- Seconda generazione del rivoluzionario veicolo elettrico privo di emissioni con propulsione a celle a combustibile e idrogeno.
- Costruita sulla nuova piattaforma modulare GA-L che consente la realizzazione di un abitacolo spazioso a 5 posti grazie a una nuova configurazione
- Integrazione di un terzo serbatoio di idrogeno e quindi un’autonomia accresciuta del 30%, ora di ca. 650 km, grazie alla nuova piattaforma
- Oltre alle qualità ecologiche, la progettazione si è focalizzata sul fascino più emotivo del design e delle caratteristiche di guida
- Sistema a celle a combustibile di nuova concezione con componenti più piccoli e leggeri
- Perfetta ripartizione del peso di 50:50 con il nuovo motore elettrico a celle a combustibile sulla piattaforma GA-L
- A livello mondiale, Toyota prevede di aumentare di 10 volte le vendite della Mirai
Nel 1992 Toyota ha iniziato lo sviluppo di un veicolo elettrico a idrogeno/celle a combustibile e nel 2014 ha presentato la Mirai per il mercato globale. Questa realizzazione pionieristica si basava sull’esperienza leader a livello mondiale acquisita con la tecnologia ibrida, tecnologia rivelatasi fondamentale per una serie di propulsioni elettrificate di vario genere.
Il concetto alla base della prestazione ibrida è stato adattato con successo per veicoli ibridi elettrici (HEV), ibridi elettrici plug-in (PHEV), elettrici a batteria (BEV) ed elettrici a celle a combustibile (FCEV). Ognuno di questi tipi di veicoli risponde a varie esigenze di trasporto: BEV per tragitti brevi e il traffico urbano, HEV e PHEV per distanze più lunghe nel normale trasporto di persone e FCEV per veicoli più grandi come pure per il traffico pesante e i mezzi di trasporto pubblici.
Ora Toyota presenta la nuova generazione Mirai – un’automobile che eleva la tecnologia FCEV a un livello superiore, che sfoggia fascino e suscita emozioni con un design e caratteristiche di guida dinamiche. Il sistema a celle a combustibile completamente rinnovato, la configurazione intelligente e l’efficienza aerodinamica permettono un’autonomia aumentata a ca. 650 km; con l’acqua come unica emissione.
Prestazioni e design migliorati
In fase di sviluppo della nuova Mirai, Toyota ha prestato particolare attenzione al fascino generale dell’auto, sia dal profilo delle prestazioni sia dell’aspetto esteriore, come pure alle sensazioni e alle caratteristiche di guida.
Una delle priorità riguardava una maggiore autonomia rispetto all’attuale modello e agli attuali veicoli elettrici a batteria. La capacità aumentata del serbatoio di idrogeno, maggiore efficienza e aerodinamica affinata hanno permesso di aumentare del 30% l’autonomia, ora a ca. 650 km. La Mirai è pertanto a pieno titolo un’automobile per lunghi tragitti.
La configurazione della nuova Mirai, con la disposizione compatta dei componenti del veicolo, è nettamente migliorata mediante l’uso della piattaforma modulare GA-L. La nuova configurazione del sistema propulsivo FCEV – in particolare il posizionamento della pila a combustibile nella parte anteriore anziché sotto il pianale – crea uno spazioso abitacolo a cinque posti con più spazio per le gambe per i passeggeri dietro.
La nuova Mirai sfoggia anche proporzioni attraenti: l’altezza è stata ridotta di 65 mm a 1470 mm, mentre il passo è aumentato di 140 mm a 2920 mm. La lunghezza totale è ora di 4975 mm con un aumento di 85 mm dello sbalzo posteriore. La carreggiata più larga di 75 mm e i cerchi da 19 o 20 pollici creano un’immagine più dinamica e lasciano intuire il baricentro basso.
Più fascino emotivo
Un obiettivo essenziale nello sviluppo della nuova Mirai era conferire all’auto un fascino maggiormente emotivo per renderla un veicolo che i clienti scelgono non solo per le sue qualità ecologiche, ma anche per il suo aspetto e le sensazioni che regala al volante. La nuova piattaforma GA-L e i progressi nella tecnologia FCEV hanno spianato la strada a nuove possibilità.
Piattaforma GA-L
L’uso della piattaforma GA-L rende possibile una configurazione compatta della pila a celle a combustibile e dei componenti propulsivi. Il risultato è una spaziosa cabina a cinque posti e una ripartizione del peso ottimizzata. In particolare la nuova configurazione permette l’integrazione di tre serbatoi di idrogeno, per cui la maggiore capacità di carburante aumenta l’autonomia del 30%.
I serbatoi sono posizionati in configurazione a T. Il più grande si trova in posizione longitudinale al centro dell’auto, mentre i due più piccoli sono installati lateralmente sotto i sedili posteriori e il bagagliaio. La capacità complessiva è di 5,6 kg di idrogeno rispetto ai 4,6 kg dei due serbatoi del modello precedente. La disposizione dei serbatoi contribuisce a ottenere un baricentro basso e non riduce lo spazio utile.
La nuova architettura permette inoltre di installare nella parte anteriore, anziché sotto il pianale dell’auto, la pila a celle a combustibile completamente rinnovata (analogamente al vano motore), mentre la batteria ad alta tensione più compatta e il motore elettrico sono posizionati sopra l’asse posteriore. Come spiegato in seguito, la configurazione ottimizzata del sistema propulsivo crea una ripartizione del peso di 50:50 tra anteriore e posteriore.
I serbatoi sono stati progettati con una costruzione più solida, multistrato e leggera – la percentuale di peso dell’idrogeno è pari al 6% dei serbatoi pieni.
Nuova pila a celle a combustibile
La nuova pila a celle a combustibile e il nuovo convertitore di potenza a celle a combustibile (FCPC) sono stati appositamente concepiti per l’utilizzo con la piattaforma GA-L. I progettisti sono riusciti a riunire tutti gli elementi nell’involucro della pila: pompe dell’acqua, intercooler, aria condizionata con compressori e la pompa di ricircolo dell’idrogeno. Tutti i componenti sono più piccoli e più leggeri e al tempo stesso più performanti. L’involucro della pila stessa è stato reso più piccolo utilizzando la saldatura per attrito allo stato solido e riducendo la distanza tra le celle a combustibile e la parete dell’involucro.
La pila a celle a combustibile è realizzata con un polimero solido come nell’attuale Mirai, tuttavia più piccola e con solo 330 celle anziché le precedenti 370. Ciò nonostante stabilisce un nuovo record per la densità di potenza specifica di 5,4 kW (escluse le piastre terminali). La potenza massima è aumentata da 114 a 128 kW e le prestazioni in condizioni di basse temperature sono state migliorate, per cui ora è possibile avviare il sistema a partire da -30°C.
La concentrazione delle connessioni dei sistemi all’interno dell’involucro ha reso superflui alcuni componenti e questo a sua volta fa risparmiare ulteriore peso.
Grazie all’attenzione incentrata sull’innovazione e l’ottimizzazione di tutti i componenti è stato possibile ridurre il peso del 50% e al tempo stesso aumentare la potenza del 12%. Le nuove misure includono il riposizionamento del collettore, celle più piccole e leggere mediante la forma ottimizzata del separatore di canale del gas e l’utilizzo di materiali innovativi negli elettrodi.
L’unità incorpora anche il convertitore DC-DC delle celle a combustibile (FDC) e parti modulari dell’alta tensione, il che riduce le dimensioni del 21% rispetto all’attuale sistema. Il peso è stato ridotto di 2,9 kg ed è ora di 25,5 kg. Tutto ciò è stato possibile grazie a nuove tecnologie come il primo utilizzo di un materiale semiconduttore al carburo di silicio di nuovo tipo per i transistor del modulo di potenza intelligente (IPM). Questa soluzione ha permesso di aumentare la potenza e di ridurre le perdite di potenza utilizzando meno transistor e quindi un convertitore di potenza più piccolo.
Riduzioni di dimensioni e di peso sono state realizzate anche per altri componenti della pila. La presa d’aria è progettata per ridurre al minimo la perdita di pressione e include materiale fonoassorbente, per cui il rumore proveniente dalla presa d’aria è pressoché impercettibile nell’abitacolo. L’impianto di scarico utilizza un terminale in resina sintetica ed è progettato per espellere grandi quantità di aria e di acqua, mentre un grande silenziatore di scarico contribuisce alla silenziosità dell’abitacolo. L’intero sistema dell’aria è più piccolo di quasi il 30% rispetto all’attuale Mirai e pesa il 34,4% in meno.
Batteria agli ioni di litio
La nuova Mirai è equipaggiata con una batteria ad alta tensione agli ioni di litio anziché con l’unità al nichel-metallo idruro impiegata finora. Benché più piccola, ha una densità energetica maggiore, è più potente e più ecologica. Con 84 celle ha una tensione di 310,8 V rispetto ai 244,8 di prima e una capacità di 4,0 Ah contro i 6,5 Ah. Il peso è stato ridotto da 46,9 kg a 44,6 kg mentre la potenza è aumentata da 25,5 kW x 10 s a 31,5 kW x 10 s.
Grazie alle dimensioni ridotte, è stato possibile posizionare la batteria dietro ai sedili posteriori senza compromettere le dimensioni del bagagliaio. Anche il passaggio dell’aria di raffreddamento è stato ottimizzato con due prese d’aria discrete su entrambi i lati del sedile posteriore.
Caratteristiche dinamiche
L’impiego della piattaforma GA-L conferisce alla nuova Mirai vantaggi decisivi come il baricentro basso, una migliore agilità e una carrozzeria notevolmente più rigida, tutte caratteristiche che sommate realizzano un comportamento molto più dinamico.
Con l’integrazione della pila a combustibile nella parte anteriore e della batteria e del motore elettrico in quella posteriore si ottiene una ripartizione del peso di 50:50, un valore considerato ideale anche per le auto con motore anteriore.
La rigidità torsionale della sovrastruttura è stata accresciuta mediante traverse e rinforzi in punti strategici come pure con l’impiego diffuso della tecnica d’incollaggio e di saldatura a laser.
La nuova piattaforma ha permesso il montaggio di una sospensione multilink anteriore e posteriore anziché l’attuale architettura con schema MacPherson anteriore e posteriore a ruote interconnesse. Questa configurazione offre una stabilità di guida maggiore con una guidabilità eccellente e massimo comfort. Inoltre propone barre antirollio più rigide, posizione ottimizzata dei giunti sferici superiori e inferiori e un’esecuzione più rigida di tutta la sospensione; a garanzia di un comportamento su strada agile e stabile.
La Mirai trae ulteriori benefici da cerchi e pneumatici grandi. I cerchi da 19 e 20 pollici montano pneumatici 235/55 R19 o 245/45 R20 a bassa resistenza al rotolamento e poco rumorosi che contribuiscono a migliorare l’efficienza, la guidabilità, la stabilità e la silenziosità a bordo. Il diametro grande delle ruote assicura lo spazio necessario per i tre serbatoi d’idrogeno sotto il pianale dell’auto.
L’aerodinamica migliorata grazie alla silhouette più bassa, al rivestimento totale del sottoscocca e al coefficiente di resistenza aerodinamica basso, contribuisce anch’essa alle qualità di guida e all’autonomia elevata.
La Mirai convince anche per le caratteristiche di guida. Le prestazioni elevate della nuova pila a celle a combustibile e della batteria consentono uno sviluppo della potenza lineare e armonioso in partenza e una sensazione di guida eccellente con una risposta pronta quando si preme sull’acceleratore. La guida in autostrada è rilassata e senza stress con un’eccellente risposta disponibile a tutte le velocità. Sulle strade ricche di curve, la buona maneggevolezza si accompagna a un’accelerazione spontanea in uscita dalle curve.
Pulizia dell’aria strada facendo
I vantaggi ecologici della Mirai si spingono oltre la guida priva di emissioni fino alle «emissioni negative»; infatti l’auto pulisce l’aria mentre viaggia.
Un filtro di tipo catalizzatore (innovazione di Toyota) è integrato nella presa d’aria. Quando l’aria viene immessa all’interno della vettura e incanalata verso le celle a combustibile, una carica elettrica nell’elemento del filtro in tessuto cattura particelle microscopiche inquinanti tra cui biossido di zolfo (SO2), ossidi di azoto (NOx) e polveri fini PM 2.5. Il sistema rimuove dal 90 al 100 per cento delle particelle di dimensioni tra 0 e 2,5 micron dall’aria che viene immessa nel sistema a celle a combustibile.
Atteso un aumento decuplicato delle vendite
Il lancio della nuova Mirai porterà a Toyota una penetrazione del mercato nettamente maggiore con vendite 10 volte superiori a quelle attuali. Questa crescita sarà supportata dalle maggiori prestazioni e soprattutto dal fascino accresciuto del nuovo modello nonché da un prezzo di vendita ridotto di ca. il 20%.
La cerchia di clienti per un’auto FCEV si amplierà anche grazie all’infrastruttura di rifornimento dell’idrogeno in costante espansione nei vari mercati. Il numero di stazioni di servizio aumenterà e diversi incentivi e misure statali a favore di una mobilità più pulita forniranno un ulteriore stimolo.
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