Elektromobily s bateriovým pohonem (BEV) jsou vhodné k dojíždění na kratší vzdálenosti a jízdu po městě, hybridy (HEV) a plug-in hybridy (PHEV) obecně pro cestování osobními automobily na delší vzdálenost a „vodíkové“ vozy s palivovými články vyrábějícími elektrickou energii (FCEV) pro větší a těžší osobní vozy, nákladní vozidla a veřejnou dopravu.
Právě posledně jmenovaná technologie FCEV je považována za technologii budoucnosti. Z pohledu ekologie Fuel Cell Electric Vehicles - vozidla poháněná elektrickým proudem vyrobeným v palivovém článku z vodíku překračují požadavek nulových emisí až na úroveň „negativních emisí“. Vozidlo během jízdy de facto čistí vzduch.
Jejich celková ekologičnost ovšem závisí na způsobu výroby vodíku a určení pro větší osobní vozidla, užitková a nákladní, popř. pro lodní dopravu zdůvodňuje Toyota většími rozměry, složitostí a hmotnosti celé soustavy. Ta k technologii bateriového elektrovozu (BEV) přidává vysokotlaké nádrže na vodík a palivový článek Fuel Cell vyrábějící elektrický proud.
Toyota přepracovala Mirai, nová generace má mít dojezd 650 km, atraktivní vzhled a produkuje jen čistou vodu | foto: Toyota
Toyota však chce uspět s vodíkovým pohonem i u osobních automobilů a tak přepracovala první generaci vozidla Mirai a nová generace se chlubí dojezdem 650 km na jedno natankování a má velmi atraktivní vzhled, přičemž vozidlo neprodukuje jiné emise než čistou vodu.
Toyota přepracovala Mirai, nová generace má mít dojezd 650 km, atraktivní vzhled a produkuje jen čistou vodu | foto: Toyota
Tohoto výsledku bylo dosaženo díky od základu přepracovanému systému palivových článků, chytrému obestavění prostoru a vynikající aerodynamice zcela nové karoserie. Podívejme se detailně co všechno se na nové generaci Mirai díky trpělivé a soustavné vývojové práci změnilo.
Výkon i design
Prioritou bylo prodloužit jízdní dosah oproti modelu první generace, resp. nad úroveň typicky vykazovanou elektromobily s bateriovým pohonem.
K prodloužení dojezdu o 30 % na cca 650 km napomohlo zvýšení výkonu společně se zvětšením kapacity zásobníků na vodík, snížením spotřeby a zlepšením aerodynamiky. Nová Toyota Mirai tak dokáže překonávat i dlouhé vzdálenosti bez obav z krátkého dojezdu.
Toyota Mirai 2. generace | foto: Toyota
Nová Toyota Mirai je postavena na modulární podvozkové platformě Toyota GA-L se znatelně lepším obestavěním prostoru. Díky efektivnějšímu a vyváženému uspořádání nového hnacího ústrojí FCEV – zejména přesunutí sady palivových článků z prostoru pod kabinou na příď vozidla – bylo možné vytvořit prostornější pětimístnou kabinu s nárůstem místa pro nohy zadních pasažérů.
Toyota Mirai 2. generace | foto: Toyota
Mirai se rovněž chlubí atraktivnějšími vnějšími proporcemi: vozidlo se celkově snížilo o 65 mm na 1 470 mm a současně se o 140 mm protáhl rozvor náprav (na 2 920 mm). Prodloužením zadního převisu karoserie o 85 mm narostla celková délka vozidla na 4 975 mm. Zvětšení rozchodu kol o 75 mm a použití větších kol (19 nebo 20") nové Toyoty Mirai přineslo dynamičtější postoj a opticky nižší těžiště.
Toyota Mirai 2. generace | foto: Toyota
Jedním z hlavních cílů nové Toyoty Mirai bylo vytvořit vůz, který zaujme nejen ekologickými parametry, ale i svým vzhledem a tím, jak jezdí.
K tomu napomohla nová podvozková platforma GA-L a pokroky technologie FCEV od Toyoty.
Podvozková platforma GA-L
Díky platformě GA-L bylo možné změnit zástavbu sady palivových článků a součástí hnacího ústrojí ve prospěch efektivnějšího využití prostoru.
Výsledkem je prostornější pětimístná kabina a lepší vyvážení podvozku. Pravděpodobně nejdůležitější je možnost zabudovat hned tři vysokotlaké zásobníky vodíku, a zvýšit tak objem paliva i jízdní dosah vozidla – o plných 30 %.
Toyota Mirai 2. generace | foto: Toyota
Zásobníky jsou uspořádány do tvaru „T“ – nejdelší je podélně uprostřed pod podlahou vozidla, dva menší zásobníky jsou příčně pod zadními sedadly a zavazadlovým prostorem. Nádrže dohromady pojmou 5,6 kg vodíkového paliva. Umístění zásobníků napomohlo snížit těžiště vozu bez zasahování do prostoru pro zavazadla.
Toyota Mirai 2. generace | foto: Toyota
Nová architektura rovněž dovolila přesunout zbrusu nový vodíkový palivový článek z prostoru pod podlahou vozu na příď vozidla (kde je typicky motorový prostor), zatímco kompaktnější vysokonapěťová baterie společně s elektromotorem našla místo nad zadní nápravou.
Toyota chlubí rozložením hmotnosti mezi přední a zadní nápravou v poměru 50:50.
Nová sada palivových článků
Speciálně k nasazení na platformě GA-L vyvinula Toyota novou sadu palivových článků společně s měničem energie palivových článků (FCPC). Všechny nezbytné prvky dokázali konstruktéři spojit do jediného bloku (vč. vodních čerpadel, mezichladiče, klimatizace, vzduchových kompresorů a vodíkového recirkulačního čerpadla); všechny součásti jsou nyní menší a lehčí, což se zároveň odrazilo v lepších výkonových schopnostech.
Sada palivových článků využívá tuhý polymerní elektrolyt a obsahuje menší počet článků (330 namísto 370). I tak však vykazuje rekordně vysokou měrnou energetickou hustotu na úrovni 5,4 kW/l. Maximum výkonu tak narostlo ze 114 na 128 kW. Zlepšení se týká i schopnosti provozu za mrazivých teplot – nastartovat vůz je nyní možné již od -30 °C.
Zaměření na inovace a zlepšení každé jednotlivé součásti přineslo 50% pokles hmotnosti, avšak při současném nárůstu výkonu o 12 %. Z nově provedených opatření jmenujme přemístění sběrného potrubí, zmenšení rozměru a hmotnosti článků, optimalizaci tvaru přepážky kanálu vedení plynu a použití pokrokových materiálů elektrod.
Toyota přepracovala Mirai, nová generace má mít dojezd 650 km, atraktivní vzhled a produkuje jen čistou vodu | foto: Toyota
Součástí jednotky je rovněž DC-DC měnič palivových článků (FDC) a modulární vysokonapěťové součásti; v porovnání s dosavadním systémem se podařilo zmenšit rozměry o 21 %. Hmotnost poklesla o 2,9 kg na 25,5 kg. Za úsporou místa stojí vyspělé technologie – v tranzistorech inteligentního výkonového modulu (IPM) Toyota vůbec poprvé použila polovodičový materiál nové generace na bázi karbidu křemíku. To se odrazilo v nárůstu výkonu, snížení spotřeby energie a snížení počtu tranzistorů, a tedy i zmenšení měniče FCPC.
Tentýž přístup zaměřený na zmenšování rozměrů a úspory hmotnosti se týká dalších součástí sady palivových článků. Konstrukce přívodu vzduchu snižuje kompresní ztráty a obsahuje akusticky pohltivé materiály, aby v kabině nebylo možné postřehnout hluk sání.
Toyota přepracovala Mirai, nová generace má mít dojezd 650 km, atraktivní vzhled a produkuje jen čistou vodu | foto: Toyota
Na výstupu vzduchu se zase používají kanály ze syntetické pryskyřice, přičemž konstrukce umožňuje odvod velkého množství vzduchu a vody; ke snížení hlučnosti v kabině napomáhá velkokapacitní tlumič.
Systém vedení vzduchu jako celek je bezmála o 30 % menší než u dosavadní Toyoty Mirai a více než o třetinu (34,4 %) lehčí.
Lithium-iontová baterie
Nová Mirai používá vysokonapěťovou lithium-iontovou baterii, která nahrazuje baterii typu NiMH současného modelu. Díky vyšší energetické hustotě i přes menší rozměry vykazuje vyšší výkon a lepší ekologické parametry.
Modul obsahující 84 článků nabízí jmenovité napětí 310,8 V a kapacitu 4,0 Ah (předchůdce 244,8 V, resp. 6,5 Ah).
Celková hmotnost poklesla ze 46,9 na 44,6 kg. Výkon byl posílen z 25,5 kW x 10 sekund na 31,5 kW x 10 sekund.
Menší rozměry baterie dovolují zástavbu za zadní sedadla bez zasahování do zavazadelníku. Optimalizace se týká i vedení chladicího vzduchu s nenápadnými vstupními otvory po obou stranách zadních sedadel.
Toyota přepracovala Mirai, nová generace má mít dojezd 650 km, atraktivní vzhled a produkuje jen čistou vodu | foto: Toyota
Dynamické jízdní schopnosti
Nová Toyota Mirai díky podvozkové platformě GA-L těží z výhod v podobě nižšího těžiště, lepších charakteristik setrvačnosti a výrazně vyšší tuhosti karoserie, což se souhrnně odráží ve velmi dobrých dynamických schopnostech vozu.
Po přesunutí sady palivových článků z prostoru pod podlahou vozidla na příď vozu, resp. baterie a elektromotoru dozadu, se vůz chlubí rozložením hmotnosti mezi nápravami v poměru 50:50 ve prospěch stability, připomínající koncepci s motorem umístěným vpředu.
Ke zvýšení tuhosti karoserie přispěly strategicky rozmístěné podpěry a výztuhy, jakožto i širší použití lepených karosářských spojů a spojování laserem s housenkovými svary.
Součástí nové platformy je rovněž nové přední i zadní zavěšení typu multilink namísto dříve používaných vzpěr typu McPherson vpředu, resp. torzních příček na zadní nápravě. Uvedená konfigurace propůjčuje vozidlu vysokou úroveň stability, ovladatelnosti a jízdního pohodlí. Jmenovitě se jedná o použití silnějších stabilizátorů, optimální umístění kulových kloubů horních i spodních vodicích ramen a celkově vysokou tuhost zavěšení ve prospěch dobré odezvy a stability.
Toyota přepracovala Mirai, nová generace má mít dojezd 650 km, atraktivní vzhled a produkuje jen čistou vodu | foto: Toyota
Přínosem je i použití větších kol a pneumatik nové Toyoty Mirai. Kola o velikosti 19 a 20" obouvají pneumatiky o rozměrech 235/55 R19, resp. 245/45 R20, vykazující nízký valivý odpor a tichý chod, což se odrazilo v lepší spotřebě paliva, kvalitách jízdního chování, stabilitě a tichém prostředí v kabině. Použití kol a pneumatik o větším průměru pomáhá zajistit potřebný prostor pro trojici nových zásobníků na vodíkové palivo.
K lepší ovladatelnosti a stabilitě, resp. k prodloužení dojezdové vzdálenosti, přispívá rovněž lepší aerodynamika vozidla s nižší linií střechy, úplným zakrytováním spodku a nižším součinitelem aerodynamického odporu.
Další výhodou nové Toyoty Mirai je lepší jízdní charakter. Vyšší výkon zprostředkovaný novou sadou palivových článků a baterií znamená hladký a lineární rozjezd z místa, stejně tak jako zrychlování sladěné s úhlem sešlápnutí akceleračního pedálu.
Toyota Mirai 2. generace | foto: Toyota
Jízda v mimoměstském provozu se vyznačuje uvolněným charakterem a vynikající odezvou za všech rychlostí. Vyvážený postoj nové Toyoty Mirai v kombinaci s agilním zrychlováním lze naplno využít při zdolávání zatáček a serpentin.
Vůz schopný čistit vzduch za jízdy
Přínosy Toyota Mirai z pohledu ekologie dokonce překračují požadavek nulových emisí až na úroveň „negativních emisí“ – vozidlo během jízdy de facto vzduch čistí.
Do systému sání vzduchu je totiž zabudován katalyzátorový filtr, další z inovací od Toyoty. Vozidlo nasává vzduch pro potřeby palivového článku, přičemž elektrický náboj na filtrační vložce z netkané textilie zachytává mikroskopické částice nečistot vč. oxidu siřičitého (SO2), oxidu dusného (NOx) a pevných částic PM 2.5. Systém dosahuje takové účinnosti, že ze vzduchu proudícího do systému palivových článků odstraňuje 90 až 100 % částic o průměru do 2,5 mikrometru.
Toyota přepracovala Mirai, nová generace má mít dojezd 650 km, atraktivní vzhled a produkuje jen čistou vodu | foto: Toyota
Realita v České republice
Provoz sebelepšího vozidla na vodíkový pohon je podmíněn vybudováním vodíkové infrastruktury. Jenom pro porovnání v České republice je přes 7 tisíc klasických čerpacích stanic, z toho cca 4 000 veřejných. Nabíjecích stanic pro elektro vozy je přes 800 a tento počet je považován vedle vysoké ceny vozidel za jeden z faktorů omezujících rozvoj elektromobility. Čerpací stanice na vodík je jediná a navíc neveřejná. Plány vystavět 3-5 vodíkových čerpacích stanic neumožní smysluplný provoz FCEV vozidel, to bychom museli hovořit o stovkách či tisíci.
Budoucnost vodíkového pohonu
Toyota je si vědoma, že infrastruktura vodíkových čerpacích stanic ve světě není ideální a rozvoj veřejných stanic potrvá roky. Proto se zaměřuje nejen na silniční vozidla, ale i vlaky, lodě, letadla a potřeby průmyslu, firem či domácností. A jde na splnění těchto cílů velmi neobvyklou a sympatickou cestou.
Toyota Fuel Cell jednotka | foto: Toyota
Toyota dává k dispozici technologii palivových článků k dispozici i svým konkurentům prostřednictvím nové společnosti Toyota Motor Europe. Zpřístupňuje tak svým obchodním partnerům technologii palivových článků a očekává, že jejich celosvětové prodeje brzy desetkrát vzrostou.
Podle globální strategie SDG (Sustainable Development Goals – cíle trvale udržitelného rozvoje) má vodík pomoci k nulovým emisím v ovzduší a ve světě je o vodíkovou technologii stále větší zájem. Technologie od Toyoty je díky své všestrannosti vhodná nejen k pohonu vozidel, ale i produkci čisté energie pro řadu dalších oblastí použití.
Toyota Fuel Cell jednotka | foto: Toyota
Již dnes pohání nákladní vozidla, flotily městských autobusů, vysokozdvižné vozíky a generátory energie. Rovněž probíhá testování této technologie k pohonu člunů a vlaků.
Ve snaze o rychlejší rozšíření vodíku do dalších oblastí se Toyota zaměří na vodíkové „klastry“ či ekosystémy v evropských centrech, kde místní infrastruktura podporuje vozové parky dopravců a služby mobility. Toyota je přesvědčena, že podobné aktivity zvýší poptávku po vodíku, sníží náklady a posílí životaschopnost infrastruktury dodávek, což by zase mělo přilákat více zákazníků.
