วันที่ 11 ตุลาคม 2566 ที่ผ่านมานั้น Tesla ได้ออกมาประกาศว่าสามารถผลิต cell แบต 4680 ได้มากกว่า 20 ล้านเซลเป็นที่เรียบร้อยแล้วนะครับ
ความสำเร็จนี้จะเป็นการเปิดประตูสู่การผลิตรถยนต์ไฟฟ้ามหาศาลของ Tesla ในอนาคตอันใกล้นี้เลยนะครับ
อย่างที่หลายคนทราบกันดีว่า Tesla นั้นเริ่มผลิต Tesla Battery 4680 ในปี 2020 และเพิ่งผลิตครบ 10 ล้านเซลเมื่อ 4 เดือนที่แล้ว(มิถุนายน 2023) หรือเรียกได้ว่าใช้เวลา 2 ปีกว่าๆในการผลิต 10 ล้านเซลแรก, แต่ 10 ล้านเซลที่สองนั้นใช้เวลาเพียง 16 สัปดาห์เท่านั้นหรือเรียกได้ว่ากำลังผลิตนั้นเพิ่มขึ้นอย่างต่ำ 600 % ภายใน 16 สัปดาห์ที่ผ่านมาครับ
แบต 4680 หนึ่งเซลนั้นจะสามารถกักเก็บไฟได้ 26 Ah [3.7 Volt] หรือเทียบเท่า 100 Wh ดังนั้นคิดเล่นๆ ว่าผลิตได้ 20 ล้านเซลก็ประมาณ 200,000,000 Wh หรือ 200,000 kWh หรือเทียบเท่าแบตเตอรี่ Tesla Model Y Long Range ประมาณ 2,600 คันนะครับ ดูจากจำนวนตรงนี้ถือว่าน้อยมากๆ เพราะแค่ลำพังยอดขาย Tesla Model Y ในไทยประเทศเดียวในหนึ่งปีที่ผ่านมาก็เกิน 6,000 คันไปแล้ว
ส่วนนำมาใช้เป็นแบต Tesla Cybertruck นั้นก็ประมาณ 1,500 คันนะครับ(แบต 130 kWh) ดังนั้น เฟสนี้คงยังเป็น trail phrase ที่ยังไม่สามารถนำมาใช้ production ภายในปีนี้ได้นะครับ แต่ดูจากกำลังผลิตที่เติบโตแบบนี้ คาดว่าปลายปีนี้น่าจะทะลุ 40 ล้านเซลไม่ยากครับ
อ้างอิงข้อมูลจาก Battery Day ในปี 2020 (2563) นั้น, Tesla ได้บอกเองว่า การผลิตแบต 4680 ได้นั้นจะทำให้ต้นทุนการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าลดลงไปอย่างต่ำที่ 50 %
ยังไงผมขอ recap ข้อมูลแบต 4680 ให้อีกรอบตรงด้านล่างนี้นะครับ
แบต 4680 คืออะไร?
สำหรับคนที่อยู่ในวงการรถยนต์ไฟฟ้ามาซักพักแล้วคงรู้คำตอบนี้ดีแหละครับ แต่ยังไงผมขออธิบายอีกรอบเพื่อให้ทุกคนเข้าใจที่มาขอคำว่า 4680 นะครับ
แบต 4680 นั้นใช้รูปแบบการสร้างทรงกระบอก ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ 46 มิลลิเมตร และมีขนาดความสูง 80 มิลลิเมตรครับ ส่วนแบตที่ใช้งานกันรถยนต์ไฟฟ้า Tesla Model 3 และ Model Y ในปัจจุบันคือ 2170 ถ้าให้ท่านผู้อ่านเดาตอนนี้คงเดาไม่ยากใช่ไหมครับว่า 2170 มาจากอะไร อิๆ
2170 ก็เหมือน 4680 แหละครับ คือมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ 21 มิลลิเมตร และมีขนาดความสูง 70 มิลลิเมตรครับ
ส่วน Tesla Model S และ Model X นั้นใช้แบต 18650 จริงๆ ผมก็งงใจกับ Tesla ที่เติมศูนย์เข้ามาอีกตัวให้มึนหัวเล่นนะครับ เพราะจริงๆ แล้วแบต 18650 มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ 18 มิลลิเมตร และมีขนาดความสูง 65 มิลลิเมตรครับ
ความแรงในการชาร์จ
ทาง insideevs ได้นำแบต 4680 ที่จะใช้ในรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ของ Tesla หลังปีนี้ไปมาเปรียบเทียบกับแบตรุ่นล่าสุดซึ่งก็คือรหัส 2170 ที่ใช้งานใน Tesla Model 3 และ Model Y มาเปรียบเทียบในตารางด้านล่างนะครับ
หมายเหตุ : แบตทั้งสองก้อนนั้นได้ทดสอบชาร์จ ณ ขนาดที่แบตมีอุณหภูมิ 85 F หรือ 29 C ครับ
เราจะเห็นได้ว่า แบต 2170 รับไฟได้สูงสุดเพียง 250 kW เท่านั้นเองแถมรับอัตราไฟนั้นได้เพียง 3 นาทีเท่านั้นก่อนแบตจะเริ่มลดกำลังการรับประจุไฟลง(charging) และลดลงแบบฮวบฮาบไปถึง 150 kW ภายในระยะเวลาเพียง 4 นาทีเท่านั้น ถ้าดูอีกมุมคือกว่าแบต 2170 จะชาร์จเต็ม 80% SoC นั้นจะใช้ระยะเวลา 26 นาทีครับ (อันนี้คือต้องใช้สถานีชาร์จ Tesla Supercharger V3 ที่สามารถปล่อยไฟได้สูงสุดถึง 250 kW นะครับ ส่วน Supercharger ธรรมดานั้นจะปล่อยไฟได้สูงสุดเพียง 150 kW เท่านั้น)
มาดูอีกฝั่งคือ แบต 4680 นั้นจะสามารถรับกำลังไฟสูงุสดที่ 275 kW เป็นระยะเวลา 6 นาทีหรือมากกว่าแบต 2170 อยู่ 1 เท่าครับ และจากนั้นตัวแบตจะตัดการรับประจุไฟลงเหลือ 250 kW หรือถ้าจะเทียบกันจริงๆคือ แบต 4680 สามารถรับประจุไฟที่สูงกว่า 250 kW ได้นานถึง 8 นาทีหรือมากกว่า 2170 อยู่ 2.5 เท่าเลยครับ
อีกมุมนึงที่อยากให้ดูก็คือ แบต 4680 นั้นจะชาร์จเต็ม 80 % ภายในระยะเวลา 16 นาทีหรือเร็วกว่าแบต 2170 ประมาณ 10 นาทีครับ อันนี้ก็เรียกได้ว่า แบต 4680 นั้นทำลายกำแพงเวลาการชาร์จของรถยนต์ไฟฟ้าให้ต่ำถึง 16 นาทีได้แล้วนะครับ
ระยะเวลาในการชาร์จ
ถ้าจับรถยนต์ไฟฟ้า Tesla ที่ใส่แบต 4680 มาชาร์จแข่งกับแบต 2170 ด้วย SoC (State of Charge ระดับแบตคงเหลือ) ที่ 10 % ให้เต็ม 80 % นั้น แบต 2170 จะสามารถรับไฟ 250 kW ได้จาก 10 – 25 % เท่านั้นจากนั้นกำลังไฟจะลดฮวบลงมาแถวๆ 125 kW ตอน SoC ที่ 40 % และลดลงไปเรื่อยๆ จนถึง 100 kW ที่ SoC 62 %
ในทางกลับกันแบต 4680 นั้นสามารถรับไฟที่ 275 kW ตั้งแต่ 10 % ถึง 45 % เลยทีเดียวครับ (รับยาวๆ ได้มากถึง 35 % รวดเดียวเลย) จากนั้นแบต 4680 จะลดกำลังไฟไปที่ 250 kW ณ SoC 49 % และค่อยๆ ลดลงถึง 175 kW ตอน SoC 62 % และลดลงมาที่ 150 kW ตอน SoC 72 % จนชาร์จไฟเต็ม 80 %
แค่ดูกราฟนี้ก็เห็นได้แล้วว่า Tesla ได้แก้ไขปัญหาคอขวดได้จริงๆครับ เค้าทำการแก้ไขเรื่อง Tab ได้จริงๆ ทำให้กำลังไฟนั้นสามารถเข้าแบตได้มากกว่ารุ่นก่อนหน้า(แบต 2170)
ระบายความร้อนได้ดีขึ้น
แบต 18650 (ใน Tesla Model S และ Tesla Model X) และแบต 2170 (ใน Tesla Model 3 และ Tesla Model Y) นั้นใช้หลักการในการระบายความร้อนออกข้างนะครับ แต่อย่าลืมว่า 18650 กับ 2170 นั้นมี tab ครับ ดังนั้นความร้อนของแบตรุ่นเก่าเหล่านั้นจะไปสะสมที่ Tab ครับ
ถ้าให้เปรียบเทียบแบบเข้าใจง่ายๆ ก็คงเปรียบแบตเตอรี่ให้เป็นเหมือนแทงค์น้ำ ส่วน Tab ก็คือก๊อกน้ำครับ คราวนี้ถ้าต้องการใช้น้ำเยอะๆ ก็ต้องเปิดก๊อกให้สุด ข้อแตกต่างระหว่างแบตกับแท๊งค์น้ำคือการเปิดก๊อกน้ำเพื่อระบายน้ำไม่ได้เกิดความร้อนแต่อย่างใดครับ แต่การคายประจุเร็วๆ หรืออัดประจุเร็วๆ จะทำให้เกิดความร้อนสะสมครับ
ยกตัวอย่างง่ายๆ เวลาคุณชาร์จมือถือด้วยแท่นชาร์จเร็ว ความร้อนสะสมก็จะเริ่มเกิดใช่ไหมครับ? ยิ่งแบตมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าใดความร้อนจะไปสะสมที่ Tab (แปลว่า ขั้วหรือสะพานไฟ)มากขึ้นเท่านั้นครับ
ส่วนภาพด้านล่างนี้คือการออกแบบแบตในปัจจุบัน(แบบเก่า)ซึ่งเค้าเรียกมันว่า Jelly-Roll Design หรือการสร้างแบตแบบวุ้นม้วนครับ ซึ่งเป็นการสร้างแบบเหมือนพวกแบต AA บ้านเรานี่แหละครับคือเอาวัสดุมาห่อรังแบตทีล่ะชั้นจากนั้นจะมี Cathode tab หรือขั้วแบตเอาไว้สำหรับเป็นทางเข้า-ออกของกระแสไฟครับ ซึ่งวิธีการนี้มันทำให้เกิดความร้อนสะสมที่ตัวแบตครับ
Tab เอาไว้ทำอะไร?
พูดเกี่ยวกับ Tab เรื่อยๆ ทุกคนก็จะเห็นภาพเพียงแค่ว่ามันคือสะพานไฟน่ะครับแต่ยังไม่เข้าใจอยู่ดีว่าแบตเตอรี่นั้นใช้ tab ทำอะไรบ้างดังนั้นผมขออธิบายสั้นๆ ง่ายๆ แบบนี้ครับ
ทุกครั้งที่เราอัดประจุ(charge)ไฟเข้าแบตนั้นตัวอิเล็กตรอนมันจะวิ่งจาก cathode ไปยัง anode (จากลบไปบวก)
เวลาเราดึงไฟ(discharge)แบตเตอรี่มาใช้อิเล็กตรอนจากฝั่ง anode ก็จะกลับเข้าไปยัง cathode ยังไงล่ะครับ (เดินทางจากบวกไปลบ)
หมายเหตุ : อิเล็กตรอน (Electron) เป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบวิ่งอยู่รอบๆ นิวเคลียสตามระดับพลังงานของอะตอมนั้นๆ โดยส่วนมากของอะตอม จำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจะมีเท่ากับจำนวนโปรตอน เช่น ไฮโดรเจนมีโปรตอน 1 ตัว และอิเล็กตรอน 1 ตัว ฮีเลียมมีโปรตอน 2 ตัว และอิเล็กตรอน 2 ตัว – ที่มา : อิเล็กทรอน
ดังนั้นที่ผ่านมานั้น ค่ายรถยนต์ไฟฟ้าต่างๆ พยายามเลี่ยงที่จะสร้าง cell battery ที่มีขนาดใหญ่มาโดยตลอดครับเพราะเค้ารู้ว่าตัว tab จะทำงานหนักจนร้อนและทำให้ความร้อนสะสมนี้ลดทอนประสิทธิภาพของแบตครับ จนมาถึงวันนี้ Tesla ได้ค้นพบวิธีการกำจัดความร้อนสะสมที่ตัวแบตเตอรี่ได้แล้วครับ
แต่ 4680 นั้นออกแบบแตกต่างกันออกไปคือ
ออกแบบ 4680 เป็นแบบ Tabless
แทนที่จะแยกออกเป็นชั้นๆ แบบนั้น พี่อีลอนแกบอกว่า ก็จับรวมกันให้หมดเลยล่ะกัน เห้ยเอา separator (กำแพงแยก anode กับ cathode) ออกจากกันแบบนี้
- 114 คือ insulative (ฉนวน)
- 118 คือ conductive (ตัวนำไฟฟ้า)
- 102 คือ first substrate (ผิวชั้นแรก)
- 110 คือ first coating (สารเคลือบชั้นแรก)
- 302 คือ roller (ตัวม้วน)
ผู้อ่านทุกท่านกำลังงงใช่ไหมครับว่าการออกแบบจากการซ้อนกันเป็นแผ่นๆ ให้กลายเป็นการจัดเรียงแถวหน้ากระดานแบบนี้จะดีกว่ายังไง ลองคิดตามผมนะครับ ถ้าจะเดินเข้าออกคอนโดนึงที่มีความสูงเท่ากับตึก 10 ชั้น แล้วปรากฏว่าคอนโดนี้มีประตูเข้า-ออกเพียงประตูเดียวคือชั้นหนึ่ง เท่ากับว่าคนที่จะเดินเข้า-ออกหอพักนั้นจะต้องเดินลงมาชั้น 1 เพื่อเข้าออกหอพักใช่ไหมครับ
- คน ก็เปรียบเหมือนประจุไฟ
- ประตูทางเข้า-ออกหอพักก็เหมือน Tab ครับ
คราวนี้การออกแบบแบต 4680 ของ Tesla นั้นคือการสร้างทางเข้าออกหอพักทุกชั้นไปเลยครับ แบบว่า Tesla สร้างสะพานและทางเชื่อมต่อกับอาคารนั้นแบบรูปด้านล่างนี้ครับ
มันก็เหมือนเราสร้างสะพานนับร้อยอันเชื่อมต่อกับตึกคอนโดเพียงตึกเดียวครับและการที่คน(ประจุไฟ)สามารถเดินทางเข้าไปยังคอนโด(Anode, cathode) ได้อย่างอิสระ(Tabless) แบบนี้ก็เท่ากับว่าความร้อนก็กระจายไปทั่วแบต 4680 ก้อนนั้นทำให้เค้าสามารถลดความร้อนได้เร็ว ผลที่ได้ตามมาคือสามารถชาร์จไฟได้เร็วขึ้นและอายุการใช้งานก็ยาวขึ้นตามไปด้วยครับ
ผมแนบภาพด้านล่างจะเห็นได้ว่า แกนกลางคือแผ่นที่มี Cathode, Anode, และ separator อยู่นะครับ ส่วนที่เหลือคือทองแดงที่ทำหน้าที่เป็น tab เป็นพันๆ ชิ้นนี่แหละครับ การจ่ายไฟหรือเก็บไฟนั้นจะได้รวดเร็วกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าแบตที่มี Tab ครับ
ดังนั้นการผลิตแบต 4680 นั้นจะลดเส้นทาง electrical path จาก 250 mm เหลือเพียง 50 mm เท่านั้น ทำให้แบตมีประสิทธิภาพในการปล่อยประจุมากขึ้นอย่างมหาศาล (อย่าลืมครับว่าการที่ประจุ electron เดินทางไกลขึ้นก็สูญเสียพลังงานมากขึ้น ค่าโอม(ค่าความต้านทาน)ก็สูงขึ้นตามตัวเช่นกัน)
ลดการใช้ไฟฟ้าจากระบบระบายความร้อนมากกว่ารุ่นเก่า
ถ้าดูจากกราฟด้านล่างนั้น แบต 2170 (เส้นสีแดง) จะใช้ไฟฟ้าในการระบายความร้อนมากกว่าแบต 4680(เส้นสีดำ)ในทุกระดับการชาร์จครับ แท่งกราฟข้างคือแนวการกินไฟในแต่ล่ะช่วงอุณหภูมิภายนอกของรถ ส่วนเส้นด้านล่างคืออัตราการอัดประจุไฟเข้าแบต(Pack charging kW) ครับ ซึ่งจะเห็นได้ว่าต่อให้แบตชาร์จด้วยความเร็ว 250 kW ก็ตาม 4680 จะใช้ไฟต่ำกว่าแบต 2170 ถึง 12 kW ในการระบายความร้อนแบตเลยครับ
ซึ่งการออกแบบแบต 4680 แบบ Tabless นั้นสามารถส่งถ่ายความร้อนลงหัวและท้ายของก้อนแบตได้เร็วกว่าแบต 2170 ถึง 70% ครับ(tabless ความร้อนจะกระจายทุกทิศทาง)
ขนาดเล็กลง 30 %
ถ้ามองดูด้วยตาเปลี่ยนจะเห็นว่าเค้าได้เอารังแบต Tesla Model 3 ที่ใช้แบต 2170 มาเปรียบเทียบกับขนาดของรังแบต 4680 ที่ความจุเท่ากันคือ 75 KWh ครับซึ่งจะเห็นได้ว่าพื้นที่หายไปเกือบ 30 % ซึ่งนั่นก็แปลว่าหลังจากที่ Tesla หันไปใช้แบต 4680 แล้วนั้น Tesla Model 3 มีโอกาสได้เพิ่มความจุจาก 75 kWh เป็น 100 kWh แหละครับ
ที่มา : Insideevs
BLINK DRIVE TAKE
แบต 4680 นั้นเป็นก้าวสำคัญของรถยนต์หลายรุ่นของ Tesla นะครับ ไม่ว่าจะเป็น Tesla Cybertruck, Tesla Semi, Tesla Roadster, และ Tesla Model 2 หรือ Tesla รุ่นต่ำล้านที่กำลังจะผลิตที่ Gigafactory Mexico อีกด้วยนะครับ
