Was unterscheidet Teslas Model 3 von deutschen Konkurrenzfahrzeugen? Welche Komponenten kennzeichnen den Antriebsstrang?

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

2 Vorstellung - Tesla Model 3
2.1 Fahrzeugdaten
2.2 Fahrzeugaufbau und Antriebsstrang

3 Deutsche Konkurrenzfahrzeuge im Vergleich zum Tesla Model 3
3.1 Opel Ampera e
3.1.1 Fahrzeugdaten
3.1.2 Fahrzeugaufbau und Antriebsstrang
3.1.3 Fazit - Vergleich Opel Ampera e und Tesla Model 3
3.2 VW e-Golf
3.2.1 Fahrzeugdaten
3.2.2 Fahrzeugaufbau und Antriebsstrang
3.2.3 Fazit -Vergleich VW Golf e und Tesla Model 3

4 Zusammenfassung und Ausblick

5 Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Tesla Model 3 [7]

Abbildung 2: Plattform Model 3 mit Akkupack, Elektromotor und Fahrwerk [10]

Abbildung 3: Tesla Model 3 Karosserie Stahl-Alu Mix [11]

Abbildung 4: Tesla Model 3 Lage des Akkupacks [10]

Abbildung 5: Akkupack Modulaufbau [12]

Abbildung 6: Akkupack mit Leistungselektronik [12]

Abbildung 7: Dual-Motor Version Model 3 [14]

Abbildung 8: Hochvoltkomponenten beim Model 3 [10]

Abbildung 9: Opel Ampera e [16]

Abbildung 10: Opel Ampera e - Plattform [18]

Abbildung 11: Opel Ampera e - Batteriepaket [21]

Abbildung 12: Opel Ampera e - Fahrzeugaufbau [22] [23]

Abbildung 13: VW e-Golf [24]

Abbildung 14: VW e-Golf – Fahrzeugaufbau [26]

Abbildung 15: VW e-Golf - Batteriepaket [29]

Abbildung 16: VW e-Golf - Elektromotor und Hochvoltkomponenten [30]

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Tesla Model 3 Fahrzeugdaten der zwei Varianten [8]

Tabelle 2: Fahrzeugdaten Opel Ampera e im Vergleich zum Tesla Model 3 [15]

Tabelle 3: Fahrzeugdaten VW e-Golf im Vergleich zum Tesla Model 3 [24]

1 Einleitung

Die Automobilität und ihre Antriebstechnologien befinden sich weltweit im Wandel. Aufgrund der klimaschützenden Gesetzgebung durch die Politik, der ökologischen Kundenanforderungen und der sinkenden Verfügbarkeit fossiler Kraftstoffe resultieren Forderungen nach sparsameren und umweltfreundlicheren Fahrzeugen. [1] Mit einem Anteil von 96% aller Pkws ist in Deutschland die vorherrschende Antriebstechnologie der Verbrennungsmotor. Der restliche Anteil verteilt sich auf alternative Antriebe wie Brennstoffzellen, Hybridkonzepte und rein batteriebetriebene Fahrzeuge. [2] Bis 2030 fordert die EU-Kommission einen 30 % geringeren CO2-Ausstoß für Neuwagen gegenüber dem Jahr 2021. Bei Nichteinhaltung der CO2-Ziele im Flottendurchschnitt drohen den europäischen Automobilherstellern empfindliche finanzielle Sanktionen. Durch diese Gesetzgebung sind die Automobilhersteller gezwungen, den CO2-Ausstoß ihrer Fahrzeuge zu verringern. Dieses Ziel kann nur durch die Entwicklung und den Ausbau alternativer Antriebstechnologien erreicht werden. [3] Die Unternehmensberatung Deloitte prognostiziert, dass zur Erreichung der Klimaziele im Jahr 2030 der Anteil an Verbrennungsmotoren bei Pkw-Neuzulassungen nur noch 24 % betragen und der restliche Anteil auf alternative Antriebstechnologien verteilt wird. Bei der Prognose fällt mit 41 % ein sehr großer Anteil auf rein batteriebetriebene Elektrofahrzeuge. [2]

Vor allem zum Erreichen der Klimaziele, muss in naher Zukunft die Sparte der BEV (Batterie-Electric-Vehikel) ausgebaut werden. Die deutschen Autohersteller haben bisher nur eine sehr geringe Anzahl an serienreifen BEV entwickelt. Ein Vorreiter rein elektrisch betriebener Pkws ist der US-amerikanische Automobilhersteller Tesla. Das Unternehmen besteht seit 2003 und hat vor allem Elektroautos im Segment der Oberklasse angeboten, wie das Model S und Model X. Nun hat Tesla das neue massentaugliche Elektroauto Model 3 entwickelt und produziert es bereits in Serie. [4]

In der vorliegenden Seminararbeit wird ein Vergleich zwischen dem Elektroauto Tesla Model 3 und deutschen Konkurrenzfahrzeugen durchgeführt. Als Vergleichskriterien werden allgemeine technische Daten und die Komponenten des Antriebsstrangs betrachtet. Insbesondere werden die Unterschiede im Antriebsstrang und deren Komponenten herausgestellt.

2 Vorstellung - Tesla Model 3

Das Besondere an dem Model 3 ist, dass dieses Fahrzeug (5-Sitzer) im Mittelklassesegment angeordnet. Es bietet solide Fahrleistungen, Reichweiten über 300 km und ein ansprechendes Design bietet. Die günstigste Variante soll bald für einen Preis von 35.000 US Dollar erhältlich sein. [5] Aus diesen genannten Gründen besteht ein regelrechter Hype um das Model 3. Die Anzahl der vorbestellten Model 3 liegt weltweit bei über 400.000 Stück. [6] Die Einzige Herausforderung von Tesla besteht darin, dass die Produktionslinien noch nicht für eine so hohe Stückzahl ausgelegt sind und die Kunden bis zu 18 Monate auf ihre bestellten Fahrzeuge warten müssen. Tesla arbeitet deshalb intensiv daran die Produktionszahlen des Model 3 in den nächsten Jahren stetig zu steigern. Einerseits durch neue Produktionsstätten und andererseits einen hohen Grad an Automatisierung in den Produktionslinien. [5]

In diesem Kapitel wird auf die allgemeinen Fahrzeugdaten des Tesla Model 3 (Abbildung 1) eingegangen. Des Weiteren werden der Aufbau des Fahrgestells und die Komponenten im Antriebsstrang erläutert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Tesla Model 3 [7]

2.1 Fahrzeugdaten

Das Tesla Model 3 ist bisher in zwei Varianten erhältlich. Die Variante mit der Standard-Batterie von 50 kWh Batteriekapazität verfügt über eine Reichweite von 350 km nach dem US-Zyklus EPA (Environmental Protection Agency). Die zweite Variante verfügt über eine Long-Range Batterie von 75 kWh mit einer Reichweite von bis zu 500 km. [8]

Tabelle 1: Tesla Model 3 Fahrzeugdaten der zwei Varianten [8]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.2 Fahrzeugaufbau und Antriebsstrang

Das Tesla Model 3 wird auf Teslas Fahrzeug-Plattform der dritten Generation gebaut. Diese Plattform hat das Ziel, den Einstiegspreis für BEV-Fahrzeuge stark zu reduzieren und trotzdem einen hohen Grad an Fahrzeugleistungen und eine hohe Reichweite zu erreichen. Die Plattform besteht aus dem Fahrwerk an dem der Elektromotor sitzt und einem Akkupack für die Stromversorgung. Die Fahrwerkskomponenten mit Federung, Querlenker, Stoßdämpfer und die Bremsen sind über ein Achsgestell jeweils für Vorder- und Hinterachse mit dem Akkupack verschraubt (s. Abbildung 2). Auf diese Plattform wird die Karosserie des Model 3 gesetzt. [9]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Plattform Model 3 mit Akkupack, Elektromotor und Fahrwerk [10]

Karosserie

Bisher wurde bei den Oberklassemodellen Model S und Model X die Karosserie hauptsächlich aus Aluminiumteilen gefertigt. Mit dem geringen Gewicht der Karosserie konnte das hohe -Gewicht des Akkupacks ausgeglichen werden. Beim Model 3 dagegen besteht die Karosserie aus einer Kombination von verschiedenen Stahllegierungen und einer geringen Anzahl an Aluminiumteilen. Aluminium bietet einen großen Gewichtsvorteil gegenüber Stahl. Der Nachteil beim Einsatz von Aluminium ist, dass der Rohstoff, die Fertigung und auch die Reparatur deutlich kostenintensiver gegenüber dem Werkstoff Stahl sind. Deshalb wurde beim Model 3 ein hoher Stahlanteil bei der Karosserie verwendet, wodurch das Verhältnis zwischen Kosten und Gewicht optimiert wurde. [11]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Tesla Model 3 Karosserie Stahl-Alu Mix [11]

Akkupack

Der relativ schwere Akkupack vom Model 3 ist sehr tief eingebaut und erstreckt sich fast über den gesamten Fahrzeugboden verteilt. Dadurch liegt der Schwerpunkt des Fahrzeugs sogar unter den Fahrzeugachsen (s. Abbildung 4). Diese Lage des Akkupacks wirkt sich positiv auf das Fahrverhalten aus, z.B. wird eine gute Kurvenstabilität ermöglicht. [9]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Tesla Model 3 Lage des Akkupacks [10]

Im Akkupack des Model 3 mit Standard 50 kWh - Batterie befinden sich 2.976 Batteriezellen des Typs 21 70 (mit 21 mm Durchmesser und 70 mm Höhe). Jeweils 31 von den Batteriezellen sind zu einem Batteriezellenblock gruppiert. Die Batterieblöcke werden in vier separate Batteriemodule (außen 2 Module mit 23 Blöcken, innen 2 Module mit 25 Blöcken) zusammengefasst (s. Abbildung 5). Die Long-Range 75 kWh – Batterie umfasst 4416 Batteriezellen des gleichen Typs mit einer Blockgröße von 46 Zellen und derselben Blockverteilung pro Modul. Für die Sicherheit ist ein Pyro-Trennschalter zwischen Modul 2 und 3 installiert, der z.B. bei Brandgefahr nach einem Unfall die Spanungsversorgung trennen kann. [12]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Akkupack Modulaufbau [12]

Des Weiteren befindet sich am Akkupack die zugehörige Leistungselektronik mit elektronischen Hochvolt-Komponenten zur Steuerung des Elektromotors. Hier befindet sich auch das Batteriemanagement, die Kühlung sowie die Heizung. [12]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Akkupack mit Leistungselektronik [12]

Elektromotor und Hochvoltkomponenten

Im Tesla Model 3 wird ein neuentwickelter Permanent Magnet Motor verwendet, der effizienter und kostengünstiger sind als die von Tesla bisher verwendeten dreiphasigen Wechselstrom Induktionsmotoren sind. Genauere Details zur Art des Elektromotors sind noch nicht bekannt. Der Elektromotor des Model 3 befindet sich mittig zwischen den Hinterrädern und treibt diese im Verbund mit einem Eingang-Getriebe mit starrem Gang an. [13] Zu der Heckantriebsversion soll zukünftig noch eine Allradversion mit Dual-Motor des Model 3 auf den Markt kommen, bei der sich jeweils ein Elektromotor zwischen den Vorder- und Hinterrädern befindet. [14]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Dual-Motor Version Model 3 [14]

Der Elektromotor (5 - Abbildung 8) wird von dem Akkupack über ein Hochvoltkabel mit Strom versorgt dabei steuert die Leistungselektronik (4 - Abbildung 8) die Stromversorgung mit entsprechender Software. Der Elektromotor treibt die Hinterräder über das Eingang-Getriebe mit einem festen Übersetzungsverhältnis an. Der Elektromotor wird gleichzeitig als Generator zur Rekuperation der Bremsenergie genutzt. In der Front befindet sich ein Klimakompressor (1 - Abbildung 8) und ein Kabinenheizgerät (2 - Abbildung 8), die vom Akkupack mit Strom versorgt werden. Ein Typ-2 Ladeanschluss (7 - Abbildung 8)zum Aufladen der Batteriemodule befindet sich seitlich am Heck des Fahrzeugs. [9] [10]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Hochvoltkomponenten beim Model 3 [10]

3 Deutsche Konkurrenzfahrzeuge im Vergleich zum Tesla Model 3

Die zurzeit erwerbbaren BEV-Fahrzeuge der deutschen Automobilhersteller, die mit dem Tesla Model 3 direkt konkurrieren, sind der Opel Ampera e und der VW e-Golf. Die Elektrofahrzeuge sind alles in Serie produzierte 5-Türer und ordnen sich in einem ähnlichen Preissegment von 35.900 € bis 42.990 € in der Basisversion an. Diese Konkurrenzfahrzeuge werden in ihrem Aufbau und Antriebskonzept kurz vorgestellt.

3.1 Opel Ampera e

Der Opel Ampera e (s. Abbildung 9) wurde 2017 dem Markt vorgestellt und kann seit Januar 2018 in Deutschland als ULTIMATE Edition für 48.385 € bestellt werden. Aufgrund der hohen Nachfrage des Modells, kommt es zu einer Lieferdauer von mindestens vier Monaten. Die günstigere Basisversion für 42.990 € wird wahrscheinlich erst im zweiten Halbjahr des Jahres 2018 bestellbar sein. [15]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Opel Ampera e [16]

3.1.1 Fahrzeugdaten

Der Opel Ampera e ist in zwei Ausstattungsvarianten erhältlich, die jedoch dieselben Fahrleistungen bieten. Die 60 kWh-Batterie liefert Energie für eine Reichweite von 383 km (EPA-Zyklus). [15] Die gesamten Fahrzeugdaten vom Opel Ampera e sind im Vergleich zum Tesla Model 3 (Long Range Battery) in

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