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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.
Ahora ve la luz una nueva generación del Mirai, un vehículo que eleva la tecnología FCEV a nuevas cotas. 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.
El concepto básico de la energía híbrida de Toyota se ha ido adaptando a la producción:
- Híbridos eléctricos, Hybrid Electric Vehicles (HEV)
- Híbridos enchufables – Plug-in Hybrid Electric (PHEV)
- Eléctricos de batería – Battery Electric Vehicles ( BEV)
- Eléctricos de pila de combustible – (FCEV)
Renovado diseño
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.
El nuevo Mirai tiene una altura de 1.470 mm, mientras que la distancia entre ejes se ha incrementado hasta los 2.920 mm. 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″, potencian la presencia más baja y dinámica del vehículo.
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.
Se han obtenido todos los elementos en el bastidor, bombas hidráulicas, intercambiador de calor, sistema de climatización, los compresores de aire y la bomba de recirculación 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, más pequeño y tiene menos celdas: 330 en lugar de 370. La densidad energética específica es de 5,4 kW/l.
Tiene una potencia máxima de 128 kW. Se ha mejorado el rendimiento a baja temperatura, y ahora se puede arrancar a temperaturas de hasta -30˚C.
Se han reubicado el 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.
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.
Batería de ion-litio
El nuevo Mirai cuenta con una batería de ion-litio de alto voltaje. 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. El peso total ha disminuido a 44,6 kg y la potencia ha aumentado a 31,5 kW x 10 segundos.
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 contribuye 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.
Las llantas de 19 y 20″ 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 del Mirai, mejora 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
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.
