Коротко о Дне батарей Tesla

В статье очень много изображений. В связи с этим хотим напомнить, что перевод слайдов и некоторая важная информация находится в подписях к изображениям. А также некоторые картинки можно перелистывать. Приятного просмотра :)
Ежегодное собрание акционеров 2020 и День батарей
Ежегодное собрание акционеров 2020 и День батарей

Вот и наступил долгожданный День батарей Tesla.

В данной статье мы делимся с вами основной информацией, полученной со стрима компании.

Начать мероприятие выпала честь вице-президенту Tesla по юридическим вопросам Алану Прескотту. Он поблагодарил участников команды Tesla, особенно тех, кто присутствует на мероприятии лично, а также выразил слова благодарности представителям PricewaterhouseCoopers. Алан отметил, что встреча будет состоять из двух частей: доклада для держателей акций и, собственно, Дня батарей, где выступит Илон Маск.

Вице-президент Tesla по юридическим вопросам Алан Прескотт
Алан Прескотт
1 of 2
Вице-президент Tesla по юридическим вопросам Алан Прескотт

После вступительной речи Алан передал слово председателю совета директоров Tesla Робин Денхолм, которая выступила удалённо. Робин поблагодарила акционеров за поддержку, особенно тех, кто находится с Tesla уже 10 лет с момента выхода компании на IPO в 2010 году. Также она не забыла и о работниках, которые оставались с компанией в это нелёгкое время.

Председатель совета директоров Tesla Робин Денхолм
Председатель совета директоров Tesla Робин Денхолм

Завершая свою речь, Робин передала слово новому члену совета директоров — Хиро Мидзуно — который руководил крупнейшим пенсионным фондом в мире, и теперь приносит огромный объём опыта в совет директоров. Хиро сообщил, что очень рад работать с командой Tesla и постарается сделать всё, чтобы реализовать те задачи, которые ставят перед ними акционеры.

Новый член совета директоров Tesla Хиромити Мидзуно
Новый член совета директоров Tesla Хиромити Мидзуно

После этого слово вновь взял Алан Прескотт и сообщил, что встреча акционеров официально открыта.

Немножко автомобилей Tesla на Дне батарей
Коротко о Дне батарей Tesla, image #7
1 of 2
Немножко автомобилей Tesla на Дне батарей

Встреча акционеров

Алан отметил, что на повестке дня отметил следующие пункты:

1) Выбор трёх директоров первого класса: Илон Маск, Робин Денхолм и Хиромити Мидзуно.
2) Утверждение плана компенсаций для высших руководителей Tesla.
3) Ратифицирование компании PricewaterhouseCoopers в качестве независимой компании, отвечающей за бухгалтерию и аудит в 2020 году.

Совет директоров рекомендовал, чтобы было проведено голосование по каждому из пунктов.

В конце своего выступления Алан передал слово сооснователю и генеральному директору Tesla Илону Маску.

Илон Маск на Дне батарей
Илон Маск
Тоже Илон
1 of 3
Илон Маск на Дне батарей

Илон поздоровался, поблагодарил за поддержку и подметил, что сегодняшняя встреча — это, буквально, «кинотеатр на колёсах». Также он сообщил, что презентация для акционеров — вещь важная, но он постарается побыстрее её закончить, чтобы перейти ко Дню батарей. Поэтому вот основные пункты презентации, на которые опирался Илон:

От начала постройки до выпуска продукции за 15 месяцев (Январь 2019 — Март 2020). Илон поблагодарил команду Tesla в Шанхае и заметил, что своя фабрика в Китае — очень круто, несмотря на то, что это пока что не очень признаётся фанатами и хейтерами, и среди не китайских автопроизводителей Tesla единственная, у кого своя фабрика в Китае.
Достижение больших объёмов производства Model Y. Это был самый «мягкий» запуск, что в очередной раз показывает, что Tesla растёт и взрослеет как компания. За последнюю сотню лет Tesla — единственный производитель электрокаров в США, который вывел в массовое производство электромобиль и остался прибыльным.
Представлены самые дешёвые солнечные панели в США. Всего $1.49/Ватт. На данный момент это самая эффективная солнечная крыша в мире. Этот продукт было сложно вывести в производство, но он будет составлять огромную долю в бизнесе.
4 прибыльных квартала подряд по GAAP. Несмотря на влияние огромных трудностей и всевозможных обстоятельств, благодаря труду сотрудников Tesla, компания демонстрирует многообещающее будущее с точки зрения прибыльности
Обеспечение постоянного денежного потока. Разница во времени между заказом машины и её доставкой крайне важна для работы, поэтому Tesla много работала над этим, и именно для этого компании необходимо иметь минимум по заводу на каждом континенте.
Сравнение с индустрией. Рост глобальных поставок автомобилей за последние четыре квартала. В то время как у всей остальной автопромышленности этот рост отрицательный, показатели Tesla растут. По сути Tesla развивается за счёт того, что существующие покупатели электрокаров рекомендуют их к покупке другим людям. Это самый правильный вариант развития.
50% рост в 2019. Глобальные поставки автомобилей в 2019. Несмотря на огромное количество сложностей, в 2020 Илон ожидает минимум 30% роста.
Опубликован отчёт о влиянии на окружающую среду. Tesla изо всех сил старается делать правильные вещи и исправлять ошибки.
Средние выбросы углекислого газа на милю в США. Model 3 показывает намного более низкие значение по сравнению со среднестатистическим автомобилем с ДВС. Благодаря использованию возобновляемой энергии, Tesla надеется со временем прийти к нулевым выбросам.
Безопасность и ключевая особенность разработок Tesla. Согласно отчётам NHTSA, электромобили Tesla являются самыми безопасными автомобилями. Во всех категориях, включая активную безопасность, Tesla получила пять звёзд. Безопасность — главная задача при проектировании Tesla.
Заводы Tesla также становятся более безопасными. Среднеквартальное количество инцидентов на 1000 произведённых машин во Фримонте. Tesla планирует в 2020 году стать лучшими в индустрии по этому показателю.
Функциональность Автопилота продолжает улучшаться. Столкновения: в среднем — 2,1 на миллион миль, со включенным Автопилотом — 0,3 на миллион миль. В Tesla уверены, что способны в десять раз уменьшить аварийность по сравнению с остальным рынком. Сам Илон всегда управляет автомобилем с самой новой альфа-версией Автопилота, благодаря чему имеет представление о его дальнейшем развитии.
Ключевые профессиональные качества. Инженерная разработка, производство и программное обеспечение. Сложность развёртывания производства в разы сложнее самого производства автомобилей. Именно поэтому много стартапов способны предоставить прототип, но не способны наладить производство.
3 новых производства на 3 различных континентах. Шанхай (Азия) — 2 фаза строительства, Берлин (Европа) и Техас (Америка). С каждым заводом Tesla старается улучшить технологии производства. Иногда модели, внешне выглядящие одинаково, будут абсолютно по-разному производиться.
Запущен Megapack. Хранилище энергии на 3 МВт*ч
1 of 15
От начала постройки до выпуска продукции за 15 месяцев (Январь 2019 — Март 2020). Илон поблагодарил команду Tesla в Шанхае и заметил, что своя фабрика в Китае — очень круто, несмотря на то, что это пока что не очень признаётся фанатами и хейтерами, и среди не китайских автопроизводителей Tesla единственная, у кого своя фабрика в Китае.

После завершения доклада Илона, Алан Прескотт сообщил, что будет небольшой перерыв перед началом Дня батарей, и что люди, сидящие в машинах, могут выйти и прогуляться.

День батарей

После перерыва на сцену вышли Илон Маск и Дрю Бэглино — вице-президент Tesla по энергетическим технологиям.

9 сентября 2020
Это реально. Дрю Бэглино и Илон Маск.
1 of 2
9 сентября 2020

Свою речь они начали с того, что показатели содержания углекислого газа в атмосфере растёт экспоненциально и миру следует поскорее перейти на возобновляемые источники энергии.

Ключевые моменты с доклада Дрю и Илона:

Тенденции, которые необходимо ускорить. Энергия ветра и солнца составляет 76% от новых, вырабатывающих электричество, мощностей в США в этом году: 32 ГВт. В 2010 46% электричества в США вырабатывалось из угля. Сегодня это число уменьшилось вдвое.
Вклад Tesla. Более миллиона электрических автомобилей доставлено. 26 миллиардов миль пройдено электрокарами компании. 6 ГВт*ч стационарных батарей. 17 ТВт*ч выработано благодаря крышам из солнечных панелей.
Чтобы достигнуть перехода на устойчивую энергетику, мы должны создавать более доступны электромобили и хранилища энергии, строя производства быстрее и с меньшими затратами.
Цель номер один: измерять производство батарей в ТВт*ч. Для стопроцентной электрической транспортировочной системы необходимо увеличение производства в 100 раз.
Цель номер один: измерять производство батарей в ТВт*ч. Использование стопроцентно возобновляемой энергии требует роста в 1600 раз.
Проблема цели номер один: существующие на данный момент фабрики, производящие аккумуляторы, не могут расширяться с достаточной скоростью
Проблема цели номер один: существующие на данный момент фабрики, производящие аккумуляторы, не могут расширяться с достаточной скоростью
Цель номер два: более доступные аккумуляторы
Проблема цели номер два: рынок электромобилей растёт, но электромобили всё ещё не доступны для всех категорий потребителей
Чтобы делать лучшие электрокары в мире, мы разрабатываем машины и фабрики с нуля. Теперь и аккумуляторы разрабатываются с нуля.
У нас был план: уменьшить вдвое стоимость кВт*ч энергии. Это план, который потребовал творческой работы инженеров и улучшения во всех аспектах: от исходных материалов до финального продукта.
1 of 11
Тенденции, которые необходимо ускорить. Энергия ветра и солнца составляет 76% от новых, вырабатывающих электричество, мощностей в США в этом году: 32 ГВт. В 2010 46% электричества в США вырабатывалось из угля. Сегодня это число уменьшилось вдвое.

Дизайн ячейки

Дальше Илон и Дрю прошлись по плану, позволяющему снизить стоимость энергии, хранящейся в аккумуляторах, вдвое:

Ёмкость ячейки возросла в 5 раз, запас хода авто увеличился на 16%, мощность увеличилась в 6 раз. Эти улучшения связаны конкретно с этой инновацией. В дальнейшем будет информация об общем улучшении характеристик.
Каждая ячейка имеет крышку и корпус
Крышка — положительный контакт, корпус — отрицательный
Внутри ячейки есть небольшой ярлычок, крепящийся к крышке и то, что называют «рулет»
Вот почему это называют «рулетом». В батареях формата 2170 эта деталь длиной около метра.
Анод (положительный электрод), катод (отрицательный электрод), сепаратор (разделитель) и два контакта
При разрядке батареи ионы лития двигаются от анода к катоду через разделитель
При зарядке батареи ионы лития двигаются от катода к аноду через разделитель
Tesla продвинулась от формата 1865 к формату 2170, а также увеличила ёмкость на 50%. Первые две цифры в формате батареи — это диаметр в мм, вторые две цифры — длина в мм.
Увеличенные цилиндрические ячейки стоят меньше. Однако дальнейшее увеличение диаметра приведёт к падению пробега в связи с увеличением сопротивления. Новая ячейка находится в оптимальном соотношении пробега и стоимости.
Технология, применяемая в новой ячейке, убирает нагрев при зарядке и, соответственно, уменьшает её время
В Tesla смогли избавиться от того самого ярлычка. Благодаря этому достигли следующего: более простое производство, меньшее количество деталей, уменьшение пути, проходимого током, в пять раз.
Ёмкость ячейки возросла в 5 раз, запас хода авто увеличился на 16%, мощность увеличилась в 6 раз. Эти улучшения связаны конкретно с этой инновацией. В дальнейшем будет информация об общем улучшении характеристик.
1 of 13
Ёмкость ячейки возросла в 5 раз, запас хода авто увеличился на 16%, мощность увеличилась в 6 раз. Эти улучшения связаны конкретно с этой инновацией. В дальнейшем будет информация об общем улучшении характеристик.

Несколько кадров с производства новых элементов:

Коротко о Дне батарей Tesla, image #52
Коротко о Дне батарей Tesla, image #53
Коротко о Дне батарей Tesla, image #54
Коротко о Дне батарей Tesla, image #55
Коротко о Дне батарей Tesla, image #56
Коротко о Дне батарей Tesla, image #57
Коротко о Дне батарей Tesla, image #58
Коротко о Дне батарей Tesla, image #59
Коротко о Дне батарей Tesla, image #60
Коротко о Дне батарей Tesla, image #61
Коротко о Дне батарей Tesla, image #62
Коротко о Дне батарей Tesla, image #63
1 of 12

Как предполагает Илон, этому тестовому заводу понадобится около года, чтобы выйти на ожидаемую мощность в 10 ГВт*ч. Настоящие же заводы будут по 200 ГВт*ч, либо даже больше.

Изменение форм-фактора и технологии позволяет уменьшить стоимость кВт*ч на 14%
Изменение форм-фактора и технологии позволяет уменьшить стоимость кВт*ч на 14%

Производство ячеек

При проектировании новых ячеек инженеры черпали вдохновение из технологий производства бутылок и печати. Благодаря десяткам лет улучшений, в них сочетаются скорость, низкая стоимость и высокая эффективность.
При проектировании новых ячеек инженеры черпали вдохновение из технологий производства бутылок и печати. Благодаря десяткам лет улучшений, в них сочетаются скорость, низкая стоимость и высокая эффективность.
Основные этапы производства аккумулятора. Создание электрода, его намотка, сборка ячейки и заполнение электролитом с последующей зарядкой. В случае использования батареи с ярлычком, между вторым и третьим этапом требуется пауза.
Первый этап (создание электрода) по «старой влажной» технологии: смешивание порошка с водой или растворителем, затем покрытие плёнки этой смесью и в очень длинной печи происходит её сушка. Затем вновь собирают растворитель и сворачивают электрод. В итоге используется очень много оборудования для одного этапа. Небольшая палочка рядом с оборудованием — это человек.
Поэтому в Tesla наносят сухой порошок на плёнку. В действительности это, разумеется, сложный процесс.
Поэтому в Tesla наносят сухой порошок на плёнку. В действительности это, разумеется, сложный процесс.
Поэтому в Tesla наносят сухой порошок на плёнку. В действительности это, разумеется, сложный процесс.
Благодаря использованию новой «сухой» технологии, количество используемой площади и затраты энергии сократились в 10 раз
1 of 6
Основные этапы производства аккумулятора. Создание электрода, его намотка, сборка ячейки и заполнение электролитом с последующей зарядкой. В случае использования батареи с ярлычком, между вторым и третьим этапом требуется пауза.

Огромную роль в использовании этой технологии сыграла покупка компании Maxwell Technologies. У них была эта технология, но в виде теоретической возможности. В Tesla её доработали и, наверное, предстоит ещё дальнейшая доработка.

Простоты сложно достичь
Простоты сложно достичь

Ключевой особенностью новой технологии является возможность сборки в движении, то есть без пауз. При использовании технологии с ярлычком, необходимо двигать конвейер прерывисто, чтобы припаять этот самый ярлычок. При этом велика вероятность ошибки.

Несколько кадров с производства по новой технологии:

Высокоскоростная сборка в движении
Высокоскоростная сборка в движении
Высокоскоростная сборка в движении
Высокоскоростная сборка в движении
Высокоскоростная сборка в движении
Высокоскоростная сборка в движении. 1 сборочная линия, 20 ГВт*ч, увеличение производства в 7 раз.
Высокоскоростная сборка в движении. 1 сборочная линия, 20 ГВт*ч, увеличение производства в 7 раз.
1 of 7
Высокоскоростная сборка в движении

Благодаря эти улучшениям, вложения в 1 ГВт*ч уменьшаются на 75% и требуемая площадь сокращается в 10 раз, что позволяет, к примеру, на площади, меньшей чем площадь Гигафабрики в Неваде, производящей 150 ГВт*ч, производить 1 ТВ*ч:

Коротко о Дне батарей Tesla, image #80
В планы Tesla входит производство 100 ГВт*ч энергии в 2022 и 3 ТВт*ч до 2030
В планы Tesla входит производство 100 ГВт*ч энергии в 2022 и 3 ТВт*ч до 2030
Изменение технологии производства даёт уменьшение стоимости кВт*ч на 18%, что в сумме с предыдущим улучшением даёт 32% выгоды
Изменение технологии производства даёт уменьшение стоимости кВт*ч на 18%, что в сумме с предыдущим улучшением даёт 32% выгоды

Материалы анода

Кремний невероятен и недорог. Это самый доступный элемент в в земной коре после кислорода и может запасать в 9 раз больше лития, чем графит.
Кремний невероятен и недорог. Это самый доступный элемент в в земной коре после кислорода и может запасать в 9 раз больше лития, чем графит.

Но почему же все не используют кремний? Ответ: он расширяется при заряде, что приводит к потере способности батареи накапливать энергию.

Задача: решить проблему увеличения объёма
Текущий подход: использование дорогих материалов
Решение, предлагаемой Tesla — использование чистого кремния. Обычный кремний стабилизируют полимерным покрытием, которое напыляется достаточно просто и затем делают сеть с помощью высокоэластичного вещества. Таким образом можно увеличить запас хода автомобилей на 20%.
1 of 3
Задача: решить проблему увеличения объёма
Использование чистого кремния даёт уменьшение стоимости кВт*ч на 5%, что в сумме с предыдущими улучшениями даёт 37% выгоды
Использование чистого кремния даёт уменьшение стоимости кВт*ч на 5%, что в сумме с предыдущими улучшениями даёт 37% выгоды

Материалы катода

Что такое батарейный катод? Катод это словно полка для книг с кобальтом, марганцем, алюминием, которые находятся на этих полках. И главный вопрос заключается в том, сколько металла мы можем положить на эти полки. При каждой зарядке/разрядке ионы путешествуют, разрушая эти полки и уменьшая срок службы батареи. Никель — самый доступный металл, но в паре с кобальтом они образуют очень крепкую «книжную полку».
Что такое батарейный катод? Катод это словно полка для книг с кобальтом, марганцем, алюминием, которые находятся на этих полках. И главный вопрос заключается в том, сколько металла мы можем положить на эти полки. При каждой зарядке/разрядке ионы путешествуют, разрушая эти полки и уменьшая срок службы батареи. Никель — самый доступный металл, но в паре с кобальтом они образуют очень крепкую «книжную полку».
Разработка катодов с высоким содержанием никеля. Увеличение доли лития, удаление кобальта, новое покрытие и легирование. Результат — удешевление кВт*ч в катоде на 15%.
Разработка катодов с высоким содержанием никеля. Увеличение доли лития, удаление кобальта, новое покрытие и легирование. Результат — удешевление кВт*ч в катоде на 15%.
Использование различных катодов. На основе железа (Долгий срок службы). Никель и марганец (Большой запас хода). Высокое содержание никеля (Требовательность к массе).
Стоимость финального создания катода высока: 35% от общей суммы затрат на катод
Традиционный способ создания катода. Финальный продукт состоит из катода, кучи мусора и потери воды.
Способ, используемый в Tesla. На выходе получается чистый катод.
Затраты снижаются на 66%, цена всего процесса обработки на 76%, потерь воды нет
Никель можно использовать новый, обработанный, либо переработанные батарейки
Производство катодов в Северной Америке, которое откроет Tesla, сократив таким образом дистанцию, преодолеваемую никелем к производству
Производство Лития в Северной Америке. Избавившись от сульфата лития в процессе производства, Tesla добилась снижения цены лития на 33% и 100% его пригодности.
На Земле доступно много лития: больше чем нефти. Даже в США достаточно лития, чтобы все машины Штатов сделать электромобилями. Добыча лития, используемая Tesla, безвредна: после извлечения лития из руды, она будет возвращаться обратно.
Переработка отработанных элементов более желательна, чем добыча металлов из руд
Tesla инвестирует в завод по переработке аккумуляторов
1 of 11
Использование различных катодов. На основе железа (Долгий срок службы). Никель и марганец (Большой запас хода). Высокое содержание никеля (Требовательность к массе).
Использование новых технологий при производстве катода даёт уменьшение стоимости кВт*ч на 12%, что в сумме с предыдущими улучшениями даёт 49% выгоды
Использование новых технологий при производстве катода даёт уменьшение стоимости кВт*ч на 12%, что в сумме с предыдущими улучшениями даёт 49% выгоды

Литьё кузовов автомобилей

Коротко о Дне батарей Tesla, image #102
Коротко о Дне батарей Tesla, image #103
Для отливки деталей подобного размера, Tesla пришлось создать свой собственный сплав
Коротко о Дне батарей Tesla, image #105
Старые самолёты использовали баки внутри крыльев, в современных же моделях крылья являются одновременно и баками
Будущая структура батареи Tesla использует подобную схему — отсутствие лишних деталей уменьшает массу и увеличивает запас хода
Коротко о Дне батарей Tesla, image #108
Коротко о Дне батарей Tesla, image #109
Коротко о Дне батарей Tesla, image #110
Прорыв в строении кузова и устройстве батареи. На 10% меньше масса, возможность увеличить запас хода на 14%, меньше на 370 деталей.
Будущие фабрики для производства меньших, более простых, интегрированных в кузов батарей и кузовов. Слева — текущие фабрики, справа — будущие. Уменьшатся на 55% вложения в ГВт*ч, уменьшится требуемая площадь на 35%.
1 of 11

Итоги

В итоге все нововведения позволяют снизить затраты на кВт*ч на 56%
В итоге все нововведения позволяют снизить затраты на кВт*ч на 56%
Подведение итогов выгоды от вертикальной интеграции Tesla. Увеличение запаса хода, уменьшение затрат на кВт*ч, уменьшение вложений в ГВт*ч.
Подведение итогов выгоды от вертикальной интеграции Tesla. Увеличение запаса хода, уменьшение затрат на кВт*ч, уменьшение вложений в ГВт*ч.
Новая траектория прогнозируемой стоимости кВт*ч
Новая траектория прогнозируемой стоимости кВт*ч
Tesla обращается ко всем с просьбой помочь ускорить переход на новые технологии
Tesla обращается ко всем с просьбой помочь ускорить переход на новые технологии
Что это значит для наших будущих продуктов?
Это означает возможность производить достойный конкурентноспособный электромобиль стоимостью $25,000
1 of 2
Что это значит для наших будущих продуктов?

Завершился День батарей традиционно — вопросами и ответами.

Материал подготовлен сообществом Илон Маск / Elon Musk (Tesla, SpaceX, Neuralink).

Источник: https://vk.cc/azYQGU.

2055 views·62 shares