Segunda generación de la revolucionaria berlina eléctrica de pila de combustible de hidrógeno, sin emisiones, de Toyota.
Toyota se propone multiplicar por 10 las ventas mundiales del Mirai en los próximos años.
La visión de Toyota de una sociedad futura sostenible basada en el hidrógeno reconoce el valor de este vector energético como recurso viable y abundante para transportar y almacenar energía. Tiene el potencial de posibilitar una movilidad sin emisiones de dióxido de carbono, no solo en el transporte rodado, sino también en trenes, barcos y aviones, y de generar energía para la industria, las empresas y los hogares. Es además un medio muy eficiente para almacenar energía renovable y se puede transportar allá donde haga falta.
Toyota comenzó a trabajar en el desarrollo de un vehículo eléctrico de pila de combustible en 1992. Y lanzó a nivel global su berlina de pila de combustible, el Toyota Mirai, en 2014. Ese logro sin precedentes fue posible gracias a la experiencia líder en el mundo de Toyota en tecnología híbrida eléctrica, que es la base para un amplio abanico de sistemas de propulsión de vehículos electrificados.
El Concepto básico de la Energía híbrida de Toyota se ha ido Adaptando a la Producción de Vehículos Híbridos eléctricos - vehículos eléctricos híbridos (HEV) -, Híbridos Enchufables - Plug-in Hybrid Electric (PHEV) -, eléctricos de Bateria - batería de los vehículos eléctricos ( BEV) - y, a partir del Mirai, eléctricos de pila de combustible - Vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) -. Cada uno de ellos presenta cualidades que se ajustan a distintos requisitos de movilidad: por ejemplo, los BEV son ideales para recorridos más cortos y principalmente urbanos; los HEV y PHEV están más indicados para todo tipo de trayectos, incluidos viajes de distancias más largas, y los FCEV pueden ser turismos más grandes y pesados, vehículos industriales, de mayor tonelaje, y diferentes soluciones de transporte público.
Ahora ve la luz una nueva generación del Mirai, un vehículo que eleva la tecnología FCEV a nuevas cotas y apela más directamente a las emociones, tanto por su estilo dinámico y contemporáneo como por ofrecer una experiencia más gratificante al volante. Gracias a un sistema de pila de combustible ampliamente rediseñado, una configuración muy inteligente y una mayor eficiencia aerodinámica, su autonomía se acerca a los 650 km, sin más emisiones que agua.
Mejoras del rendimiento y el diseño
Durante el proceso de desarrollo del nuevo Mirai, Toyota apostó por introducir mejoras generalizadas para aumentar su atractivo, desde sus prestaciones a su imagen y tacto de conducción.
Una de las prioridades ha sido mejorar su autonomía con relación al modelo de primera generación e ir más allá de las distancias que suelen cubrir con vehículos eléctricos de batería. Su mayor potencia y capacidad de almacenamiento de hidrógeno, su eficiencia superior y su mejor rendimiento aerodinámico requiere incrementar la autonomía alrededor del 30%, hasta unos 650 km, que otorgan al nuevo Mirai la capacidad de cubrir largas distancias.
El diseño estructural también ha mejorado considerablemente con su desarrollo sobre la plataforma modular GA-L de Toyota, que equipan modelos como el Toyota Crown —mercado japonés— o el Lexus LS. Gracias a una disposición más eficiente y equilibrada del nuevo sistema de propulsión, sobre todo por el desplazamiento del grupo de pila de combustible desde la parte inferior de la zona delantera del habitáculo al compartimento motor, el interior de cinco plazas resulta más amplio, con más espacio para las piernas de los pasajeros traseros.
Además, el nuevo Mirai hace gala de unas proporciones más atractivas: la altura total se ha reducido 65 mm, hasta los 1.470 mm, mientras que la distancia entre ejes se ha incrementado 140 mm, hasta los 2.920 mm. Teniendo en cuenta los 85 mm adicionales del voladizo trasero, la longitud total del vehículo alcanza ahora los 4.975 mm.
Por otra parte, el incremento de 75 mm del ancho de vía y el uso de unas llantas más grandes, de 19 y 20 pulgadas, potencian la presencia más baja y dinámica del vehículo, así como a la percepción visual del centro de gravedad más bajo del nuevo Mirai.
Uno de los principales objetivos del nuevo Mirai ha sido el de apelar más directamente a las emociones, siendo un vehículo por el que la gente se sentirá atraída tanto por su imagen como por la experiencia al volante, así como por su respeto al medio ambiente. La nueva plataforma GA-L y los avances de Toyota en las tecnologías de FCEV lo han hecho posible.
Plataforma GA-L
La adopción de la plataforma GA-L ha permitido reubicar la pila de combustible y la transmisión de forma que se aproveche mejor el espacio. El resultado es un habitáculo de cinco plazas más espacioso y un mejor equilibrio del chasis. Y, lo que quizás sea más importante, dispone de espacio para tres depósitos de hidrógeno a alta presión, lo que aumenta la capacidad de almacenamiento y la autonomía en un 30%.
Los depósitos están colocados en forma de 'T': el más largo recorre longitudinalmente el centro del nuevo Mirai, bajo el suelo, y otros dos más pequeños están dispuestos lateralmente bajo los asientos traseros y el maletero. En total, caben en ellos 5,6 kg de hidrógeno, en comparación con los 4,6 kg de los dos depósitos del Mirai de 2014. Su posición contribuye a rebajar el centro de gravedad y evita tener que sacrificar el espacio del maletero.
Por otra parte, la nueva arquitectura permite desplazar la nueva pila de combustible de hidrógeno de su ubicación actual, bajo el suelo, al compartimento frontal, que equivaldría al compartimento del motor, mientras que la batería de alto voltaje, aún más compacta, y el motor eléctrico están situados encima del eje posterior. La disposición del sistema motor se ha optimizado para otorgar al nuevo Mirai una distribución del peso ideal, de 50:50 entre el eje delantero y el trasero.
Los depósitos presentan una estructura multicapa más resistente y una gran eficiencia en términos de peso; de hecho el peso total de los 3 depósitos cargados con hidrógeno es de apenas 100kg.
Nuevo grupo de pila de combustible
El nuevo grupo de pila de combustible y el nuevo convertidor eléctrico de la pila de combustible - Fuel Cell Power Converter (FCPC) - de Toyota han sido desarrollado expresamente para su uso con la plataforma GA-L. Los diseñadores han obtenido todos los elementos en el bastidor, incluidas las bombas hidráulicas, el intercambiador de calor, el sistema de climatización, los compresores de aire y la bomba de recculairción de hidrógeno. Todos los componentes son ahora más pequeños y ligeros, y al mismo tiempo su rendimiento ha mejorado. La propia carcasa del grupo de pila de combustible es también más pequeña gracias al uso de soldadura por fricción batida - Friction Stir Welding (FSW) -, que reduce el espacio entre la pila de combustible y su envoltura.
La pila de combustible emplea un polímero sólido, como en el Mirai actual, pero ahora es más pequeño y tiene menos celdas: 330 en lugar de 370. Sin embargo, alcanza un nuevo récord de densidad energética específica, con 5,4 kW / l , superando los 3,5 kW / l de la primera generación de Mirai. Así, la potencia máxima se ha incrementado desde los 114 kW a los 128 kW. Asimismo, ha mejorado el rendimiento a baja temperatura, y ahora se puede arrancar a temperaturas de hasta -30˚C. Al concentrar las conexiones del sistema dentro de la carcasa, se necesitan menos componentes, lo que también permite ahorrar espacio y peso.
La prioridad otorgada a la innovación y la mejora en todos los componentes ha hecho posible una reducción del 50% del peso y, sin embargo, se ha logrado un 12% más de potencia. Entre las nuevas medidas destaca la reubicación del colector, la reducción del tamaño y el peso de las celdas, la optimización de la forma del separador del canal de gas y el uso de materiales innovadores en los electrodos.
La unidad incorpora además el convertidor CC-CC de la pila de combustible - Fuel Cell DC-DC Converter (FDC) - y componentes modulares de alto voltaje, que también pesan un 21% menos que en el sistema actual. Así, el peso se ha reducido 2,9 kg, hasta los 25,5 kg. La tecnología avanzada también ha ayudado a ahorrar espacio, y de hecho es la primera vez que Toyota utiliza un material semiconductor de carburo de silicio de nueva generación en el módulo de alimentación inteligente - Intelligent Power Model (IPM) -. El resultado es una mayor potencia y un menor consumo de combustible.
En otros componentes del grupo de pila de combustible se ha aplicado el mismo planteamiento de reducción de tamaño y peso. La entrada de aire se ha diseñado para minimizar las pérdidas de presión, y contiene materiales de aislamiento acústico para que el ruido no llegue al habitáculo. El escape utiliza un conducto de resina y ha sido diseñado para permitir descargar una gran cantidad de aire y agua. Asimismo, la mayor capacidad del silenciador contribuye a reducir el ruido en el habitáculo. Globalmente, todo el sistema de aire es casi un 30% más pequeño que en el Mirai actual, y pesa un 34,4% menos.
Batería de ion-litio
El nuevo Mirai cuenta con una batería de ion-litio de alto voltaje, en el lugar de la unidad de níquel-metal hidruro del modelo actual. A pesar de ser más pequeña, tiene una mayor densidad energética, por lo que genera una potencia superior y ofrece un mayor respeto al medio ambiente. Con un total de 84 celdas, tiene un voltaje nominal de 310,8 V y una capacidad de 6,5 Ah, frente a los 244,8 V y 4,0 Ah del modelo actual. El peso total ha disminuido de 46,9 a 44,6 kg y la potencia ha aumentado de 25,5 kW x 10 segundos a 31,5 kW x 10 segundos.
Gracias a sus menores dimensiones, la batería se ha podido colocar detrás de los asientos traseros, sin restar espacio al maletero. También se ha diseñado un circuito optimizado de refrigeración por aire, con unas discretas entradas a ambos lados de los asientos traseros.
Rendimiento dinámico
La adopción de la plataforma GA-L para el nuevo Mirai confiere al vehículo ventajas sustanciales, como un centro de gravedad más bajo, un mejor tacto de conducción y una carrocería considerablemente más rígida. Todo ello contribuirá a alcanzar un rendimiento dinámico superior.
Al desplazar la pila de combustible de debajo del suelo al compartimento frontal y ubicar la batería y el motor eléctrico detrás, se ha obtenido una distribución ideal del peso: 50:50 entre el eje delantero y el trasero. Ello perite al Mirai disponer de las mismas características fundamentales en cuanto a estabilidad de un vehículo con motor delantero y propulsión trasera clásico.
La rigidez de la carrocería se ha incrementado gracias al uso de soportes y refuerzos estratégicos, a la aplicación más generalizada de adhesivos en la carrocería y al uso de soldadura láser en la tornillería.
La nueva plataforma también incorpora una nueva suspensión delantera y trasera multibrazo, en el lugar de la disposición anterior con MacPherson delante y eje torsional detrás. La configuración multibrazo en ambos ejes proporciona un elevado nivel de estabilidad, control y confort de marcha. Otros detalles destacables son el uso de barras estabilizadoras, la ubicación óptima de las juntas esféricas superiores e inferiores y la mayor rigidez global de la suspensión, que dan como resultado una mejor respuesta y una mayor estabilidad.
El uso de llantas y neumáticos más grandes en el nuevo Mirai también ofrece ventajas adicionales. Las llantas de 19 y 20 pulgadas se montan con neumáticos 235/55 R19 y 245/45 R20, respectivamente, con una baja resistencia a la rodadura y un funcionamiento silencioso, que a menos una mayor eficiencia ya mejorar el tacto de la conducción, la estabilidad y el silencio en el habitáculo. El uso de llantas y neumáticos de gran diámetro permite además disponer del espacio necesario para los tres depósitos de hidrógeno.
El comportamiento aerodinámico mejorado del Mirai, con un techo más bajo, una cubierta inferior completa y un menor coeficiente de resistencia, también contribuye a mejorar el tacto de la conducción y la estabilidad, así como a incrementar la autonomía.
El nuevo Mirai también sorprende con su tacto de conducción mejorado. La potencia adicional que genera el grupo de pila de combustible y la batería se aprovecha para ofrecer un arranque suave y lineal, con una aceleración en sintonía con el uso del pedal por parte del conductor. La conducción por autopista es tranquila y sin preocupaciones, con una excelente respuesta disponible a cualquier velocidad. Al circular por carreteras de curvas, el aplomo del Mirai se combina con una buena aceleración al salir de cada viraje.
Un aire más limpio al conducir
El impacto beneficioso sobre el medio ambiente de conducir el Toyota Mirai va más allá de la ausencia de emisiones, y genera de hecho unas 'emisiones negativas': en la práctica, el vehículo limpia el aire al circular. La entrada de aire cuenta con un filtro de tipo catalizador, una innovación de Toyota. Al entrar el aire en el vehículo para alimentar la pila de combustible, la carga eléctrica del filtro de tela no tejida captura las partículas microscópicas contaminantes, como dióxido de azufre (SO2), óxido de nitrógeno (NOx) y partículas PM2,5.
El sistema consigue eliminar entre el 90 y el 100% de las partículas de entre 0 y 2,5 micras de diámetro del aire que pasa por el sistema de pila de combustible.
El objetivo, multiplicar por 10 las ventas
Con el lanzamiento del nuevo Mirai, Toyota buscará una mayor penetración en el mercado, hasta multiplicar por 10 el volumen de ventas. Ese crecimiento se fundamentará en el rendimiento superior y el mayor atractivo para los clientes del nuevo modelo, en gran parte por resultar además un vehículo más asequible, con un precio de venta alrededor de un 20% inferior.
Conducir un FCEV también será cada vez más práctico, a medida que los mercados vayan mejorando su infraestructura de hidrógeno, aumente el número de estaciones de repostaje y los gobiernos y autoridades locales introduzcan nuevos incentivos y normativas para una movilidad más limpia.
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