Toyota vill tiodubbla försäljningen av sin vätgasbil

Att andra generationen av bränslecellsbilen Toyota Mirai ger ett helt annat visuellt intryck säger mycket – men inte allt om hur avancerad den här bilen är.Andra generationen av Toyotas banbrytande sedanmodell med vätgasdriven bränslecell och nollutsläpp.

• Nya Mirai bygger på Toyotas modulära plattform GA-L, som möjliggör förbättrad paketering och ett rymligare passagerarutrymme med plats för fem personer
• Den nya plattformen har givit utrymme för en ytterligare (tredje) vätgastank, vilket bidrar till att räckvidden ökats med 30 procent till cirka 65 mil
• Fokus på skapa en bil som utöver miljöegenskaperna även lockar med känslor tack vare ny design och körkvalitet
• Helt nykonstruerat bränslecellssystem med markant minksning av både storlek och vikt på alla grundläggande komponenter
• Med en nykonstruerad drivlina i plattformen GA-L uppnås 50/50 viktfördelning
• Toyota siktar på att tiofaldiga den globala försäljningen av Mirai

I Toyotas vision för ett framtida hållbart samhälle är vätgas en energikälla som är både genomförbar och möjlig att framställa i stor mängd. Med vätgas går det att uppnå transporter med nollutsläpp, och inte bara i fordon på väg utan även på järnväg samt i båtar och flygplan. Dessutom kan vätgas generera kraft till industrier, affärsverksamheter och bostäder. Vätgas är även effektiv som lagring av förnyelsebar energi eftersom den kan transporteras dit den behövs.

Toyota började utveckla vätgasdrivna bränslecellsfordon 1992 och introducerade Mirai på marknaden 2014. Detta genombrott baserades på företagets världsledande erfarenhet av hybridfordon, en teknik som bildar bas för en lång rad olika elektrifierade drivlinor.

Grundkonceptet för hybridtekniken har framgångsrikt använts för självladdande hybrider, laddhybrider, batterielektriska bilar och – med start i Mirai – bränslecellselektriska bilar. Varje teknik har kvaliteter lämpliga för olika mobilitetsbehov. Batterielektriska bilar för kortare pendling och körnings i storstadsmiljöer, självladdande hybrider och laddhybrider för en blandning av stads- och långkörning, bränslecellsteknik för större och tyngre personbilar, tunga fordon samt kollektivtrafik.

Nu debuterar en ny generation Mirai i form av en bil som tar bränslecellstekniken till en högre nivå och erbjuder en helt ny modern stil och mer belönande körupplevelse. Ett helt nykonstruerat bränslecellssystem, smart paketering och effektiv aerodynamik bidrar till att räckvidden är cirka 650 km – med rent vatten som det enda utsläppet.

Prestanda och design

Med utvecklingen av nya Mirai var Toyota fast beslutet att förbättra varje del för att öka bilens attraktionsvärde, alltifrån prestanda till hur den ser ut och känns att köra.

En viktig prioritering har varit att öka räckvidden jämfört med första generationen Mirai och överträffa samtliga batterielektriska bilar. Ökad effekt och större vätgaskapacitet, förbättrad effektivitet och bättre aerodynamik är egenskaper som alla bidrar till att räckvidden ökats med 30 procent till cirka 650 km. Det gör att Mirai har genuin kapacitet för långa resor.

Paketeringen har också förbättrats markant tack vare att nya Mirai baseras på Toyotas modulära plattform GA-L. Ett effektivare och mer välbalanserat arrangemang för bränslecellsdrivlinan, där det tydligaste är att bränslecellsstacken flyttats från under passagerarutrymmet till bilens front. Det gör att interiören är rymligare och har plats för fem personer med förbättrat benutrymme för passagerarna i baksätet.

Nya Mirai har även mer attraktiva proportioner. Bilens höjd har minskats med 65 mm till 1 470 mm medan hjulbasen har ökats med 140 mm till 2 920 mm. Det bakre överhänget är 85 mm längre och bilens totallängd är nu 4 975 mm. Spårvidden har ökats med 75 mm och hjulen har 19 eller 20 tums diameter. Detta sammantaget gör att Mirai har en mer kraftfull hållning och att bilens de facto lägre tyngdpunkt syns med blotta ögat.

Lockar med nya känslor

Ett stort mål har varit att nya Mirai ska locka inte bara med klokskap utan även med känslor. En bil som människor attraheras tack vare dess utseende och hur den känns att köra lika mycket som för dess miljöprestanda. Den nya plattformen GA-L och Toyotas framsteg inom bränslecellsteknik har möjliggjort detta.

Plattformen GA-L

Med den nya plattformen GA-L har komponenterna för bränslecellsstacken och drivlinan i övrigt kunnat paketeras på ett sätt som möjliggör effektivare utnyttjande av bilens utrymmen. Resultatet är bland annat en rymligare kupé med fem sittplatser och chassibalans. Men det mest slående är att det skapat utrymme för en tredje vätgastank, som ökar kapaciteten och räckvidden med 30 procent.

Tankarna är arrangerade i en ”T-form”, där den den längsta är placerad i längsled centralt under golvet. Två mindre tankar finns under baksätet och bagageutrymmet. Tillsammans rymmer de 5,6 kg vätgas, jämfört med 4,6 kg i tidigare Mirai med två tankar. Placeringen av tankarna bidrar till bilens låga tyngdpunkt och tvingar inte fram några kompromisser vad gäller lastkapaciteten.

Den nya arkitekturen med ger även att den helt nyutvecklade bränslecellen har kunnat flyttas från den tidigare positionen under golvet till utrymmet i bilens front (där motorn sitter i en traditionell bil), medan det nya, kompaktare högspänningsbatteriet och den elektriska motorn sitter ovanpå bakaxeln. Som förklaras längre fram har drivlinans layout optimerats för att ge nya Mirai en viktfördelning på 50/50.

Tankarna har en starkare, flerlagerskonstruktion och är mycket vikteffektiva. Vätgasen står för 6 procent av den sammanlagda vikten för bränslet och tankarna.

Ny bränslecellsstack

Toyotas nya bränslecellsstack och bränslecellens kraftomvandlare (FCPC) har utvecklats speciellt för användning i GA-L. Konstruktörerna har kunnat sammanföra alla komponenter inom en ram (inklusive vattenpumpar, kylare, luftkonditionering och luftkompressor samt recirkulationspumpen för vätgas) tack vare att varje del gjorts mindre och lättare samtidigt som prestandan har förbättrats. Stackens skal har kunnat göras mindre tack vare användning av så kallad friktionssvetsning (Friction Stir Welding), vilket medför att glappet mellan bränslecellen och skalet kunnat minskas.

Bränslecellsstacken använder solid polymer, precis som i tidigare Mirai, men har gjorts mindre och har färre celler (330 istället för 370). Trots det sätter den nytt rekord för specifik effektdensitet med 5,4 kW/l. Den maximala effekten har ökat från 114 till 128 kW. Prestandan i kall väderlek har förbättrats och kallstarter i -30 grader Celsius är möjliga.

Genom att koncentrera alla kopplingar i systemet inom ett skal har färre komponenter krävts vilket också bidrar till att spara vikt och utrymme.

Genom att fokusera på innovation och förbättring av varje komponent har en viktminskning på 50 procent kunnat kombineras med en effektökning på 12 procent.

I enheten ingår även en DC-DC-omvandlare (FDC) och modulära högspänningskomponenter., som bidrar till en storleksminskning på 21 procent jämfört med det tidigare systemet. Vikten har minskats med 2,9 kg till 25,5 kg. Avancerad teknik har bidragit till utrymmesbesparingen, där Toyota för första gången har använt nästa generations kiselkarbid för halvledarna i det som kallas ”intelligent power model transistors” (IPM). Detta möjliggör en ökning av effektuttaget parat med lägre förbrukning och användning av färre transistorer, vilket i sin tur leder till kompaktare format.

Samma tillvägagångssätt har använts för att spara vikt och utrymme i andra delar av bränslecellsstacken. Luftintaget är konstruerat för lägre tryckförluster och innehåller ljudabsorberande material så att bullret från insuget inte alls hörs i kupéutrymmet. Avgasröret är gjort av harts och konstruerat för att tillåta en stor mängd luft och vatten att transporteras bort. En ljuddämpare med större kapacitet bidrar till en tystare kupé. Det kompletta luftsystemet är 30 procent mindre än i tidigare Mirai och väger ungefär en tredjedel mindre (34,4 procent).

Litiumjon-batteri

Nya Mirai är utrustad med ett litiumjon-batteri av högspänningstyp, istället för den utgående modellens nickelmetallhydrid-batteri. Trots mindre storlek kan det bära mer energi, ge högre uteffekt och överlägsna miljöprestanda. Det består av 84 celler och håller 310,8 volt jämfört med 244,8 samt 6,5 Ah jämfört med 4,0 Ah.

Vikten har minskats från 46,9 till 44,6 kg. Effekten har ökats från 25,5 kW x 10 sekunder till 31,5 x 10 sekunder.

Batteriets kompaktare format har gjort att det kunnat placeras bakom baksätet. En optimerad luftkylning har konstruerats, med diskreta luftintag på vardera sidan om baksätet.

Sportiga köregenskaper

Plattformen GA-L ger nya Mirai fundamentala fördelar i fråga om låg viktfördelning, förbättrat tröghetsmoment och väsentligt högre karosstyvhet. Allt detta bidrar till överlägsna köregenskaper.

Med bränslecellsstacken flyttad från under golvet till det ordinarie motorrummet och batteriet samt elmotorn placerade i bilens bakparti har en viktfördelning på 50/50 uppnåtts. Det ger en grundläggande stabilitet.

Karossens styvhet har ökats med strategiska förstärkningar och rikligare användning av karosslim och lasersvetsning.

Den nya plattformen har även multilänkhjulupphängning både fram och bak, istället för som tidigare MacPherson fjäderben fram och torsionsaxel bak. Denna lösning ger bättre stabilitet, kontroll och rullkomfort. Bland detaljerna kan nämnas grövre krängningshämmare och optimerad fjädring som förbättrar både respons och stabilitet.

Ytterligare förbättringar kommer av de större däcken och fälgarna på nya Mirai. 19- och 20-tumshjulen är skodda med däck i dimensionen 235/55 R19 respektive 245/45 R20 med lågt rullmotstånd, låg bullernivå och som bidrar till både låg bränsleförbrukning, bra väghållning och låg ljudnivå.

Bilens förbättrade aerodynamik, med lägre taklinje och full inkapsling av undersidan samt lägre luftmotståndskoefficient har en stor del i både väghållning och stabilitet samt längre räckvidd.

Köregenskaperna i nya Mirai är förbättrade på alla punkter. Den högre effekten som produceras av den nya bränslecellsstacken och det nya batteriet ger mjuk, linjär acceleration från stillastående som harmonierar perfekt med förarens gaspådrag. Motorvägskörning är avkopplande med excellent respons i alla hastigheter. På vindlande landsvägar ger Mirai rejäl acceleration ut ur kurvorna

Renar luften medan du kör

De miljömässiga fördelarna med att köra nya Toyota Mirai går längre än bara ”nollutsläpp” och handlar snarare om ”negativa utsläppsnivåer”, bilen renar luften medan den körs.

En Toyotauppfinning, ett filter av katalysatortyp, är monterat i luftintaget. När luften sugs in i bilen till bränslecellen fångas mikroskopiska partiklar och föroreningar av ett elektriskt laddat filter av fiberduk. Bland ämnen som fångas kan nämnas svaveldioxid (SO2) kväveoxid (NOx) och partiklar PM 2.5. Systemet kan ta bort 90–100 procent av partiklarna mellan 0 och 2,5 mikroner (diameter).

Målet är tiofaldigad försäljning

Toyota siktar på att tiofaldiga försäljningen. Denna tillväxt underbyggs av nya Mirais förbättrade prestanda och starkare attraktionskraft samt ett väsentligt lägre pris, cirka 20 procent lägre än för den utgående modellen.

De praktiska aspekterna med att äga och köra en bränslecellsbil kommer stadigt att öka när olika marknader förbättrar infrastrukturen för vätgas, antalet tankstationer samt att regeringar och lokala myndigheter introducerar stimulansåtgärder och regleringar för renare transporter.