Toyota dodała gazu i przyspieszyła rozwój, aby całkowicie przejść na alternatywne źródła energii. Model Mirai z 2021 roku był tego doskonałym przykładem.
Pomysł ogniw paliwowych nie był nowy, a wiele marek samochodowych, takich jak Mercedes-Benz, BMW czy Honda, próbowało go zrealizować. Toyota opracowała platformę, która miała być wykorzystywana do różnych systemów napędowych, od hybrydowych po elektryczne i z ogniwami paliwowymi. Mirai z 2021 roku był ostatnim modelem i potwierdził, że Toyota wprowadzi pojazd zasilany wodorem szybciej, niż się spodziewano.
Aby pomieścić więcej zbiorników na wodór, Toyota wykorzystała wydłużoną wersję platformy Mirai, co zwiększyło pojemność składową. W ten sposób samochód mógł pomieścić do 5,6 kg wodoru, co wystarczało na przejechanie do 650 km. Jednak projektantom Toyoty udało się nadać pojazdowi sylwetkę fastbacka, dzięki czemu nie wyglądał na tak długi. Z przodu znajdował się imponujący dolny wlot z poziomymi liniami, a na górnej części LED-owe reflektory z zintegrowanymi światłami dziennymi przypominały wściekłą, agresywną twarz.
Wewnątrz znajdował się w pełni cyfrowy zestaw wskaźników, a nad nim umieszczono duży wyświetlacz infotainment. Rozległa konsola centralna skrywała jeden z pięciu zbiorników na wodór. Toyota zaprojektowała wnętrze dla pięciu dorosłych pasażerów, ale szeroki i wysoki tunel środkowy nie pozostawiał zbyt dużo miejsca dla pasażera w środku.
Wizja Toyoty dotycząca przyszłości zrównoważonego społeczeństwa wodorowego dostrzega wartość wodoru jako opłacalnego i obfitego źródła do transportu i magazynowania energii. Ma on potencjał na zapewnienie mobilności o zerowej emisji węgla, nie tylko w pojazdach drogowych, ale także w pociągach, statkach i samolotach oraz generowaniu energii dla przemysłu, firm i gospodarstw domowych. Jest to również efektywny sposób przechowywania energii odnawialnej, którą można przetransportować tam, gdzie jest potrzebna.
Toyota rozpoczęła rozwój elektrycznego pojazdu wodorowego w 1992 roku, skutecznie wprowadzając sedan Mirai na rynki światowe w 2014 roku. To przełomowe osiągnięcie opiera się na światowym doświadczeniu firmy w technologii hybrydowej, będącej podstawową technologią dla szerokiego zakresu różnych zasilanych elektrycznie układów napędowych.
Podstawowa koncepcja zasilania hybrydowego została z powodzeniem dostosowana do produkcji hybrydowych pojazdów elektrycznych (HEV), hybrydowych pojazdów elektrycznych z możliwością ładowania z sieci (PHEV), pojazdów elektrycznych zasilanych akumulatorami (BEV) oraz – zaczynając od Mirai – elektrycznych pojazdów wodorowych (FCEV). Każdy z nich ma cechy dostosowane do różnych wymagań mobilności: na przykład, BEV do krótszych dojazdów i jazdy po mieście; HEV i PHEV do ogólnych i dłuższych podróży osobistych; oraz FCEV do większych i cięższych pojazdów pasażerskich, ciężarówek i transportu publicznego.
Teraz wprowadzana jest nowa generacja Mirai, samochód który podnosi technologię FCEV na wyższy poziom i oferuje większą atrakcyjność dla klientów dzięki dynamicznemu, nowoczesnemu stylowi i lepszym osiągom. Całkowicie przeprojektowany system ogniw paliwowych, inteligentne pakowanie i aerodynamiczna wydajność pomagają wydłużyć zasięg jazdy do około 650 km, przy braku innych emisji poza czystą wodą.
Udoskonalenia w zakresie wydajności i designu
W rozwijaniu nowego Mirai, Toyota była zobowiązana do dostarczenia ogólnych ulepszeń, aby zwiększyć atrakcyjność dla klientów, od jego możliwości wydajnościowych po sposób, w jaki wygląda i prowadzi się.
Priorytetem było poprawienie zasięgu jazdy w porównaniu do modelu pierwszej generacji oraz przekroczenie dystansów osiąganych typowo przez pojazdy elektryczne z akumulatorami. Zwiększona moc i pojemność paliwa w postaci wodoru, poprawiona wydajność i lepsza aerodynamika przyczyniają się do wydłużenia zasięgu jazdy o 30% do około 650 km. To daje nowej Toyocie Mirai prawdziwą zdolność do jazdy na długich dystansach.
Pakowanie również zostało znacznie poprawione, nowa Mirai zbudowana jest na modułowej platformie GA-L Toyoty. Bardziej efektywne i zrównoważone rozmieszczenie nowego układu napędowego FCEV – zauważalnie z ogniwem paliwowym przeniesionym z pod kabiny do przedniego przedziału – pozwoliło na uzyskanie przestronniejszego, pięcioosobowego wnętrza z lepszą przestrzenią na nogi dla pasażerów tylnej kanapy.
Nowa Toyota Mirai również prezentuje bardziej atrakcyjne proporcje pojazdu: całkowita wysokość została zmniejszona o 65 mm do 1,470 mm, a rozstaw osi zwiększył się o 140 mm (2,920 mm). Z tylnym zwisem wydłużonym o 85 mm, całkowita długość pojazdu wynosi teraz 4,975 mm. Zwiększenie szerokości toru o 75 mm i użycie większych kół o średnicy 19 i 20 cali dodaje do niższego oraz bardziej dynamicznego wyglądu oraz wizualnego poczucia obniżonego środka ciężkości nowej Mirai.
Większa emocjonalna atrakcyjność dla klientów
Jednym z głównych celów dla nowej Toyoty Mirai było nadanie pojazdowi silniejszej atrakcyjności emocjonalnej, aby był on samochodem, który przyciąga ludzi swoim wyglądem i sposobem jazdy, jak również ekologicznymi osiągami. Nowa platforma GA-L oraz postępy Toyoty w technologii FCEV uczyniły to możliwym.
Platforma GA-L
Zastosowanie platformy GA-L umożliwiło przeniesienie ogniwa paliwowego i komponentów układu napędowego w sposób, który pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie przestrzeni. W rezultacie uzyskano przestronniejszą, pięcioosobową kabinę oraz lepszą równowagę podwozia. Co najważniejsze, umożliwia to zamontowanie trzech zbiorników wody pod wysokim ciśnieniem, zwiększając pojemność paliwa i zasięg jazdy samochodu – o 30%.
Zbiorniki są rozmieszczone w konfiguracji „T”, najdłuższy biegnie wzdłuż pojazdu, centralnie pod podłogą pojazdu, a dwa mniejsze zbiorniki umieszczone są bocznie pod tylnymi siedzeniami i w komorze ładunkowej. Razem mogą przechowywać 5.6 kg wodoru, w porównaniu do 4.6 kg w dwóch zbiornikach obecnej Mirai. Ich położenie przyczynia się do obniżonego środka ciężkości samochodu i unika kompromisów przestrzeni ładunkowej.
Nowa architektura pozwala również na przeniesienie całkowicie nowego ogniwa paliwowego z obecnej lokalizacji pod podłogą do przedniego przedziału (odpowiednik komory silnika), podczas gdy (bardziej kompaktowy) akumulator wysokiego napięcia i silnik elektryczny są umieszczone nad tylną osią. Jak wyjaśniono poniżej, układ napędowy został zoptymalizowany, aby zapewnić nowemu Mirai rozkład masy 50:50 przód:tył.
Zbiorniki mają mocniejszą, wielowarstwową konstrukcję i są bardzo efektywne pod względem wagi – wodór stanowi 6% łącznej masy paliwa i zbiorników.
Nowy stos ogniw paliwowych
Nowy stos ogniw paliwowych Toyoty oraz konwerter mocy ogniwa paliwowego (FCPC) zostały opracowane specjalnie do współpracy z platformą GA-L. Projektanci mogli połączyć wszystkie elementy w ramie stosu (w tym pompy wodne, intercooler, klimatyzację i sprężarki powietrza oraz pompę recyrkulacyjną wodoru), przy czym każdy element został zmniejszony i odchudzony, poprawiając jednocześnie wydajność. Obudowa samego stosu została zmniejszona dzięki zastosowaniu spawania przez tarcie, co zmniejszyło szczelinę między ogniwem paliwowym a obudową.
Stos ogniw paliwowych wykorzystuje stały polimer, jak w obecnej Mirai, ale został zmniejszony i ma mniej ogniw (330 zamiast 370). Niemniej jednak ustanawia nowy rekord gęstości mocy na poziomie 5.4 kW/l (bez końcówek). Maksymalna moc wzrosła z 114 kW do 128 kW. Wydajność w niskich temperaturach została poprawiona, a uruchamianie jest teraz możliwe w temperaturach sięgających -30.
Koncentrując połączenia systemu w obrębie obudowy, potrzebnych jest mniej komponentów, co również oszczędza miejsce i wagę.
Skupienie się na innowacjach i ulepszeniach w każdym komponencie przyniosło 50% redukcję masy przy jednoczesnym wzroście mocy o 12%. Nowe działania obejmują przemieszczenie kolektora, zmniejszenie rozmiaru i wagi ogniwa, optymalizację kształtu separatora kanału gazowego oraz zastosowanie innowacyjnych materiałów w elektrody.
Jednostka zawiera również konwerter DC-DC ogniwa paliwowego (FDC) i modułowe elementy wysokiego napięcia, osiągając jednocześnie 21% redukcję rozmiaru w porównaniu do obecnego systemu. Waga została zmniejszona o 2.9 kg do 25.5 kg. Nowoczesna technologia przyczyniła się do oszczędności miejsca, wykorzystując po raz pierwszy w Toyocie materiał półprzewodnikowy z krzemu węglika nowej generacji w tranzystorach inteligentnego modelu zasilania (IPM). To pozwala na zwiększenie mocy wyjściowej i obniżenie zużycia energii przy użyciu mniejszej liczby tranzystorów, co z kolei umożliwia zmniejszenie rozmiaru FCPC.
Tę samą metodę oszczędzania miejsca i wagi zastosowano w innych częściach stosu ogniw paliwowych. Wlot powietrza zaprojektowano z myślą o niskich stratach ciśnienia i zawiera materiał tłumiący dźwięki, dzięki czemu hałas z wlotów powietrznych jest niewidoczny w kabinie. Wydech wykorzystuje rurę z żywicy i jest zaprojektowany w celu umożliwienia wydostania się dużej ilości powietrza i wody; tłumik o większej pojemności przyczynia się do cichszej kabiny. Cały system powietrzny jest o prawie 30% mniejszy niż w obecnej Mirai i waży o ponad jedną trzecią (34.4%) mniej.
Akumulator litowo-jonowy
Nowa Toyota Mirai jest wyposażona w akumulator litowo-jonowy wysokiego napięcia, zamiast obecnej jednostki z niklowo-metalowymi akumulatorami. Mimo że jest mniejszy, jest bardziej gęsty energetycznie, co daje wyższą moc i lepszą wydajność środowiskową. Zawiera 84 ogniwa, ma napięcie nominalne 310.8 w porównaniu do 244.8 oraz pojemność 4.0 Ah w porównaniu do 6.5 Ah. Całkowita waga została zredukowana z 46.9 kg do 44.6 kg. Wydajność wzrosła z 25.5 kW x 10 sekund do 31.5 kW x 10 sekund.
Mniejsze wymiary akumulatora pozwoliły na umieszczenie go za tylnymi siedzeniami, unikając naruszenia przestrzeni ładunkowej. Zaprojektowano zoptymalizowaną ścieżkę chłodzenia powietrzem, z dyskretnymi wlotami po obu stronach tylnych siedzeń.
Wydajność dynamiczna
Zastosowanie platformy GA-L w nowej Toyocie Mirai przynosi fundamentalne korzyści, takie jak obniżony środek ciężkości, poprawione cechy inercyjne i znacznie zwiększona sztywność nadwozia, które wszystkie pomagają w osiągnięciu lepszej wydajności dynamicznej.
Przeniesienie ogniwa paliwowego z podłogi pojazdu do przedniego przedziału oraz umiejscowienie akumulatora i silnika elektrycznego z tyłu umożliwiło osiągnięcie równowagi masy 50:50 przód:tył, co daje fundamentalne cechy stabilności pojazdu z silnikiem z przodu.
Sztywność nadwozia została zwiększona dzięki strategicznemu wzmocnieniu i wzmocnieniom, szerszemu zastosowaniu klejów do ciała i wykorzystaniu spawania laserowego.
Nowa platforma umożliwia także zastosowanie nowego zawieszenia wielodrzwiowego z przodu i z tyłu, zamiast poprzedniego układu MacPhersona z przodu i sprężyn skrętnych z tyłu. To ustawienie zapewnia wysoki poziom stabilności, kontrolowalności i komfortu jazdy. Szczegóły obejmują stosowanie grubych stabilizatorów, optymalne umiejscowienie górnych i dolnych przegubów kulowych oraz ogólną wysoką sztywność zawieszenia, co przynosi korzyści w zakresie reakcji i stabilności.
Dalsze korzyści wynikają z zastosowania przez nową Mirai większych kół i opon. Koła o średnicy 19 i 20 cali są wyposażone w opony 235/55 R19 i 245/45 R20, odpowiednio, o niskim oporze toczenia i cichej pracy, co przyczynia się do efektywności paliwowej, jakości prowadzenia, stabilności i cichego środowiska kabiny. Użycie kół i opon o większej średnicy pomaga zabezpieczyć przestrzeń wymaganą dla nowych potrójnych zbiorników wodoru.
Poprawiona aerodynamika samochodu, z niższym dachem, pełnym podwoziem i niższym współczynnikiem oporu, także przyczynia się do poprawy jakości prowadzenia i stabilności, a także osiągnięcia dłuższego zasięgu jazdy.
Nowa Toyota Mirai dostarcza również korzyści dzięki poprawionemu charakterowi jazdy. Dodatkowa moc generowana przez nowy stos ogniw paliwowych i akumulator jest wykorzystywana do płynnego, liniowego przyspieszania, z przyspieszeniem zharmonizowanym z użyciem pedału gazu przez kierowcę. Jazda na autostradzie jest relaksująca i bezstresowa, z doskonałą reakcją dostępną przy wszystkich prędkościach. Podczas jazdy po krętych, otwartych drogach, nowa Mirai łączy stabilność z dobrym przyspieszeniem przy wychodzeniu z zakrętów.
Oczyszczanie powietrza podczas jazdy
Korzyści środowiskowe wynikające z jazdy Toyotą Mirai wykraczają poza zerowe emisje do „negatywnych emisji” – samochód skutecznie oczyszcza powietrze podczas jazdy.
Innowacja Toyoty, filtr typu katalizator jest zintegrowany w wlocie powietrza. Gdy powietrze jest wciągane do pojazdu, aby zasilać ogniwo paliwowe, ładunek elektryczny na elemencie filtra z włókna nietkane zatrzymuje mikroskopijne cząsteczki zanieczyszczeń, w tym dwutlenek siarki (SO2), tlenki azotu (NOx) i cząstki PM 2.5. System skutecznie usuwa 90 do 100% cząsteczek o średnicy od 0 do 2.5 mikrona z powietrza, gdy przechodzi ono do systemu ogniw paliwowych.
Celując w dziesięciokrotny wzrost sprzedaży
Wprowadzenie nowej Mirai będzie ukierunkować Toyotę na głębszą penetrację rynku z dziesięciokrotnym zwiększeniem wolumenu sprzedaży. Ten wzrost będzie wspierany przez silniejsze osiągi nowego modelu oraz większą atrakcyjność dla klientów, szczególnie jako bardziej przystępnego cenowo pojazdu, którego cena sprzedaży została zmniejszona o około 20%.