Varför Teslas Model S är så otroligt snabb
Redaktörens anmärkning: Den här artikeln uppdaterades 25 augusti kl 13:25 ET och 29 augusti kl. 10:25 ET ET
Blink och du kommer att sakna det: Tesla Model S blev precis rankad som den tredje snabbaste accelererande produktionsbilen i världen och slog bilar som Lamborghini Aventador och Bugatti Veyron.
Den head-snapping accelerationen av den nya superladdade modellen S väcker en fråga: hur fick ingenjörer på Tesla den elektriska, sju-sits familjesedan att gå så snabbt?
Det visar sig att en del av bilen till stor del bestämmer Teslas imponerande prestanda.
”De lägger till ett större batteri och lägger till ett större batteri gör det mer kraftfullt”, säger Mike Duoba, en maskiningenjör på Argonne National Laboratory i Illinois, som utvecklar standarder för hybridplug-in fordon. [Hyperloop, Jetpack & More: 9 Futuristic Transit Ideas]
Snabbast någonsin
Tesla -modellen, som används i vad företaget kallar ”löjligt läge”, kan gå från 0 till 60 km/h (96 km/h) på 2,5 sekunder, säger företaget i ett uttalande. De enda kommersiella bilarna på planeten som kan slå Tesla Model S, LaFerrari och Porsche 918 Spyder, var och en kostar cirka 1 miljon dollar och är ”små” tvåsitsiga roadsters. Inte heller byggdes för massorna och ingen av dem produceras för närvarande. (Den snabbaste specialbyggda racerbilen, Grimsel, kan nå samma hastighet som Tesla på cirka 1,5 sekunder.)
Tesla bekräftar att den hemliga såsen bakom denna rekordbrytande tid är det nya batteriet. (De som vill uppgradera sina befintliga Model S kan köpa ett större batteri för $ 10.000.)
Bättre batterier
I allmänhet förutspår batteriets energitäthet hur mycket energi den kan frigöra (vilket innebär hur långt bilen kör) före laddning, medan krafttätheten (energitätheten levereras per sekund) avgör hur snabb energi kan gå in och ut ur batteriet. Det styr i sin tur hur snabbt en bil kan accelerera, säger Jordi Cabana, en kemist vid University of Illinois i Chicago, som studerar batterikemi.
Det nya Tesla-batteriet hjälper till att snabbt uppnå dessa blixt-snabba hastigheter genom att öka det senare, sa Cabana.
Även om exakta detaljer inte har släppts, använder Model S troligen ett litiumjonbatteri där ett lager, kallad katod, är gjord av en blandning av nickel, mangan och koboltoxid (NMC), sa Cabana. När de laddas drivs litiumjoner från katoden genom en elektrolytlösning i anoden, som är gjord av grafitbuntar. Litiumjonbatterier som överhettas ibland kan ge en språngande kedjereaktion och ta eld; För att förhindra detta omsluter tillverkare enskilda celler som innehåller både en katod och anod i skyddsskal. Tesla Model S -batteriet har troligen tusentals av dessa celler, sa Cabana. (Teslas hembatteri använder liknande teknik.)
Det nya batteriet kan ha tappat fler celler i samma utrymme för det äldre Tesla S -batteripaketet, sa Cabana.
”Det ser ut som om de ändrade den interna designen av batteripaketet,” sa Cabana till Live Science. ”De minskade mängden förpackningar som de lägger i batteriet för att göra det säkert.”
Historiskt sett var batterier som kunde ge tillräckligt med kraft för snabb acceleration eller tillräckligt med energi för långvägskörning vanligtvis ganska dyra. Det är delvis varför batteridrivna elbilar hade ett rykte för att vara mindre peppy än en motsvarande bensinbil, sa Duoba. En studie från 2014 i tidskriften Nature fann emellertid att kostnaden för elektriska batterier har sjunkit och banat vägen för billigare, snabbare, längre räckvidd.
Inbyggda fördelar
Ta batteriet ur ekvationen och elbilar har en kant i hastighetstester.
För det första har motorer otaliga små delar som måste snurra, trycka, öppna och nära för att producera förbränning vid rätt tider, sa Duoba.
”En motor är ett slags andningsdjur: den måste ta luft in och pressa den,” sa Duoba till Live Science. ”Dessa processer är inte omedelbara.” (I en gasdriven motor komprimerar en kolv en blandning av luft och bränsle, vilket orsakar förbränning, som gör motorn.)
Elektriska motorer har under tiden inte alla de små rörliga delarna.
”Elektroniken i en elmotor är nästan omedelbar,” sade Duoba. ”Det finns ingen försening i makten, ingen väntar på att gasen stängs. Alla dessa små effekter lägger till.”
Momentmatchning
Elektriska motorer kan uppnå sitt maximala vridmoment, eller rotationskraften som överförs från motorn för att vrida hjulen, var som helst från 0 till 4 000 varv per minut (rpm), vilket ungefär motsvarar fordonets hastigheter mellan 0 och 30 mph (48 km/ h), sa Paul Chambon, en kontrollingenjör som är expert på drivlinor på Oak Ridge National Laboratory i Tennessee.
Däremot kan bensindrivna bilar inte uppnå toppmoment vid varken ett mycket lågt eller mycket högt varvtal. Motorer är optimerade för att köra bäst med vissa kombinationer av luftflöde, temperatur och rotationshastighet. Det betyder att vridmomentet i gasdrivna motorer toppar cirka 4500 rpm, och att en graf av vridmoment kontra varvtal ser ut som en kupolhatt, sa Chambon.
Så med nollhastighet är gasdrivna motorer inte på sin topp.
”De har inte det toppmomentet direkt, du måste accelerera till mitthastigheten för att få tillräckligt med vridmoment,” sa Chambon.
Växelväxlar
Den kupolformade vridmomentgrafen har också en annan implikation: vid låga hastigheter, vridmomentet som behövs för att driva bilen matchar inte vridmomentet som produceras av motorn.
Som ett resultat placerar tillverkarna en växellåda mellan motorn och hjulen, som matchar motorvarvtalet till den som behövs för att rotera hjulen vid ett visst vridmoment, sa Chambon. Gear Shifting skapar vaggar i bilens acceleration.
Men eftersom elektriska fordon kan arbeta vid toppmomentet var som helst från 0 till 4 000 varv / minut och kan snurra snabbare än motorer, har de ofta ingen växellåda.
”Det finns ingen växelskiftning, att ensam är förmodligen värt en halv sekund eller kanske en tredjedel av en sekund,” i 0-till-60-testet, sa Duoba.
Redaktörens anmärkning: Den här artikeln uppdaterades för att korrigera märket och modellen för Lamborghini Aventador och Bugatti Veyron, som byttes ut i den ursprungliga artikeln. Artikeln korrigerades också för att uppdatera hur utbudet av varvtal i elmotorer motsvarar maximalt vridmoment samt väghastighet.
Originalartikel om Levande vetenskap.
