Σε αντίθεση με τις περισσότερες αυτοκινητοβιομηχανίες του κόσμου, που επιμένουν στην εξέλιξη των αμιγώς ηλεκτρικών οχημάτων, το όραμα της Toyota είναι η αξιοποίηση του υδρογόνου ως βιώσιμου και ανεξάντλητου φυσικού πόρου για τη μεταφορά και αποθήκευση ενέργειας. Στη λογική αυτή, η τεράστια ιαπωνική εταιρία ξεκίνησε την ανάπτυξη ενός ηλεκτρικού οχήματος κυψελών καυσίμου υδρογόνου το 1992, και το 2014 λανσάρισε με επιτυχία το Mirai sedan στις παγκόσμιες αγορές.

Έξη χρόνια μετά η μάρκα λανσάρει τη νέα γενιά Mirai, ένα μοντέλο που προάγει την τεχνολογία FCEV σε ανώτερο επίπεδο αποσκοπώντας σε  μεγαλύτερη απήχηση στον πελάτη, με ένα πιο δυναμικό, σύγχρονο στυλ και βελτιωμένες επιδόσεις. Το πλήρως αναθεωρημένο σύστημα κυψελών καυσίμου, η ευφυής χωροταξία και η αεροδυναμική απόδοση συμβάλλουν στην αύξηση της αυτονομίας σε περίπου 650 χλμ., με μηδενικές εκπομπές ρύπων και μοναδική εκπομπή, καθαρό νερό.

Βελτιώσεις στις επιδόσεις και τη σχεδίαση

Στην εξέλιξη του νέου Mirai προτεραιότητα ήταν η βελτίωση της αυτονομίας σε σχέση με την πρώτη γενιά, αλλά και συγκριτικά με τη συνήθη απόσταση που διανύουν τα πλήρως ηλεκτρικά οχήματα (BEV). Η αυξημένη ισχύς και χωρητικότητα του υδρογόνου, η βελτιωμένη απόδοση του συστήματος και αεροδυναμική συνεισφέρουν στην αύξηση της αυτονομίας κατά 30%, φτάνοντας πλέον τα 650 χλμ.

Η χωροταξία επίσης βελτιώθηκε σημαντικά χάρη και στην αρθρωτή πλατφόρμα GA-Lτης Toyota. Η νέα διάταξη του συστήματος κίνησης FCEV (κυρίως με τη μετακίνηση της συστοιχίας κυψελών καυσίμου από το κάτω τμήμα της καμπίνας στο εμπρός τμήμα) αύξησε αισθητά την ευρυχωρία του πενταθέσιου μοντέλου.

Στο νέο Mirai το συνολικό ύψος έχει μειωθεί κατά 65 χλστ. (1.470 χλστ.), ενώ υπάρχει αύξηση 140 χλστ. στο μεταξόνιο (2.920 χλστ.). Με τον πίσω πρόβολο να έχει αυξηθεί κατά 85 χλστ., το συνολικό μήκος του οχήματος είναι τώρα 4.975 χλστ. Μία αύξηση 75 χλστ. του μετατροχίου και η χρήση μεγαλύτερων τροχών 19 και 20 ιντσών διαμορφώνουν ένα πιο χαμηλό και δυναμικό αμάξωμα και τονίζουν οπτικά το χαμηλότερο κέντρο βάρους.

Επιπλέον, η πλατφόρμας GA-L επέτρεψε την τοποθέτηση τριών ρεζερβουάρ υδρογόνου υψηλής πίεσης, αυξάνοντας τη χωρητικότητα υδρογόνου και κατά συνέπεια την αυτονομία του οχήματος μέχρι 30%.

Τα ρεζερβουάρ είναι τοποθετημένα σε διάταξη «T», το μεγαλύτερο κατά τον διαμήκη άξονα και κεντρικά τοποθετημένο κάτω από το δάπεδο του οχήματος και τα δύο μικρότερα στο πλάι, κάτω από τα πίσω καθίσματα και το χώρο αποσκευών. Μαζί, παρέχουν συνολική χωρητικότητα 5,6 κιλών υδρογόνου, αυξημένη από τα 4,6 κιλά που προσέφεραν τα δύο ρεζερβουάρ του τρέχοντος Mirai, ενώ η θέση τους συνεισφέρει στο χαμηλότερο κέντρο βάρους του αυτοκινήτου και δεν περιορίζει το χώρο φόρτωσης.

Η νέα αρχιτεκτονική επιτρέπει επίσης τη μετακίνηση της νέας κυψέλης καυσίμου υδρογόνου από την τρέχουσα θέση της κάτω από το δάπεδο, στο εμπρός τμήμα (αντίστοιχο με τον χώρο ενός κινητήρα), ενώ η (πιο συμπαγής) μπαταρία υψηλής τάσης και ο ηλεκτροκινητήρας τοποθετούνται πάνω από τον πίσω άξονα, με αποτέλεσμα την ισοκατανομή βάρους ανά άξονα.

Τα ρεζερβουάρ έχουν ισχυρότερη, πολλαπλών στρώσεων δομή και είναι ελαφρύτερα με το υδρογόνο να αποτελεί το 6% του συνολικού βάρους καυσίμου και ρεζερβουάρ.

Συστοιχία κυψελών καυσίμου

Η νέα συστοιχία κυψελών καυσίμου και ο μετατροπέας ενέργειας κυψελών καυσίμου (FCPC) εξελίχθηκαν ειδικά σε συνάρτηση με την πλατφόρμα GA-L. Οι σχεδιαστές κατάφεραν να συγκεντρώσουν όλα τα εξαρτήματα στο πλαίσιο κυψελών (μεταξύ των οποίων αντλίες νερού και ανακυκλοφορίας υδρογόνου, intercooler, συμπιεστές A/C και αέρα) ενώ το κάθε εξάρτημα είναι μικρότερο και ελαφρύτερο, έχοντας ταυτόχρονα βελτιωθεί ως προς την απόδοση. Η ίδια η συστοιχία έχει γίνει μικρότερη με τη χρήση της Friction Stir Welding (Τεχνική συγκόλλησης τριβής μέσω ανάδευσης), που μειώνει το κενό μεταξύ της κυψέλης καυσίμου και του κελύφους.

Η συστοιχία κυψελών καυσίμου χρησιμοποιεί ένα στερεό πολυμερές, όπως στο τρέχον Mirai, αλλά οι διαστάσεις της έχουν μειωθεί και περιλαμβάνει λιγότερες κυψέλες (330 αντί 370). Παρ’ όλα αυτά, θέτει νέο ρεκόρ πυκνότητας ειδικής ισχύος στα 5,4 kW/l (εξαιρουμένων των τελικών πλακών). Επομένως, η μέγιστη ισχύς έχει αυξηθεί από 114 kW σε 128 kW (175 ίππους). Ο επιδόσεις σε χαμηλές εξωτερικές θερμοκρασίες έχουν βελτιωθεί με δυνατότητα εκκίνησης ακόμα και στους -30˚. Συγκεντρώνοντας όλες τις συνδέσεις του συστήματος στο κέλυφος, χρειάζονται λιγότερα εξαρτήματα, που σημαίνει εξοικονόμηση βάρους και χώρου.

Η εφαρμογή καινοτομιών και η βελτίωση του κάθε εξαρτήματος έχει ως αποτέλεσμα μείωση βάρους 50% αλλά και την αύξηση της ισχύος 12%. Ανάμεσα στα νέα μέτρα είναι η νέα θέση της συστοιχίας, η μείωση του μεγέθους και του βάρους της κυψέλης με τη βελτιστοποίηση του σχήματος του διαχωριστή καναλιού αερίων και η χρήση καινοτόμων υλικών στα ηλεκτρόδια.

Η μονάδα ενσωματώνει επίσης τον μετατροπέα Fuel Cell DC-DC Converter (FDC) και τα αρθρωτά εξαρτήματα υψηλής τάσης, πετυχαίνοντας μείωση μεγέθους 21% συγκριτικά με το τρέχον σύστημα. Το βάρος έχει μειωθεί κατά 2,9 κιλά (σύνολο 25,5 κιλά). Η προηγμένη τεχνολογία έχει συνεισφέρει και στην εξοικονόμηση χώρου, καθώς η Toyota χρησιμοποιεί για πρώτη φορά ημιαγωγούς από καρβίδιο του πυριτίου στα τρανζίστορ της μονάδας ισχύος – Intelligent Power Model (IPM). Αυτό επιτρέπει την αύξηση της ισχύος και τη μείωση της κατανάλωσης με χρήση λιγότερων τρανζίστορ, κάτι που με τη σειρά του επέτρεψε να γίνει μικρότερο το FCPC.

Η ίδια στρατηγική μείωσης μεγέθους και βάρους εφαρμόστηκε και σε άλλα εξαρτήματα της συστοιχίας κυψελών καυσίμου (FCstack). Η εισαγωγή αέρα είναι σχεδιασμένη για μικρές απώλειες πίεσης και περιέχει ηχοαπορροφητικό υλικό ώστε ο θόρυβος από τους αεραγωγούς να μη γίνεται αντιληπτός στην καμπίνα. Η εξάτμιση είναι κατασκευασμένη από σωλήνα ρητίνης και είναι σχεδιασμένη για να επιτρέπει την απορροή μεγάλης ποσότητας αέρα και νερού. Ένα μεγαλύτερο σιλανσιέ συνεισφέρει στην απουσία θορύβων στην καμπίνα. Όλο το σύστημα εισαγωγής αέρα είναι σχεδόν 30% μικρότερο από του τρέχοντος Mirai και ελαφρύτερο (34,4%).

Μπαταρία ιόντων λιθίου

Το νέο Mirai εφοδιάζεται με μπαταρία ιόντων λιθίου υψηλής τάσης που αντικαθιστά τη μονάδα υβριδίου νικελίου μετάλλου (NiMH) του τρέχοντος μοντέλου. Αν και μικρότερη σε μέγεθος, έχει πολύ υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, αποδίδοντας υψηλότερη ισχύ, ενώ είναι πολύ πιο φιλική στο περιβάλλον. Μέσω 84 κυψελών προσφέρει ονομαστική τάση 310.8 volt αντί για 244,8, και χωρητικότητα 6,5 Ah αντί για 4.0 Ah. Το συνολικό βάρος έχει μειωθεί από 46,9 σε 44,6 κιλά, ενώ η ισχύς έχει βελτιωθεί από 25,5 kWx 10sec σε 31,5 kWx 10 sec.

Οι μικρότερες διαστάσεις της μπαταρίας επέτρεψαν την τοποθέτησή της πίσω από τα πίσω καθίσματα, αποφεύγοντας τη διείσδυση στο χώρο αποσκευών. Επίσης έχει σχεδιαστεί ένα βελτιστοποιημένο κύκλωμα αερόψυξης με διακριτικές εισαγωγές στα άκρα κάθε πίσω καθίσματος.

Επιδόσεις

Η νέα πλατφόρμα προσφέρει στο αυτοκίνητο θεμελιώδη πλεονεκτήματα, όπως χαμηλότερο κέντρο βάρους, βελτιωμένα αδρανειακά χαρακτηριστικά και αυξημένη ακαμψία αμαξώματος, τα οποία συμβάλλουν στην επίτευξη εξαιρετικών επιδόσεων. Η ακαμψία του αμαξώματος έχει αυξηθεί με στρατηγικές ενισχύσεις, την ευρύτερη χρήση δομικής κόλλας και την εκτεταμένη χρήση της τεχνικής συγκόλλησης (Laser Screw Welding).

Η νέα πλατφόρμα φέρει επίσης νέα εμπρός και πίσω ανάρτηση πολλαπλών συνδέσμων, στη θέση της προηγούμενης εμπρός ανάρτησης με γόνατα Mac Pherson και του πίσω ημιάκαμπτου άξονα. Αυτή η διάταξη παρέχει υψηλό επίπεδο ευστάθειας, ικανότητας ελέγχου και οδηγικής άνεσης. Επίσης χρησιμοποιούνται μεγαλύτερης διατομής αντιστρεπτικές δοκοί, ενώ η θέση των πάνω και κάτω σφαιρικών συνδέσμων έχει βελτιωθεί όπως και η συνολική ακαμψία της ανάρτησης, προσδίδοντας ταχύτερη απόκριση και σταθερότητα.

Περισσότερα οφέλη επιτυγχάνονται από τη χρήση μεγαλύτερων τροχών και ελαστικών στο νέο Mirai. Οι τροχοί 19 και 20 ιντσών φορούν ελαστικά 235/55 R19 και 245/45 R20 αντίστοιχα, με χαμηλή αντίσταση κύλισης και πιο αθόρυβη λειτουργία, συνεισφέροντας στη μείωση της κατανάλωσης, στη βελτίωση της οδικής συμπεριφοράς και της ευστάθειας και στον μείωση της μεταφοράς θορύβου στην καμπίνας.

Η χρήση ζαντών και ελαστικών μεγαλύτερης διαμέτρου εξασφάλισε τις προϋποθέσεις χώρου για την εγκατάσταση τριών ρεζερβουάρ υδρογόνου. Η βελτιωμένη αεροδυναμική του οχήματος, με χαμηλότερη γραμμή οροφής, η πλήρης προστατευτική ποδιά πατώματος και ο χαμηλότερος συντελεστής οπισθέλκουσας, συμβάλουν σημαντικά στη βελτιωμένη οδική συμπεριφορά, ευστάθεια και αυτονομία.

Στον δρόμο

Η πρόσθετη ισχύς που παράγεται από τη νέα συστοιχία κυψελών καυσίμου και την μπαταρία, αξιοποιείται για ομαλή εκκίνηση και γραμμική επιτάχυνση που εναρμονίζεται με τις εντολές του οδηγού στο πεντάλ του γκαζιού. Η οδήγηση στον αυτοκινητόδρομο είναι ξεκούραστη και άνετη με εξαιρετική απόκριση σε όλες τις ταχύτητες. Σε δρόμους με στροφές ή στον ανοιχτό δρόμο, οι μειωμένες κλίσεις αμαξώματος συνδυάζονται με καλή επιτάχυνση κατά την έξοδο από τις στροφές.

Καθαρισμός του ατμοσφαιρικού αέρα

Το περιβαλλοντικό όφελος από την οδήγηση του Mirai δεν περιορίζεται στους μηδενικούς ρύπους… αλλά φτάνει στους ‘αρνητικούς ρύπους’ καθώς το μοντέλο καθαρίζει αποτελεσματικά τον ατμοσφαιρικό αέρα ενώ κινείται. Πρόκειται για καινοτομία της Toyota, και αφορά την ενσωμάτωση ενός καταλυτικού φίλτρου στην εισαγωγή αέρα.

Καθώς ο αέρας εισέρχεται στο όχημα για να διοχετευθεί στην κυψέλη καυσίμου, ένα ηλεκτρικό φορτίο στο ύφασμα του φίλτρου αέρα συγκρατεί τα μικροσκοπικά σωματίδια των ρύπων, όπως διοξείδιο του θείου (SO2), οξείδια του αζώτου (NOx) και μικροσωματίδια PM 2.5. Το σύστημα είναι αποτελεσματικό, απομακρύνοντας το 90–100% των σωματιδίων διαμέτρου 0–2,5 PM από τον αέρα που τροφοδοτείται στο σύστημα κυψελών καυσίμου.

Νίκος Τσάδαρης