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Wie Tesla die Elektroauto-Innovation vorantreibt
Ich habe vor kurzem eine Probefahrt in einem der luxuriösen Elektroautos Model S von Tesla gemacht und die Forschungs- und Entwicklungslabore besichtigt, in denen die Batterie und die Aufladetechnologie entwickelt werden. Die Erfahrung ließ mich glauben, dass Tesla im Rennen um die Verbreitung von Elektroautos einen wichtigen Vorteil gegenüber seinen Konkurrenten hat.
Landschaftlich schöne Strecke : Ein Model S rast an der Küste entlang.
Teslas Model S ist teuer (es reicht von 70.000 $ bis über 100.000 $), aber seine Reichweite beträgt 265 Meilen, mehr als das Dreifache der von Nissans Leaf (75 Meilen). Tesla hofft, innerhalb weniger Jahre deutlich günstigere Fahrzeuge zu produzieren – darunter auch eines, das 30.000 bis 35.000 US-Dollar kostet – mit einer ähnlichen Reichweite wie das Model S. Außerdem will Tesla Elektroautos durch den Aufbau eines landesweiten Netzes von Ladestationen praktischer machen das kann in etwa einer halben Stunde 200 Meilen laden – verglichen mit mehreren Stunden, um ein Elektroauto heute an einer normalen Station aufzuladen.
Für die Probefahrt plante ich eine Fahrt vom Tesla-Hauptsitz in Palo Alto, Kalifornien, nach San Francisco, dann hinüber nach Half Moon Bay für eine Kreuzfahrt auf dem malerischen Küsten-Highway 1 nach Santa Cruz. Später fuhr ich für eine Tesla-Fabrikbesichtigung zurück nach Norden nach Fremont, bevor ich das Auto zum Hauptsitz zurückbrachte – die gesamte Reise würde sich auf etwa 230 Meilen summieren.
Als ich bei Tesla in Palo Alto ankam, um das Auto abzuholen, stellte ich jedoch fest, dass jemand vergessen hatte, es über Nacht anzuschließen. Die Batterieanzeige zeigte 208 Meilen an – knapp unter der vollen 265-Meilen-Reichweite für das Model S. Ich konnte meine Reise immer noch antreten, aber ein Zwischenstopp an einer Ladestation war jetzt unerlässlich.
Heutige Elektrofahrzeuge versprechen gegenüber Benzinautos mehrere Vorteile. Für Pendler gibt es keine Fahrten zur Tankstelle – alles was Sie brauchen ist eine Steckdose zu Hause oder am Arbeitsplatz – und eine volle Ladung kostet nur ein paar Dollar. Und auch Elektromotoren, die für alle Geschwindigkeiten nur einen Gang benötigen, können überraschend reaktionsschnell und kraftvoll sein. Außerdem verbrauchen Elektroautos kein Benzin und stoßen keine Schadstoffe aus. Selbst wenn man die CO2-Emissionen und die Umweltverschmutzung durch die Kraftwerke, die den Strom für den Antrieb der Autos produzieren, sowie durch die Herstellung und Entsorgung einbezieht, produzieren Elektroautos etwa 40 Prozent weniger Kohlendioxid und Ozon als herkömmliche Autos.
Bei all ihren Eigenschaften werden Elektroautos jedoch immer noch von zwei verheerenden Faktoren heimgesucht: hohen Kosten und nicht optimalen Batterien.
Hier hofft Tesla, einen Unterschied zu machen. Die innovative Batterie- und Ladetechnologie des Unternehmens hat ihm einen erheblichen Vorsprung verschafft, indem es Batterien billiger macht und schneller auflädt, und es hilft Tesla auch, die Kosten schneller als seine Konkurrenten zu senken.
Gegen 10 Uhr fuhr ich aus Teslas Parkplatz und nutzte die Beschleunigung des Autos – 0 auf 30 in 1,7 Sekunden. Den ganzen Tag über überholte ich andere Autos beim Erklimmen steiler Hügel, fuhr mit hoher Geschwindigkeit Kurven und ließ andere Autos an Ampeln stehen.
Kraftstoffanzeige : Das Dashboard des Model S zeigt die aktuelle Position, die verbleibende Ladung und den Energieverbrauch im Zeitverlauf an. Der grüne Teil des Diagramms ganz rechts zeigt das Ergebnis des regenerativen Bremsens.
Aber ich verspürte einen Anflug von Angst, als ich bemerkte, dass die Batterie nur noch 67 Meilen geladen war. Das Auto schätzte, dass ich mit 20 Meilen vor mir an der nächsten Ladestation in Gilroy ankommen würde – ungefähr die Hälfte von dem, was ich erwartet hatte. Ich hätte mir keine Sorgen gemacht, wenn ich gewusst hätte, dass ich mich auf diese Schätzung verlassen kann, aber wie bei jedem Elektroauto variiert die tatsächliche Reichweite je nach Fahrstil, Gelände und Verkehr. Das Model S zeigt zwei verschiedene Reichweitenschätzungen an: eine, die wie eine Tankanzeige allmählich nach unten tickt, und eine andere, die anzeigt, wie sich Ihre Reichweite auswirken würde, wenn Sie so weiterfahren, wie Sie es in den letzten Minuten getan haben. Ich drehte die Klimaanlage herunter, dimmte den riesigen 17-Zoll-Touchscreen des Autos und nahm das Gaspedal zurück, um etwas Saft zu sparen. Ich kam mit 17 Meilen verbleibender Batterie an.
Das Aufladen war viel einfacher, als ich erwartet hatte, nachdem ich einmal einen Nachmittag damit verbracht hatte, einen Chevrolet Volt an einer öffentlichen Standardladestation aufzuladen, um nur 48 Kilometer aufzuladen. Das Auto erkannte einen RFID-Tag im Ladegriff und öffnete automatisch die Steckdosentür. Als ich über den Parkplatz gelaufen war, einen Cheeseburger gekauft und zum Auto zurückgebracht hatte, betrug die Reichweite bereits bis zu 92 Meilen, genug, um den Tag zu beenden. Ich unterhielt mich eine Weile mit einem Model S Besitzer und machte mich dann wieder auf den Weg. Ich gab das Auto an diesem Abend mit 129 Meilen Reichweite in der Batterie zurück – mehr als die voll aufgeladene Reichweite von batterieelektrischen Autos von Toyota, Nissan, Ford, GM, Honda, Fiat, Renault, Mitsubishi, Smart oder Scion, oder kommende Elektroautos von Mercedes und BMW.
Trotz der überzeugenden Fortschritte bleiben die gleichen Herausforderungen für Elektroautos bestehen: Kosten und Reichweite. Da es nicht an jeder Ecke Kompressoren gibt (in den USA gibt es nur 16), wenn Sie vergessen, das Auto über Nacht anzuschließen, oder es einen Stromausfall oder ein anderes Problem gibt, haben Sie Pech. Wenn ich fast irgendwo anders im Land gewesen wäre oder mich entschieden hätte, auf dem Highway 1 nach Norden statt nach Süden zu fahren – oder mich verlaufen hätte – wäre ich am Straßenrand stecken geblieben.
Die Gebührenfrage ist weitgehend ein Problem der Infrastruktur. Aber das größte technologische Problem bleiben die Kosten der Batterie. Es sind die Kosten, die die Kapazität des Model S einschränken und Elektroautos mit einer Reichweite von 265 Meilen von den meisten Menschen fernhalten.
Am Tag vor meiner Fahrt besuchte ich Teslas Forschungs- und Entwicklungslabor in den Hügeln hinter der Stanford University. Der Chief Technology Officer des Unternehmens, JB Straubel, zeigte mir Versionen von Teslas Roadster, seinem ersten Auto und einem Model S, bei dem alles außer Rahmen, Rädern und dem elektrischen Antriebssystem (einschließlich der Batterie, des Motors und der Elektronik) entfernt wurde die sie kontrollieren). Es war ein starker Blick darauf, wie weit das Unternehmen gekommen ist. Im Roadster nimmt die sperrige Batterie das hintere Drittel des Autos ein. Akku und Motor des Model S scheinen verschwunden zu sein. Obwohl die Batterie deutlich mehr Energie speichert, ist sie kompakter: Sie ist jetzt eine flache Platte, die unauffällig zwischen den Rädern sitzt und als Teil des Fahrzeugrahmens dient. Nicht offensichtlich ist, dass sich auch die Kosten für den Akku pro Kilowattstunde halbiert haben.
Straubel verwies auf die große Vielfalt an Lithium-Ionen-Batteriezellen – die Teile eines Batteriepacks, die tatsächlich Energie speichern –, die das Unternehmen testet. Dazu gehörte eine Reihe kleiner zylindrischer Zellen in der Größe von AA-Batterien – die Art, die Tesla im Model S verwendet.
Batterieverpackung : Der Akku im Model S ist flach und Teil des Rahmens, der das Auto trägt – das Metallgehäuse bietet strukturellen Halt.
Teslas Wahl dieser kleinen Lithium-Ionen-Batterien ist wohl eines der wichtigsten strategischen Glücksspiele. Etablierte Autohersteller haben sich für größere Batteriezellen entschieden – sie machen die Entwicklung eines Batteriepakets einfacher, da Sie weniger davon benötigen. Aber die größeren Zellen sind auch gefährlicher, weil sie mehr Energie enthalten. Daher verwenden Autohersteller weniger energiedichte Batteriematerialien, die widerstandsfähiger gegen Feuer sind. Um die geringere Energiedichte auszugleichen, wählten die Autohersteller flache Zellen, weil sie dichter gepackt sind, aber solche Zellen kosten in der Herstellung mehr.
Durch die Wahl kleinerer, zylindrischer Zellen sparte Tesla Herstellungskosten – ihre Kosten wurden durch Skaleneffekte für die Laptop-Industrie, für die die Zellen entwickelt wurden, gesenkt. Tesla könnte auch die energiedichtesten verfügbaren Batteriematerialien verwenden, teilweise weil kleinere Zellen von Natur aus weniger gefährlich sind. Und eine bessere Energiedichte senkt die Materialkosten. Dieser Ansatz bedeutete, dass Tesla einen Weg entwickeln musste, um viele Tausend separate Zellen miteinander zu verdrahten, verglichen mit mehreren Hundert der größeren Zellen. Straubel hat auch ein Flüssigkeitskühlsystem erfunden, das sich zwischen den Zellen schlängelt und Wärme so schnell abführen kann, dass ein Problem mit einer Zelle nicht auf die anderen übergreift.
Die Wahl der kleineren, zylindrischen Zellen gab Tesla auch mehr Flexibilität beim Verpacken der Zellen. Große, flache Zellen werden sich bei einem Aufprall verformen und möglicherweise Feuer fangen, daher mussten andere Autohersteller Stellen im Auto finden, an denen die Batterie bei einem Unfall nicht im Weg war. Das bedeutete, dass etwas Passagier- oder Laderaum verbraucht wurde. Tesla sagt, es habe seine Crashtests bestanden, ohne dass sich seine Zellen verformten oder Kühlmittel austraten.
Nach den meisten Schätzungen sollte die Batterie für das Model S, das ich fuhr, zwischen 42.500 und 55.250 US-Dollar kosten, oder die Hälfte der Kosten des Autos. Aber Straubel deutete an, dass es schon viel niedriger ist. Tatsächlich sind es weit weniger als die Hälfte, sagt er. In den meisten Fällen weniger als ein Viertel. Straubel sagt, dass mehr getan werden kann, um die Batteriekosten zu senken. Er arbeitet mit Zell- und Materiallieferanten zusammen, um die Energiedichte weiter zu erhöhen, und verändert die Form der Zellen auf eine Weise, die ihre Herstellung erleichtert.
Andere Autohersteller werden darauf aufmerksam. Dan Akerson, CEO von GM, hat Berichten zufolge eine Task Force geschaffen, um Tesla zu untersuchen. Brett Smith, Co-Direktor für Fertigung, Technik und Technologie am gemeinnützigen Zentrum für Automobilforschung in Ann-Arbor, sagt, Tesla habe sich von einem schrulliger kleinen Medienliebling zu etwas entwickelt, das die Leute in der Branche definitiv zum Nachdenken anregt.
Nachdem ich an der Gilroy-Ladestation aufgeladen hatte, raste ich über den Highway zurück in Richtung San Francisco, erleichtert, dass ich in Reichweite der Ladestation war. Als ich mich mühelos durch den Verkehr bewegte, konnte ich nicht umhin, das Gefühl zu haben, dass Elektrofahrzeuge die Zukunft sind und dass Teslas Fortschritte bei Batterien und Aufladung diese Zukunft früher herbeiführen könnten, als ich gedacht hatte.