice, al posto di trovare meramente un modo per abbassare meglio la temperatura della batteria, come vedi c'è una differenza astronomia tra le due cose è per questo che il design tabless da risultati così impressionanti, non perchè "beh riesco a raffreddarlo meglio"

Poi che sia utile anche per la dissipazione del calore è praticamente un ottimo side-effect, ma non è quello lo scopo primario, lo scopo primario è ridurre lo spazio da percorrere, essendo che l'intera parte sopra ( o sotto non ricordo ) della batteria è un conduttore, gli elettroni non devono fare il giro della batteria, ma come distanza media devono percorrere metà dell'altezza della batteria, mentre con le 2170 devono percorrere mediamente metà della lunghezza del roll ( la differenza è enorme )

 

Il motivo per cui non ti tornano le cose è proprio perchè parti dal presupposto che sia la reazione chimica a generare il maggior calore, mentre in realtà è la resistenza interna della batteria a generare il maggior calore, ed è per questo che i punti in cui si genera maggior calore sono totalmente diversi tra la mia e la tua visione

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