Chuyên gia bất ngờ trước bí mật công nghệ pin của tesla tháo khó, cấu tạo pin phức tạp

Chun gia bất ngờ trước bí mật cơng nghệ pin của Tesla: Tháo khó, cấu tạo pin
phức tạp
(News.oto-hui.com) – Các chuyên gia ô tô đã phải mất đến 2 tuần chỉ để tháo nắp
bộ pin 4680 của Tesla. Việc khám phá cơng nghệ pin bên trong vẫn cịn là chặng
đường dài khi những bí mật ẩn dấu bên dưới xe điện Tesla được hãng che dấu
khéo léo. Cùng OTOHUI khám phá bên trong cơng nghệ pin của Tesla có gì đặc
biệt, và những câu hỏi liên quan đến bộ pin 4680 này!
Hồi đầu tháng 7, đội ngũ của Munro & Associates, một công ty chuyên cung cấp
các giải pháp kỹ thuật và công nghệ nổi tiếng của Mỹ, đã bắt đầu tiến hành tháo
lắp hệ thống pin 4680 được sử dụng trên mẫu xe điện Tesla Model Y. Đây là công
nghệ pin được xem là hiện đại nhất của Tesla, với các ưu điểm nổi trội như khả
năng sạc siêu nhanh, ít vấn đề về nhiệt và giá thành thấp.

Pin 4680 là bước đột phá của xe điện Tesla.
1. Pin 4680 của Tesla mạnh gấp 6 lần pin cũ
Trước đó vào tháng 9 năm 2020, Tesla đã ra mắt mẫu pin 4680 (hình trụ) mang
tính đột phá này. Hãng xe điện khi đó cho biết so với pin 2170 truyền thống, mẫu
pin 4680 có kích thước lớn hơn (đường kính 46mm và chiều cao 80mm), và sử
dụng công nghệ điện cực mới khơng có “tab”nối hai cực của pin. Thiết kế này
giúp tăng mật độ năng lượng lên gấp 5 lần, sức mạnh gấp 6 lần, tuổi thọ kéo dài
thêm 16%, trong khi chi phí sản xuất lại giảm 14%.
Mãi tới tháng 4 năm nay, những chiếc Tesla Model Y đầu tiên được trang bị bộ
pin 4680 đã được giao tới tay khách hàng. Đó là lý do cấu trúc của bộ pin 4680
vẫn cịn khá bí ẩn và thơi thúc các nhà nghiên cứu mổ xẻ công nghệ này.
2. Đội ngũ khám phá bộ pin 4680 của Tesla:


Trưởng nhóm nghiên cứu là Sandy Munro, một cựu kỹ sư của hãng Ford. Vào
năm 2018, ông và các đồng nghiệp đã tự bỏ tiền mua và tháo rời hai chiếc Tesla
Model 3, sau đó đưa ra rất nhiều lời khuyên cho Musk về thiết kế phần thân của
dòng xe này.

Cựu kỹ sư Sandy Munro và đồng nghiệp.
Tính tới hiện tại, đội ngũ này đã tháo dỡ hàng trăm chiếc xe của đủ các hãng như
Audi, BMW, Chevrolet, Jaguar, Nissan. Riêng Tesla được ưu ái trọn bộ với các
mẫu Model S, Model 3 và Model Y (phiên bản pin 2170).
Ban đầu, nhóm nghiên cứu cho rằng đây sẽ là một công việc đơn giản và nhàm
chán. Nhưng thực tế đã chứng minh ngược lại, khi họ gặp phải vô số những khó
khăn khơng mong muốn và cơng việc tiến triển vơ cùng chậm chạp.
Và khi bộ pin 4680 hồn chỉnh được tháo rời, Sandy Munro đã phả tuyên bố rằng
cấu trúc của bộ pin 4680 là “chưa từng có”. Thậm chí so với bộ pin 2170 trước
đây của Tesla trên các dịng xe Model Y và Model 3, ơng nói rằng “nó khơng
giống như nó được sản xuất bởi cùng một công ty.”


Tài xế gần như ngồi trên bộ pin 4680.
3. Dự án tháo dỡ toàn bộ pin 4680 trên Tesla Model Y:
Bước đầu tiên của dự án tháo gỡ này là tách bộ pin 4680 khỏi thân Model Y. Và
họ sớm phát hiện ra rằng bộ pin và ghế được tích hợp khăng khít với nhau đến
mức chủ xe gần như đang ngồi trên một dải pin. Toàn bộ các bộ phận như ghế và
tay vịn trung tâm được lắp trực tiếp vào nắp trên của khung pin, và chỉ có một số
thanh dầm nối giữa ghế và hộp pin.
Bộ pin được kết nối với phần thân xe thông qua 38 bu lông cố định. Bằng cách
tháo các bu lông cố định này và ngắt kết nối dây, toàn bộ hệ thống pin, ghế chính
phía trước và ghế hành khách, hộp tỳ tay trung tâm và các bộ phận khác có thể
được tháo rời hồn tồn khỏi khung xe.
Theo tính tốn, tồn bộ trọng lượng của gói pin 4680 trên Tesla Model Y không
đến 500kg. Và nếu xét tới tổng năng lượng của bộ pin là khoảng 80kwh, tỷ lệ
giữa trọng lượng và năng lượng này là rất đáng kinh ngạc.

Lớp keo polyurethane phủ đầy bộ pin 4680.
Tưởng chừng “đầu xi đi lọt”, nhưng sau đó họ phát hiện mình đã gặp rắc rối
lớn. Bởi sau đó là trọn vẹn hai tuần chỉ để tháo nắp của bộ pin 4680. Bởi hóa
ra, tồn bộ các tế bào pin và các thành phần quan trọng khác của hệ thống đã bị
“nuốt chửng” bởi một lớp bọt màu hồng cứng chắc.
Phần bọt hồng này thực chất là keo polyurethane, được sử dụng để cố định các tế
bào pin và thành phần bên trong. Và Tesla đã sử dụng một lượng keo lớn đến mức
nó khơng chỉ lấp đầy trên bề mặt mà cịn lấp đầy hồn tồn khơng gian bên trong
của từng khối pin.
“Việc tháo pin cũng giống như khảo cổ học”, một thành viên trong nhóm cho biết.
Theo báo cáo, lớp keo này chủ yếu đóng hai vai trị:
Một là chống sốc từ lực va đập, bởi keo sẽ kết nối tất cả các tế bào pin và thành
phần đi kèm thành một tổng thể, cùng chịu lực với nhau. Đồng thời keo có tính
đàn hồi, có thể hấp thụ năng lượng tác động.
Vai trò thứ hai là cố định các tế bào pin. Vì pin 4680 có hình trụ nên có nhiều
khoảng trống giữa các viên pin. Lớp keo có thể lấp đầy những khoảng trống này
và giúp vị trí của tế bào pin bị lỏng lẻo hay xô lệch.
Tuy nhiên, những lớp keo màu hồng này có độ nhớt và kết dính cao nên việc tháo
rời chúng ra khá tốn cơng sức. Nhóm nghiên cứu sau đó phải nghĩ đến việc sử
dụng đá khô để loại bỏ lớp keo này.


Máy thổi đá khơ được đưa vào q trình bóc tách keo.
Sau một tuần dùng máy thổi đá khô, Sandy và nhóm của ơng mới bóc được lớp
polyurethane ra và lần đầu tiên nhìn thấy sự sắp xếp của các tế bào pin.
Phần trên cùng của bộ pin là một tấm che bằng một lớp vật liệu nylon dẻo có cấu
trúc dạng tổ ong, và các dây điện và cảm biến nhiệt độ được tích hợp ngay trên
đó.
Lớp dưới là một dải dẫn điện kết nối các tế bào pin theo hình thức nối tiếp và
song song. Trong khi bộ pin 2170 sử dụng công nghệ hàn liên kết dây nhơm,

thì bộ pin 4680 sử dụng phương pháp hàn laser, điều này giúp loại bỏ vấn đề dải
dẫn điện có thể bị hỏng do va đập hoặc bị hàn sót.

Các lớp keo kết nội toàn bộ tế bào pin thành một khối.


Công nghệ mới của Tesla cũng thay đổi cách kết nối các tế bào pin với nhau.
9 tế bào pin được nối song song thành một nhóm, các cực dương của mỗi nhóm
đều được nối với nhau, rồi tổng hợp lại thành cực âm của nhóm tế bào pin tiếp
theo. Bằng cách loại bỏ các liên kết dây nhỏ được sử dụng trong các gói pin 2170,
điện trở bên trong của pin 4680 được cải thiện, cho phép dòng điện cao hơn chảy
theo cả hai hướng mà khơng gây tích tụ nhiệt.
Hãy chú ý đến các miếng đồng nhỏ trên các khớp hàn này, theo báo cáo, đây là
khớp hàn VSH (dây cảm biến điện áp), kết nối các tế bào với bảng mạch quản lý
pin, đồng thời có thể theo dõi điện áp và nhiệt độ của từng tế bào pin.


Toàn bộ bộ pin 4680 bao gồm tổng cộng 828 ô, được chia thành bốn khu vực
bằng ba dải phân cách, được làm bằng nhựa phenolic hoặc polyethylene mật độ
cao. Theo lời giới thiệu trước đây của Tesla, bộ pin 4680 đã hủy bỏ hồn tồn mơđun kết nối truyền thống, nhưng trên thực tế thì Tesla chỉ hủy bỏ phân vùng kết
nối vật lý.
Về khả năng tản nhiệt, bộ pin 4680 sử dụng tấm làm mát serpentine. Tấm làm
mát đi qua khe giữa hai hàng pin và được gắn vào bề mặt hình trụ của các nhóm
pin ở hai bên. Có các ống nhỏ để chất lỏng chảy qua tấm làm mát, tương tự như
sơ đồ mạch làm mát của Model S Plaid và Model Y. Nhưng ở bộ pin 4680, với
kích thước và trọng lượng của các nhóm pin lớn hơn, các đường tản nhiệt cũng
dày hơn. Giữa mỗi dãy đều có dải phân cách bằng chất liệu polystyrene, có vai trị
cách nhiệt rất tốt.

Hệ thống tản nhiệt cho bộ pin cũng được nâng cấp.
Tiếp đó, trước sự ngạc nhiên của các thành viên trong nhóm nghiên cứu, phần đáy
của hệ thống pin khơng được cố định trực tiếp vào khung xe mà được nhúng vào
các đế bằng nhựa ABS màu đen. Tesla cũng đã thêm một lớp mica giữa đáy hệ
thống pin và đế tổ ong để cách nhiệt. Trên thực tế, các thành viên trong nhóm đã
mong đợi trơng thấy nhiều kết nối cấu trúc hơn ở phần dưới cùng của bộ pin, bao
gồm cả tấm làm mát bằng nước, nhưng trên thực tế chỉ có một đường thốt khí.
“Nếu có vấn đề quá tải, mọi thứ sẽ sụp đổ từ bên dưới”, Cory Steuben, thành viên
trong nhóm chia sẻ.

Mạch của hệ thống quản lý pin BMS của Tesla.
Còn ở một mặt của bộ pin, nhóm nghiên cứu thấy bốn bảng mạch của hệ thống
quản lý pin BMS, được niêm phong và bảo vệ bằng các miếng nhựa


polypropylene. Trên các dòng Tesla Model Y và Model S trước đây, BMS nằm ở
dưới cùng của bộ pin.
Một điều thú vị khác là nhóm nghiên cứu chỉ tìm thấy 16 ốc vít có ren nhỏ trong
tồn bộ gói pin, điều này rất bất thường. Theo Sandy, việc sử dụng nhiều ốc vít dễ
tạo ra các lỗi trong q trình lắp ráp, vì vậy việc Tesla cố gắng loại bỏ điểm yếu
này là một điều vô cùng tốt. Để giảm thiểu hơn nữa các lỗi lắp đặt, Tesla sử dụng
các bộ phận được mã hóa bằng màu sắc với các dấu hiệu riêng. Các màu sắc được
sử dụng dường như có tính tốn, để có thể dễ dàng phân biệt ngay cả với những
người mù màu.

Cách thiết kế mới khiến cơ hội sửa chữa khi có hỏng hóc gần như bằng 0.
4. Sau khi tháo dỡ toàn bộ bộ pin 4680, ta có thể sửa chữa pin được khơng?
Đáng tiếc rằng theo Corey Steuben, khả năng sửa chữa bộ pin được áp dụng cơng
nghệ tích hợp vào thân xe (Cell to Chassis) của Tesla gần như bằng 0. Bởi vì việc
bảo trì sẽ bao gồm các quy trình phức tạp như bóc dán keo, trám lại và kiểm tra

khả năng chống thấm rồi niêm phong, nên nó gần như khơng hiệu quả về mặt chi
phí.
Cấu trúc của tồn bộ bộ pin cũng đặt ra những yêu cầu nghiêm ngặt về độ ổn định
của quy trình và hiệu quả sản xuất của các nhà sản xuất pin. Điều này có thể giải
thích việc tại sao bộ pin 4680 khơng được sản xuất hàng loạt dù đã công bố từ
tháng 9 năm 2020. Hiện tại chúng vẫn đang được sản xuất theo lô nhỏ bởi nhà
máy của Tesla ở California và Austin, bang Texas. Trong khi đó, LG và Panasonic
cho biết sẽ phải đến năm sau họ mới có thể sản xuất chúng hàng loạt.
5. Pin 4680 có thể được tái chế khơng?
Theo Sandy, mặc dù Tesla dường như khơng có khả năng sửa chữa bộ pin 4680,
nhưng điều này không ảnh hưởng đến việc tái chế nó. Bản thân Elon Musk sau đó
cũng đã xác nhận vấn đề này.
Ý tưởng của Sandy là ném toàn bộ hệ thống pin trực tiếp vào nitơ lỏng ở độ
không tuyệt đối. Các tế bào pin sẽ đóng băng và sau đó đưa chúng vào máy xay


để nghiền nát thành những mảnh rất mịn. Lúc này, các chất có mật độ khác nhau
sẽ tách riêng thành từng phần ở trong hỗn hợp chất lỏng. Từ đó, việc tái chế tất cả
vật liệu trong bộ pin sẽ trở nên dễ dàng hơn rất nhiều.