Batterie


A Tesla battery pack being assembled.

Steigende Energiedichte bedeutet eine zunehmende Reichweite
Increasing energy density means increasing range.

Das Batteriepaket im Tesla Roadster ist das Ergebnis innovativer Systemtechnik und von 20 Jahren Fortschritt in der Lithium-Ionen-Zellen-Technologie. Die geniale Architektur von Tesla ermöglicht eine Weltklasse-Beschleunigung, Sicherheit, Reichweite und Zuverlässigkeit. Das ungiftige Batteriepaket wird im Headquarter von Tesla in Nordkalifornien gebaut.

Das Batteriepaket wiegt ca. 408 kg (990 Pfund), speichert 56 kWh an elektrischer Energie und liefert bis zu 215 kW an elektrischer Leistung. Akkusätze von Tesla haben die höchste Energiedichte in der Industrie. Um diese Energiedichte zu erzielen, beginnt Tesla mit Tausenden hochklassiger Lithium-Ionen-Zellen, setzt diese zu einem flüssigkeitsgekühlten Paket zusammen und umhüllt diesen mit einem robusten Metallgehäuse. Die Batterie ist auf Leistung, Sicherheit, Langlebigkeit und Kosten optimiert.

DIE SÄTZE MIT DER HÖCHSTEN ENERGIEDICHTE IN DER INDUSTRIE

Die in einem Roadster verwendeten Zellen besitzen eine ideale Chemie für Elektrofahrzeuge.

In Hybridautos werden üblicherweise Nickel-Metallhydrid (NiMH)-Akkus verwendet. Allerdings wiegt ein NiMH-Akkusatz mit 56 kWh mehr als doppelt so viel wie der Akku des Roadsters. Stattdessen verwendet Tesla Lithium-Ionen-Akkuzellen, die das Gewicht des Batteriepaketes im Roadster drastisch verringern und eine Verbesserung der Beschleunigung, des Handlings und der Reichweite ermöglichen.

Bei der Lithium-Ionen-Chemie besteht keine Notwendigkeit, den Akku vor dem Laden zu entladen - es gibt keinen “Memoryeffekt”. Besitzer eines Roadsters können problemlos jede Nacht laden.

DIE GRUNDLAGE BILDEN DIE BESTEN ZELLEN

Die im Akkusatz eines Roadsters verwendeten Zellen besitzen aufgrund ihrer Abmessungen den „Formfaktor 18650“: 18 mm Durchmesser und 65 mm Länge. Dieser Formfaktor ist gängig im Unterhaltungselektroniksektor - mehrere Milliarden Zellen von Typ 18650 werden jährlich produziert. Tesla verwendet für den Einsatz in Elektrofahrzeugen modifizierte Versionen dieses Formfaktors.

Zur Sicherstellung der höchstmöglichen Zuverlässigkeit und Sicherheit im Akkusatz verwendet Tesla nur Zellen weltweiter Spitzenproduzenten. Diese Unternehmen haben nicht nur die größte Erfahrung in der Herstellung von Zellen, sondern sind auch durch eine fachkundige Beratung maßgeblich am Design eines sicheren und zuverlässigen Akkusatzes beteiligt. Obwohl Tesla nicht festhält, welche Zellen in welchen Fahrzeugen verwendet werden (ähnlich Laptop-Unternehmen), wurden einige der Beziehungen von Tesla zu Akku-Lieferanten publiziert.

Die geringe Größe der Zelle ermöglicht eine effiziente Wärmeübertragung, ein präzises Lade-Management, eine erhöhte Zuverlässigkeit und verlängert die Lebensdauer des Akkusatzes. Jede Zelle ist in einem Stahlgehäuse eingeschlossen, das die Wärme einer Zelle effektiv ableitet. Die geringe Größe macht die Zelle im wesentlichen isotherm, und ihre große Oberfläche ermöglicht die Abgabe entstehender Wärme an die Umgebung.

INTELLIGENTE UND SICHERE ARCHITEKTUR

69 Zellen sind parallel zu einem Block verdrahtet. 69 Blöcke sind für Lagen in Reihe geschaltet, und 11 Lagen werden in das Satzgehäuse eingefügt. Insgesamt entsteht so eine Satz aus 6.831 Zellen. Entsprechende Zelltemperaturpegel werden durch ein proprietäres Flüssigkeitskühlsystem gewährleistet, das über von der Firmware des Fahrzeuges überwachte Sensoren innerhalb des Satzes verfügt. Für eine effektive Wärmeübertragung aus jeder Zelle wird Kühlflüssigkeit durch den Satz gepumpt. Das Kühlsystem ist so effektiv, dass die Zellen auf gegenüberliegenden Seiten des Batteriepaketes nur einen Temperaturunterschied von wenigen Grad aufweisen. Dies ist für eine lange Lebensdauer, optimale Leistung und zuverlässige Sicherheit sehr wichtig.

Tesla fokussierte sich stark auf die Sicherheit des Akkusatzes, sowohl durch seine Konstrukteure als auch durch die Beteiligung der Industrie. Tesla unterstützt die Branche als ein aktives Mitglied von SAE 2464 und SAE 2929, zwei großen Akku-Sicherheitsausschüssen. Die aktive Mitarbeit in Normungsausschüssen hilft nicht nur Tesla bei der Adaption bester Verfahrensweisen sondern bietet auch ein Forum für Ingenieure von Tesla, um den Wissensstand anderer auf das hohe Sicherheitsniveau in Elektrofahrzeugen zu bringen, den Kunden erwarten können.

Die Hochvoltsysteme im Tesla Roadster sind gegen Kontakt außerhalb ihrer Schutzgehäuse und der ummantelten Kabel geschützt. Nur mit speziellen Werkzeugen erhält man Zugang zu den Hochvoltkomponenten. Im Falle eines erheblichen Aufpralls oder Überschlags wird die Hochspannungsversorgung automatisch im Akkusatz getrennt, um das Risiko eines Kontaktes mit der Hochspannung zu minimieren. Auch eine Auslösung des Airbags schaltet die Hochspannungsschaltungen im Fahrzeug sofort ab. Hochspannungssysteme sind eingeschlossen, beschriftet und farblich durch Markierungen, mit denen Service-Techniker und Ersthelfer vertraut sind, gekennzeichnet.

Das Akkusatzgehäuse ist, unter Beibehaltung der Integrität der internen Komponenten, für ein Standhalten gegen einen erheblichen Missbrauch im Fahrzeug konzipiert. Das Batteriepaket ist ein tragendes Element des Chassis und trägt zur Steifigkeit des hinteren Teils des Fahrzeugs bei. Der Roadster wurde in Frontal-, Heck- und Seitenaufprall-Crash-Tests der FMVSS, wie von der United States National Highway Transportation and Safety Administration spezifiziert, geprüft. Berichte von tatsächlichen Kollisionen auf der Straße bestätigen, dass das Batteriepaket in solchen Szenarien gut geschützt ist.

ÜBERRAGEND IN ALLEN SITUATIONEN

Im Allgemeinen können Lithium-Ionen-Zellen nicht unter 0 Grad Celsius geladen werden, was eine Aufladung theoretisch in kalten Umgebungen verhindern würde. Um das Aufladen bei Kälte dennoch zu ermöglichen, verfügt die Batterie des Tesla Roadster über ein Heizsystem, das die Zellen gegebenenfalls auf die optimale Temperatur bringt. Gäbe es diese Akkuheizung nicht, würden in kalten Regionen lebende Fahrer Schwierigkeiten beim Laden haben und reduzierte Fahrleistungen wären die Folge.

Ebenso wurden die Zellen für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen konzipiert. Ein Fahren unter Hochleistung ist selbst in den heißesten Gegenden der Welt möglich. Steigt die Temperatur oberhalb eines festgelegten Schwellenwertes, sendet das Klimagerät gekühltes Kühlmittel durch den Akkusatz. Ähnlich wie bei Lüftern von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren wird die Zirkulation des Kühlmittels nach dem Ausschalten des Motors fortgesetzt, um die Temperatur auf einem angemessenen Niveau zu halten. Die Kühlung der Batterie ermöglicht einem Fahrer das sofortige Aufladen selbst nach offensivem Fahren in heißen Klimazonen. Ohne ein solches Kühlsystem würde das Laden bei hohen Umgebungstemperaturen nach jeder Fahrt verzögert.

RECYCLING

Am Ende ihrer Lebensdauer können die Zellen und der Satz, entsprechend der landesspezifischen Gesetzgebung, entsorgt werden. Das Batteriepaket enthält weder Schwermetalle noch giftige Materialien. Zur Ergänzung der Entsorgung der Komponenten hat Tesla eine Recycling-Strategie entwickelt, bei der über 60% des Akkus wiederverwendet oder recycelt werden können. Mit zunehmender Anzahl von produzierten Batteriepaketen werden weitere Recycling-Schritte profitabel, und der Recycling-Prozentsatz erhöht sich auf 90%. Die im Recycling-Prozess wiedergewonnen Komponenten sind wertvoll, wodurch ein finanzieller Anreiz für das Recycling geboten wird.


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