Tesla’s Battery Day oder Batterien für Anfänger wie mich!

Tesla's Battery Day oder Batterien für Anfänger wie mich!

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Was zum Teufel ist eine Batterie ohne Kontakt-Tab und warum ist das wichtig? Dies ist der erste Artikel einer Serie, in der die komplexe technische neue Batterietechnologie von Tesla, die auf dem Battery Day vorgestellt wurde, in einfachen Worten erklärt wird. So einfach, dass sie ein 10-Jähriger verstehen kann.

Die bessere Beschreibung von Batterien ohne Tabs sind Batterien mit vielen Tabs, weil die neue Tesla-Batterietechnologie auch viele Tabs hat und keineswegs keine. Auf den ersten Blick sieht es vielleicht so aus, als hätte sie oben keinen Kontakt, aber die nach innen gefalteten flachen Laschen, die Sie sehen, sind jeweils ein flacher Kontakt. Ich zähle viele Dutzend die flach nebeneinanderliegen. Jede Lasche hat die gleiche Funktion, und diese Funktion lässt sich am besten anhand von folgendem Bild erklären.

Tesla / Alex Voigt

Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einem Stadion oder einer Arena und sehen Ihrem Lieblingsverein oder Ihre Lieblingsband bei einem Auftritt zu. Alle Zuschauer sind gut gelaunt und voller Energie. Das Stadion ist bis auf den letzten Platz voll besetzt. Nachdem die Veranstaltung vorbei ist, gehen alle zur gleichen Zeit von ihrem Platz in Richtung des einen Ausgangs. Die Menschen stauen sich, stehen Schlange und warten darauf in kleinen Schritten dem Ausgang näher zu kommen aber immer mehr Menschen treffen ein.

Alle von der gegenüberliegenden Seite des Stadions die weit entfernt vom Ausgang ihren Platz hatten treffen mit der Zeit ein. Auch sie wollen raus und versuchen irgendwie durch die Massen zu kommen. Jeder will raus, und alle wollen es jetzt, aber der Ausgang ist einfach zu klein für die Massen. Die Atmosphäre wird aggressiv und heizt sich auf. Die Sicherheitskräfte versuchen, Drängeln, Verletzungen und Aufruhr zu vermeiden. In der Hoffnung, die Situation unter Kontrolle zu bringen wird Wasser verteilt damit sich alle etwas beruhigen und abkühlen.

Genau dasselbe wie in unserem Stadium passiert in einer traditionellen Batterie. Der eine Ausgang ist der eine vorhandene Kontakt oder Tab und die Menschen sind die Elektronen die raus wollen. Sie stoßen gegeneinander, blockieren sich gegenseitig und heizen sich auf. Es dauert lange, bis die Elektronen von der gegenüberliegenden Seite der Batterie zu dem Kontakt gelangen, aber es ist der einzige verfügbare Ausgang, also beeilen sie sich, und dadurch erhitzen sie sich aber können trotzdem nicht schneller entweichen. Kühlung ist erforderlich, um sie zu verlangsamen und sie auf geordnete Weise austreten zu lassen.

Hitze führt dazu, dass sich die Struktur ausdehnt, und das kann zu Schäden führen, wenn es zu schnell geht, aber es ist auch eine Verschwendung von wertvoller Energie. Sie haben sicherlich schon einmal eine erhitzte Batterie berührt, und diese Wärme ist verlorene Energie die an ihre Hand abgegeben wurde und diese Energie können Sie nicht mehr für das Gerät verwenden für das Sie die Batterie einsetzen wollen.

Nun stellen Sie sich vor, Sie haben ein Stadion mit einer sehr großen Zahl von gleichmäßig über das Stadion verteilten Ausgängen, und jede Person, die das Spiel gesehen hat, hat nur eine kurze stressfreie Distanz zu einem nahen Ausgang zu bewältigen, weil pro Ausgang und Zeiteinheit weniger Menschen versuchen, das Stadion zu verlassen. In der Summe schaffen es aber deutlich mehr Menschen nach draußen. Alles geht reibungslos ohne Aufwand und wesentlich schneller. Man hat keine riesige Menschenmenge, die sich staut und darauf wartet, durchzukommen und drängelt, sondern jeder fühlt, dass es schnell vorangeht und hat Platz.

Die Menschen sind entspannt und gehen ohne Stress, Ärger oder Erhitzung in geordneter Weise hinaus. Sie brauchen keine zusätzlichen Sicherheitskräfte in die Bereitstellung von Wasser oder andere Maßnahmen zur Kühlung der Menge zu investieren.

„Das neue Stadion, von dem ich hier spreche, ist die neue Batterie von Tesla. Weil mehr Menschen das Stadium schneller und einfacher verlassen und betreten können lässt sich das Stadium um das 5-fache vergrößern und fasst nun 6-fach mehr Menschen. Unser Stadium ist 5 bis 6-fach effektiver geworden.“

Elektronen oder Menschen können leichter rein und raus, was übersetzt bedeutet, dass die Batterie ohne Hitze, Stress oder Wartezeit problemlos mehr Energie laden und entladen kann. Mit anderen Worten, die Batterie lädt sich schneller und mit weniger Aufwand auf, da Sie sie nicht mehr kühlen müssen denn sie haben weniger Wärmeerzeugung. Noch besser ist, dass Sie die Batterie auch schneller entladen können, was übersetzt bedeutet, dass Ihnen mehr Energie in kürzerer Zeit zur Verfügung steht.

Tesla / Alex Voigt

Für ein batterieelektrisches Fahrzeug bedeutet dies wesentlich schnellere Ladezeiten und eine bessere Leistung, da die Energie schneller zum Entladen zur Verfügung steht als zuvor. Da die Batterie weniger belastet wird und sich weniger ausdehnt, haben Sie eine längere Lebensdauer mit mehr möglichen Lade- und Entladezyklen. Sie ist effizienter, da Sie nicht mehr viel Energie durch Wärme verlieren und diese Energie nun für das Fahren und die Reichweite zur Verfügung steht. Sie sparen auch die Energie, die Sie für die Kühlung verwenden, und diese Energie steht zusätzlich auch für das Fahren und mehr Reichweite zur Verfügung.

Niemand hat bisher zylindrische Batterien mit mehreren Kontakten produziert und diese Technologie ist eine einmalige als auch genial einfache Erfindung von Tesla. Weil Sie so gut funktioniert und vorherige Probleme zum Beispiel die Erhitzung reduziert hat Tesla die Batterie also unser Stadium, gleichzeitig deutlich vergrößert was mehr Menschen bzw. mehr Elektronen und mehr Energie bedeutet. Dadurch sind weniger Batteriezellen pro Fahrzeug notwendig mit weniger Kontakten und weniger Fehlerquellen als auch geringerem Montageaufwand. Die neue Tesla Batterie hat dadurch geringere Kosten pro Energieeinheit.

„Vermutlich hat Tesla am Battery Day die lang ersehnte 1-Millionen-Meilen-Batterie bei der Veranstaltung vorgestellt, ohne das wir es bemerkt haben.“

Was Tesla am Battery Day präsentiert hat, ist das Beste aller Welten und eine Blaupause wie wir Menschen uns bereits heute organisieren. Diese Technologie verfügbar zu haben macht die Batterietechnologie jedes anderen Herstellers veraltet und überholt. Tabless Batterien sind eine wirklich große Sache und ein Quantensprung in der Entwicklung denn sie ermöglichen durch Kostensenkung und Leistungssteigerung günstigere Elektroautos mit guter Reichweite und Effizienz anzubieten.

Die verbleibende Herausforderung besteht darin, sie in kurzer Zeit in Massen zu produzieren. Dies ist eine Aufgabe an die Massenproduktion und Herstellung.

Telsa produziert diese neuen Batterien heute bereist und setzt sie seit Mai 2020 in einer Flotte von Fahrzeugen zum Test ein. Die Aufgabe die sich für Tesla nun stellt ist schneller und besser in der Massenproduktion zu werden um 3.000 GWh Volumen pro Jahr herstellen zu können.

Elon Musk / Tesla

Am Batterie Day in Kalifornien an dem ich als vermutlich einziger Deutscher und Europäer teilnehmen durfte stand ich vor dem Eingang der neuen Batteriezellenfertigung von Tesla. Sie ist real und wird in den nächsten 12 Monaten ein Produktionsvolumen von 10Gwh erreichen was sie zur 13. größten Produktionsstätte von Batterien weltweit macht. Es ist also keineswegs eine Pilotanlage sondern wir sprechen von großen Mengen.

„Diese Technologie ist keine Vision aus der fernen Zukunft, sondern existiert in der Gegenwart und ist in Fahrzeugen von Tesla während Sie diese Zeilen lesen im Einsatz.“

Alle Investitionen, welche die etablierten Unternehmen in Batterietechnologie tätigen, die keine vergleichbaren Verbesserungen zu der Leistung der bisherigen Tesla Batterien haben, sind eine verlorene und überflüssige Investition.

Jeder, der nach dem Tesla Battery Day am 22. September, Batterien noch als austauschbare Ware bezeichnet und fälschlicherweise glaubt Tesla benutzt dieselben Batterien wie alle anderen Anbieter und hat keinen Technologievorsprung verdient es, mit allem Respekt wegen Inkompetenz sofort gefeuert zu werden.

Über den Autor

Alex Voigt unterstützt die Bewegung der Transformation in eine nachhaltige CO2 freie Welt seit 40 Jahren. Als Diplom Ingenieur ist er fasziniert von der Fähigkeit der Menschheit durch Technology eine bessere Zukunft zu erschaffen. Mit 30 Jahren Erfahrung an den Aktienmärkten ist er ein langfristig orientierter Investor in Tesla (TSLA) als auch anderer Technologieaktien.

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By the way: Ein „Prof. Dr. Clemens Barkfeld“ ist im Internet nicht zu finden … 🙂
Schreibfehler?

Worum geht es? Tesla denkt Ganzzeitlich. Einer der wenigen Großkonzerne dem ich abnehme, dass er wirklich umweltgerecht denkt. Es kommen halt andere Lösungen heraus, wenn man als Ziel hat nicht nur einen SUV mit Batterietechnik als neues Produkt anbieten möchte, sondern als Ziel hat möglichst allen Menschen ein Pkw anzubieten der keine schädlichen Emissionen produziert um unser Klima mit zu retten. Das führt dazu, das Tesla eine ganz andere Entwicklungsstrategie hat. Nämlich, wie schaffen wir es so gute Produkte zu bauen, dass möglichst schnell alle Verbrenner durch E-Mobile ersetzt werden können. Hier steht also Tesla´s langfristige Strategie einer Marktdurchdringung mit BEV´s um das Klima zu retten gegen eine Strategie einzelne Modelle zu elektrifizieren um mitzuhalten. Fas kann man nicht miteinander Vergleichen! Das führt dazu, dass Tesla immer möglichst schnell alle Verbesserungen in Serie bringen will um das Ziel zu erreichen. Etablierte Hersteller reicht der Marketing Effekt ein tolles neues Modell herausgebracht zu haben.
Ob die neue Zelle wirklich keine Kühlung mehr benötigt kann man nun wirklich nicht sagen – sorry Herr Voigt! Evtl. frisst der größere Durchmesser die bessere Effektivität wärmetechnisch wieder auf. Näheres wird man erst wissen wenn das neue Batteriegehäuse vorgestellt wird, oder das deutsche Model Y mit den 4680 Zellen vorgestellt wird. Beeindruckend ist aber der Mut, oder die Dummheit, solche großen Entwicklungsschritte so schnell in die Serie zu überführen. Neue Batterietechnologie plus die großen Gussbauteile sind schon extreme Entwicklungsschritte! Ich dachte der neue Zelltyp kommt zuerst im neuen Modell S und X. Sowie extrem wichtig für Tesla, im Semi mit möglichst hoher Reichweite und langer Laufleistung. Jetzt schon in einem Großserienmodell wie das Model Y zu sehen zeigt genau was Tesla von allen anderen Hersteller unterscheidet – langfristig was zum Positiven verändern wollen.

Der Artikel beschreibt bildlich die Eigenschaften einer neuen Batterie, mit mehreren Kontakten zum Be- und Endladen. Ob und wie sich diese Batterie in der Praxis bewährt hängt nicht davon ab, wie eine Formulierung gelungen ist. Prinzipell ist es legitim dass ein Hersteller seine Innovationen positiv darstellt. Dass BEV mit anderen Batterien dadurch zu Schrott werden kann ich nicht nachvollziehen. Grundsätzlich ist Tesla ein Treiber der Elektromobilität. Sicher ruft dieses auch Kritiker auf Plan, die mit Häme versuchen diese Marke oder die Elektromobilität zu diskreditieren. Wo liegt das Problem? Wir haben einen freien Markt, jeder Autofahrer und jede Autofahrerin entscheidet selbst welches Auto er oder sie kauft. VW hat meines Erachtens die Herausforderung am besten erkannt. Wer sehen jetzt einen spannenden Wettbewerb zukünftiger Technologien. Die Entwicklung ist erst am Anfang. Kritiker werden noch viel Gelegenheit haben unsachlich die Elektromobilität zu diffamieren. Ob Texte die nicht gefallen oder Berechnungen die nicht aufgehen. Sie werden noch viele Haare in der Suppe finden.

@CPT_AlCarbon
Aus dem chart „Structural Batteries Improve Mass And Range“ ist ersichtlich, dass die Zellen noch durch eine Erweiterungsstruktur (rot) gehalten wird.
Die Wärme in den Zellen entsteht grösstenteils an den Enden und nicht entlang des Zylinders.
Im zukünftigen Design werden die neuen 46mm x 80mm Zellen diese Erweiterungsstrukturen nicht mehr haben und die Kühlung wird vermutlich dort stattfinden (an den Enden) wo sie am meisten entsteht.

Wer diesen Artikel schwach findet – grammatikalisch und inhaltlich – ist kein Gegner von E-Mobilität, im Gegenteil. Ich beispielsweise finde diesen Artikel wirklich schwach, bin aber ein grosser Fan von E-Mobilität. Sie ist einer der Pfeiler für die Dekarbonisierung unserer Wirtschaft (allerdings unter mehreren Bereichen, weil z.B. beim Wohnen und in der Industrie aktuell noch mehr CO2 produziert wird).
Ich melde mich auf dieser Plattform immer wieder kritisch, weil sie einfach sowohl von den Autoren wie auch von den Lesern her stark von ‚Glauben statt Denken‘ durchdränkt ist. Solches Denken fördert den Fortschritt nicht, sondern mittelfristig behindert es ihn. Ein Teil der Beiträge gehörte eher in ein Forum für pubertäre Fanboys, denn in eine Themen-Publikation. Wenn man Fan einer Entwicklung oder einer Person ist, von denen alles für richtig hält und glaubt, dass nach und neben denen nichts Gescheites mehr kommt, dann ist das einfach kindisch.
Nur schnell mal ein paar Klischees, die hier immer wieder durchdrücken:
1. Nein, Tesla hat weder den Elektromotor, noch die Elektromobilität erfunden.
2. Nein, Tesla hat nicht das erste BEV in Grossserie hergestellt und verkauft, da gab es andere (könnt selber suchen, dann bleibt es besser).
3. Nein, E.M. hat Tesla nicht gegründet (er ist nur mit viel Geld eingestiegen).
4. Nein, Tesla stellt (bisher) keine Batteriezellen her, sondern bezieht sie von den grossen Herstellern.
5. Nein, weder Batterien noch Elektromotoren sind bei Tesla wesentlich besser als bei anderen Herstellern der gleichen Preisklasse.
6. Nein, Tesla dominiert den BEV-Markt in Europa keineswegs (da sind mindestens 3 stärker, auch ohne PHEVs).
7. Nein, Batterien sind weder finanziell noch ökologisch eine sehr gute Art, Strom zu speichern (sie sind einfach eine brauchbare unter zahlreichen noch schlechteren Lösungen)

Mark Müller
Was wollen Sie uns mit Ihrem Geschwurbel eigentlich sagen, suchen Sie doch ein anderes Forum um Ihre negativen Kritiken kundzutun.

@Markus Doessegger.

Ihre Ausführung ist richtig. Laut Tesla sollen die neuen Zellen jedoch als Kern direkt zwischen zwei Decklagen aus Blech zu einer Sandwichplatte
verklebt werden. Im Model 3 sind die Batterien ja auch schon alle miteinander verklebt. Die Verklebung behindert die Wärmeabfuhr jedoch extrem.
Da nicht über die Decklagen direkt kontaktiert werden kann, kann auch nicht über die Stirnseiten ausreichend Wärme abgeführt werden. Mir fehlt an den Stirnseiten ein Luftspalt bzw. ein Kühlelement. Somit kann Tesla die neuen Zellen eigentlich nur wieder über ihre Kühlrörchen entlang der Zylinderfläche kühlen. Mir ist bisher noch nicht ersichtlich, wie Tesla bei dieser Bauweise eine vernünftige Kühlung integrieren will. Wenn die neuen Zellen sich jedoch gar nicht erhitzen, dann natürlich auch keine Probleme wenn alles miteinander verklebt wird.

Ich war jahrelang als Dozent an der Hochschule tätig. Ich erinnere mich an die Korrektur bzw. Bewertung einer Diplomarbeit aus 200x, wo ich auf Seite 1 und 2 jeweils 10 orthographische Fehler feststellte. Die Arbeit umfasste 100 Seiten.. Ich verwendete im Gutachten also den Satz „die vorliegende Arbeit enthält geschätzt 1000 orthografische Fehler“.
Interessanterweise zeigen die Studenten unterm Strich meist Verständnis für solche und ähnliche Einschätzungen. Wie mir ein Student mal sagte: „Toll, danke und Hut ab, dass Sie meinen abgegebenen Müll überhaupt bereit waren zu lesen!“. Er machte sich mit voller Überzeugung und Engagement an einen zweiten, dann erfolgreichen(!) Anlauf zu seiner Diplomarbeit.

@CPT_AlCarbon
Sie haben natürlich recht.

Die Oberseite würde für die Kollektoren offen bleiben müssen während die Unterseite mit der Kühlplatte in Kontakt stehen würde. Die Zellen sind mit Epoxid zusammengeklebt und im strukturellen Batteriegehäuse / Mittelrahmen eingeschlossen.

Ich denke, dass die Wärmeentwicklung dieser Zelle kleiner sein wird und eben über die Bodenplatte weitestgehend recht gut entweichen kann. Ob das schon reichen wird?

Der Artikel macht die Idee der neuen Batterie Technik sicherlich ersichtlich. Bin kein Batterie Experte, aber so ein wenig technisches Verständnis würde ich mir dann auch zuschreiben. Ob diese Batterie der große Wurf wird, bleibt abzuwarten. Ja die Zelle hat mehr Kapazität, ist ja auch größer (oh Wunder) . Die neue Kontaktierung muss dann wohl sein, da man sonst die Wärme aus der größeren Zelle nicht weg bekommt. Ich vermute letztlich will Tesla dadurch Geld einsparen, dass sie einfach weniger Zellen für ein Auto bauen müssen. Dafür ist die neue Zelle aber komplexer. Eine vielfache Kontaktierung wird per se schon aufwendiger sein ein eine einfache an den Enden. Also wird es erstmal davon abhängen, dass Tesla die Komplexität in der Massenproduktion hinbekommt. Und das ganze mit wenig Ausschuss, wenig Streuung und hoher Qualität. Nur weil da ein Fabrik in 13 Monaten steht, heißt das ja noch nicht, dass das auch gleich ausreichend gut läuft. Dass Tesla und Massenproduktion mit hoher Qualität so ne Sache ist, hat einem ja die Vergangenheit gezeigt. Bei den Modellen gibt es ja bis heute eine weite Spreizung bei der ausgelieferten Qualität. Mal top mal flop. Also abwarten. Ich hoffe Tesla kommt da gut voran, aber Elon Musl ist jetzt auch nicht unbedingt für die Einhaltung von Terminen bekannt. Wir werden sehen.

Was ich mich Frage: Es gibt etliche etablierte Batterie Hersteller (also ich rede nicht von VW & Co) wie CATL, Panasonic (Joint Venture mit Tesla), Samsung, LGChem, BYD, Northvolt und was weiß ich noch wen. Das sind Experten mit ewig langer Erfahrung in dem Bereich. Wer sagt mir dass die das nicht auch einfach können? Und man sollte auch bedenken, dass diese Hersteller noch andere Pfeile im Köcher haben und wirklich in den nächsten Jahren (vor 2025 kann man sicherlich nichts erwarten) mit dem großen Sprung raus kommen könnten? Tesla vorsucht denke die aktuelle Li-Ionen Technik weiter auszureizen und sie primär billiger zu machen. Tesla hat zahlreiche Laboreegebnisse aufgegriffen. Diese in die Massenproduktion umzusetzen ist die Herausforderung. Der Preis ist letztlich das Thema um das es wirklich geht. Für den wirklichen Quantensprung wird es eine neue Technik brauchen. Festkörper oder Graphen Akkus vielleicht.

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