„Der Ludicrous-Modus vom Model S schafft im Test von Motor Trend 0-60 mph in 2.6 Sekunden und die Viertelmeile in 10.9 Sekunden“
Elon Musk, CEO von Tesla
Da nur wenig offizielles Bildmaterial der Technik des Model 3 verfügbar ist, wurden in diesem Artikel – dort wo es nötig war – die Details der etwas größeren Limousine „Model S“ abgebildet, die vom Design und technischen Aufbau her dem Model 3 konzeptionell in weiten Teilen ähnlich ist.
Im Gegensatz zu einem klassischen Verbrennerauto ist ein Elektrofahrzeug völlig anders aufgebaut. Neben der Illustration des Fahrzeugaufbaus, werden in diesem Artikel zudem das Akkupack und die Elektromotoren näher beleuchtet.
Aufbau eines Tesla-Fahrzeug
Bisher waren bei den meisten Automobilen vorne große und schwere Motoren verbaut, in der Mitte musste bei Heck- und Allradantrieb die Kardanwelle eine Verbindung zwischen Motor und Antrieb herstellen und hinten schwappte fröhlich das Benzin hin und her, was für die Fahreigenschaften alles andere als optimal ist.
Bei einem Tesla-Fahrzeug gibt es keinen großen und schweren Verbrennungsmotor, keinen Tank, keine Abgasanlage und keine Kardanwelle. Stattdessen ist das beim Model 3 knapp 500 Kilogramm schwere Akkupack über beinahe den gesamten Fahrzeugboden verteilt, was einen sehr ausgewogenen und unglaublich tiefen Schwerpunkt ergibt, der sogar unter den Fahrzeugachsen liegt. Dies merkt man deutlich am Fahrverhalten des Fahrzeugs und Tesla hat viel Lob für die positiven Eigenschaften, etwa für die Kurvenstabilität, eingeheimst. Die als „Skateboard“ bekannte Bauweise wird mittlerweile von vielen anderen Herstellern kopiert.
Der durch diesen Aufbau niedrige Schwerpunkt hat den Vorteil, dass es fast unmöglich ist ein solches Elektroauto zum Überschlagen zu bringen. Bei den entsprechenden Tests der amerikanischen NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) mussten die Prüfer sich neue Methoden einfallen lassen, da mit dem bestehenden Testaufbau der Bolide nicht auf das Dach gelegt werden konnte.
Das und die Tatsache, dass die Motoren an den Fahrzeugachsen sitzen und somit kein schwerer Motor beim Unfall in Richtung Fahrgastzelle geschoben wird, hat maßgeblich zu der herausragenden Bewertung des Model S, des Model X und auch des Model 3 beim NHTSA-Sicherheitstest beigetragen. Alle drei erhielten in jeder der untersuchten Kategorien Bestnoten, die bis dahin kein anderes Fahrzeug erreicht hat.
Der Akku in einem Tesla Elektrofahrzeug
Das Akkupack von Tesla mit einer Kapazität von 85 Kilowattstunden besteht aus ca. 7000 Einzellzellen der Größe 18650 (Durchmesser 18 mm, Höhe 65 mm). Beim Model 3 werden Zellen des Formats 21700 (Durchmesser 21 mm, Höhe 70 mm) verbaut. Die größten Herausforderungen bei der Entwicklung des Akkupacks waren die Kühlung, das Akkumanagement sowie der Schutz gegen äußere Einwirkungen bei Unfällen, der beim Model S durch eine Titanplatte unter dem Akkupack realisiert wurde. Beim Model 3 sind die einzelnen Akkuzellen in einer Art Gel eingelegt, das Wärme sehr schnell ableitet und somit verhindern soll, dass sich ein thermisches Durchgehen einzelner Zellen auf die benachbarten Zellen ausbreitet.
Als in der Anfangszeit des Unternehmens die Tesla-Ingenieure die ersten Versuche zur Sicherheit der Akkupacks durchführten, taten sie das in der eigenen Firmenhalle und lösten so manche unschöne Explosion sowie ansehnliche Feuerspiele aus. Irgendwann setzte dann die Vernunft ein und man verlagerte die Experimente auf ein Sprengstoff-Testgelände der Feuerwehr. Durch die vielen Tests gewann man wertvolle Informationen zur optimalen Anordnung der Zellen und konnte das Sicherheitslevel so hoch schrauben, dass ein Brand bei einem Elektrofahrzeug mittlerweile um mindestens den Faktor 10 unwahrscheinlicher ist als bei einem benzinbetriebenen Verbrennerauto. Zudem verhält sich ein Akku im Brandfall wesentlich gutmütiger, bisher konnte in allen bekannten Fällen bei Tesla-Modellen problemlos das Fahrzeug an den Fahrbahnrand gefahren und sämtliches Gepäck ausgeladen werden, sofern dies der äußere Zustand des Fahrzeugs erlaubte. Seit dem Model 3 ist das Sicherheitsniveau noch einmal deutlich gesteigert worden, denn bei diesem Fahrzeugtyp sind bisher keine vom Akku ausgehenden Brände bekannt.
In der Nahansicht sieht man gut die altbekannte Standardgröße der Panasonic 18650er Lithium-Ionen-Zellen, die allerdings von der Zellchemie her auf die Nutzung in Elektrofahrzeugen optimiert sind, also nicht wie oft behauptet eins zu eins den Consumer-Zellen entsprechen:
Bei den in der Gigafactory produzierten Zellen für das Model 3 wurde eine Rundzelle der Größe 21700 gewählt, da sich dieser Zelltyp ähnlich zusammmenschalten lässt wie die klassischen 18650er Akkus, aber durch die optimierte Energiedichte eine höhere Kapazität mit weniger Zellen ermöglicht.
Elektromotor und Antriebsstrang
Der Antrieb der Tesla-Fahrzeuge liegt sehr kompakt zwischen den beiden Rädern und verbindet in einer Einheit den Elektromotor, das Getriebe (Einganggetriebe mit starrem Gang und Übersetzungsverhältnis 9,73:1) und den Wechselrichter, siehe in der Mitte vom Bild von links nach rechts angeordnet:
Tesla hat in der Anfangszeit viel mit Zweigang-Getrieben experimentiert, was Vorteile beim Beschleunigen von 100 auf 200 km/h gehabt hätte. Aber nachdem keiner der bekannten Hersteller in der Lage war ein entsprechend robustes und langlebiges Getriebe zu liefern, hat man sich für das Einganggetriebe mit fester Übersetzung entschieden. Beim Model 3 liegt das Getriebeverhältnis bei 9:1.
Das Model 3 hat als Heckmotor einen AC-Permanentmagnet-Synchronmotor sowie als Frontmotor einen AC-Induktionsmotor verbaut, beide mit Flüssigkeitskühlung und Frequenzumrichter augestattet.
Aktuell existieren gemäß Benutzerhandbuch die folgenden Leistungsvarianten der Elektromotoren des Tesla Model 3 (Maximale Nettoleistung in kW, maximales Drehmoment):
- Hinterradantrieb: 239 kW bei 5.525 U/min, 420 Nm bei 325–5.200 U/min
- Allradantrieb Base (Frontmotor): 121 kW bei 8275 U/min, 163 Nm bei 125–6375 U/min
- Allradantrieb Base (Heckmotor): 203 kW bei 6700 U/min, 330 Nm bei 325–5500 U/min
- Allradantrieb Performance (Frontmotor): 158 kW bei 6622 U/min, 240 Nm bei 0–6200 U/min
- Allradantrieb Performance (Heckmotor): 219 kW bei 5075 U/min, 420 Nm bei 325–4800 U/min
Die mit dem Schriftzug „Dual Motor“ gekennzeichneten Modelle haben Allradantrieb und an beiden Fahrzeugachsen einen Elektromotor verbaut:
Je nach der verbauten Elektrik (Wandler, Sicherung etc.) kann aus diesen Motoren mehr oder weniger an Leistung abgerufen werden, außerdem können die Parameter per Software von Tesla konfiguriert werden.
Die Allradvariante des Model S P100D mit der Ludicrous-Option beschleunigt in 2,7 Sekunden von 0 auf 100 km/h und in weiteren 8 Sekunden, ohne die von Schaltvorgängen gewohnten Ruckler, bis auf 200 km/h. Das sind für eine 2,5 Tonnen schwere Familien-Limousine fantastische Werte, die mit einem Verbrennungsmotor nur mit irrsinnigem Aufwand und eingeschränkter Praxistauglichkeit erreichbar wären.
Aufgrund der starren Übersetzung und des hohen Drehmoments wird bis 100 km/h fast linear mit ca. 10,288 m/s² beschleunigt, was sogar den freien Fall übertrifft (9,81 m/s²). Ein Model S P100D beschleunigt also auf der Straße in kürzerer Zeit auf eine Geschwindigkeit von 100 km/h, als wenn man es aus einem Flugzeug werfen würde. Das angekündigte Model S mit Plaid-Antrieb soll diese Werte sogar noch etwas verbessern, während der Tesla Roadster 2 selbst dies in den Schatten stellen wird.