Atualmente, estamos testemunhando uma tendência interessante na tecnologia de veículos elétricos. Por um longo tempo, a Tesla está sozinha na produção de baterias para veículos elétricos, usando milhares de células cilíndricas de bateria de íon de lítio em cada bateria. Por outro lado, montadoras estabelecidas, como a Nissan com a LEAF ou mesmo a GM com o Chevy Bolt EV mais recente, vêm usando células prismáticas menos, mas maiores, para construir suas baterias de veículos elétricos.
Acredita-se que a estratégia seja uma parte importante da razão pela qual a Tesla foi capaz de fornecer baterias muito maiores a um custo mais razoável do que outras da indústria. A empresa tinha um pacote de 85 kWh em 2012, enquanto o próximo melhor é o pacote de 60 kWh Bolt da GM, lançado apenas este ano. Mas agora os novos participantes no mercado de veículos elétricos parecem estar seguindo a liderança da Tesla, em vez de montadoras mais estabelecidas.
Em 2003, quando Marc Tarpenning e Martin Eberhard fundaram a Tesla, eles encomendaram um estudo de viabilidade de seu parceiro de tecnologia na época, a AC Propulsion, sobre a construção de uma bateria de veículo elétrico usando células de bateria de íon de lítio 18650 padrão disponíveis no mercado. Isso é algo que a dupla já sabia desde que acabara de construir uma empresa que fabricava leitores de livros eletrônicos e células de íons de lítio eram usadas principalmente em eletrônicos de consumo na época.
Tarpenning e Eberhard já sabiam que as células de íon de lítio 18650 eram da mais alta qualidade e mais baratas disponíveis, mas também sabiam que, devido ao fator de forma, precisariam usar milhares delas em uma única bateria para obter uma faixa decente de um carro. Os fabricantes de baterias que eles abordaram ficaram "assustados" com a idéia.
Eberhard escreveu sobre o problema em uma postagem no blog que foi excluída desde então:
“Quando começamos a pensar no Tesla Roadster ESS [Sistema de Armazenamento de Energia], muitos fabricantes de células estavam compreensivelmente nervosos com os perigos de uma bateria contendo um grande número de suas células. O ônus da Tesla Motors era demonstrar que entendemos e projetamos para a segurança, mesmo no caso de uma falha espontânea das células. E a verdade é que, no começo, não entendemos completamente todos os problemas.”
A idéia é bem simples: com mais células, há mais risco de uma célula falhar e, se uma célula falhar, ela poderá se propagar para outras células para resultados potencialmente desastrosos. Em um setor que gira em torno da segurança, como o setor automotivo, era um problema. Portanto, o medo que os fabricantes de células tinham naquele momento foi transferido para as montadoras quando começaram a desenvolver seus carros elétricos.
O fato de a Tesla “não entender todas as questões”, como afirma Eberhard, levou a empresa a ir além do medo da indústria e a desenvolver uma bateria com milhares de células. Eberhard escreveu no mesmo post:
“Fizemos vários testes do“quarto de julho”para entender como as células de íons de lítio (de todas as faixas) falharam e o que acontece com as células adjacentes em um sistema compactado. Começamos a entender o problema mais de um ano antes do famoso fiasco Sony / Dell, e estabelecemos um requisito corporativo de que nenhuma falha dessas células levaria à propagação térmica em nosso ESS.”
Após vários protótipos, a empresa finalmente apresentou um design seguro e denso de energia, que eles detalhavam em um documento intitulado: 'O sistema de bateria Tesla Roadster', em agosto de 2006. O artigo foi criado por 4 engenheiros que trabalhavam na Tesla na época, dois dos quais agora são executivos da empresa: JB Straubel, diretor de tecnologia da Tesla, e Kurt Kelty, diretor de tecnologia de baterias da Tesla.
No jornal, eles alegaram que a bateria do Roadster era a mais segura já vista por especialistas na época:
"O alto nível de redundância e as várias camadas de proteção da bateria do Tesla Roadster culminaram na bateria grande e segura de íons de lítio que nós ou muitos especialistas da área, com quem consultamos, vimos".
Você pode ler sobre todos os recursos de segurança que eles incorporaram na embalagem no papel incorporado abaixo, mas, resumindo, eles introduziram recursos de segurança passivos e ativos no nível da célula, como um dispositivo limitador de corrente do coeficiente de temperatura positiva interna (PTC) em cada célula, bem como fusíveis no ânodo e no cátodo, e no nível da embalagem, com módulos de revestimento de alumínio separados. Isso está entre vários outros recursos. O breve white paper vale a pena ler.
Desde então, a empresa melhorou significativamente o design com várias iterações para o Roadster e, em seguida, uma nova arquitetura para os modelos S e X, mas ainda com base no conhecimento adquirido com a fabricação da bateria original do Roadster e ainda usando milhares de células individuais.
Até hoje, a Tesla tem mais capacidade de energia instalada na estrada do que qualquer outra montadora (lembre-se de que um carro da Tesla tem 2 a 3 vezes a capacidade de energia da maioria dos veículos elétricos), mas não tem mais problemas de bateria do que qualquer outra montadora.
O conceito ainda não pegou com a maioria das montadoras que produzem carros elétricos atualmente, mas os recém-chegados estão quase todos usando uma arquitetura semelhante à de Tesla.
A Faraday Future e a Lucid Motors, duas das startups de veículos elétricos mais bem financiadas em estágios avançados de desenvolvimento para seus primeiros carros elétricos, anunciaram recentemente que usarão milhares de células de bateria cilíndricas em seus projetos de baterias. Eles não divulgaram muito mais detalhes sobre seus conceitos e podem haver muitos recursos diferentes - não que isso importasse de qualquer maneira, já que a Tesla forneceu todas as suas patentes de código aberto.
O fato de as startups seguirem a liderança da Tesla enquanto as montadoras estabelecidas estão seguindo o caminho mais seguro poderia ser facilmente explicado pelo fato de que as startups são mais propensas a assumir riscos, o que não é o caso de grandes empresas, mas também há o fator de que ambos as empresas têm um pouco do DNA de Tesla.
A Lucid Motors, então conhecida como Atieva, foi cofundada por um executivo da Tesla que foi encarregado de uma nova divisão da Tesla em 2007 para construir sistemas de armazenamento de energia - uma espécie do ancestral do que hoje conhecemos como 'Tesla Energy'. O diretor de tecnologia da empresa é Peter Rawlinson, ex-engenheiro-chefe do Tesla Model S.
Quanto à Faraday Future, a empresa contratou vários engenheiros da Tesla quando foi lançada em 2014 e um de seus membros fundadores, Nick Sampson, era diretor de engenharia da Tesla. O engenheiro que projetou sua arquitetura de bateria, Porter Harris, liderava o desenvolvimento de baterias na SpaceX, outra das empresas de Elon Musk.
O que também é particularmente interessante são as células da bateria que estão usando? A Tesla se esforçou muito ao trabalhar com a Panasonic há uma década e está envolvida no desenvolvimento das últimas células usadas nos produtos da empresa. O mais recente está usando um novo formato mais alto chamado 2170 e será fabricado pela Panasonic na Gigafactory da Tesla.
A Faraday Future anunciou que usará um formato de célula semelhante da LG Chem e a Lucid Motors anunciou esta semana que também usará um formato de célula semelhante, mas da Samsung SDI. Cada montadora afirma estar envolvida no desenvolvimento da célula e que possui a célula de maior densidade de energia disponível.
O CEO da Tesla, Elon Musk, recentemente fez uma afirmação semelhante sobre sua célula 2170. Agora temos três grupos diferentes de empresas, Tesla com Panasonic, Faraday Future com LG Chem e Lucid Motors com Samsung SDI, todas alegando ter o melhor celular e que em breve estará em seus próprios carros elétricos. A estratégia da Tesla também difere, pois eles não apenas fazem parceria com um fabricante de células, mas também investem mais de US $ 2 bilhões em uma instalação de fabricação de células, a Tesla Gigafactory, que lhes permitiu ter mais controle sobre o suprimento essencial para seus programas de veículos elétricos.