CRS-Preview: der wasserstoffbetriebene Toyota Mirai

Auf der Los Angeles Auto Show stellte Toyota die zweite Generation seines revolutionären Mirai vor. Das wasserstoffbetriebene Elektroauto (FCEV) bietet eine größere Reichweite von bis zu 650 km. Als Emission entsteht ausschließlich Wasserdampf. Der Tankvorgang dauert dabei so schnell wie bei einem herkömmlichen Benzin- oder Dieselfahrzeug. Der Verkaufsstart für dieses technisch besonders komplexe Fahrzeug ist für Anfang 2021 vorgesehen.

Bereits 1992 entwickelte Toyota sein erstes Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle), ein Elektroauto, das mit Wasserstoff betrieben wird. Die weitere Forschung führte 2014 zur Vorstellung des Toyota Mirai, des weltweit ersten rein wasserstoffbetriebenen und speziell dafür entwickelten Fahrzeugs auf dem Markt. Bereits kurz nach der Markteinführung wurde dieses technisch anspruchsvolle Fahrzeug in das Crash Recovery System aufgenommen. Die Entwicklung dieses speziellen Fahrzeugtyps geht in erster Linie auf Toyotas langjährige Erfahrung im Bereich Hybridtechnologie zurück, der Kerntechnologie einer ganzen Reihe von Elektrofahrzeugen, unter anderem auch der Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEV). Der japanische Autobauer ist nämlich von Wasserstoff als essenzieller und unerschöpflicher Quelle für den Transport und die Speicherung von Energie überzeugt. Wasserstoff macht emissionsfreie Mobilität möglich, und das nicht nur bei Autos, sondern auch im Bahn- und Flugverkehr und als Antrieb für Schiffe.

Fortschrittliche Technologie
Die allerneueste Generation des Mirai bringt die Brennstoffzellentechnologie noch weiter als bisher. Das Brennstoffzellensystem wurde gründlich überarbeitet. Ein intelligenteres Gehäuse, verbesserte Leistung, ein höherer Wirkungsgrad und ein größerer Wasserstofftank erhöhen die Reichweite auf ca. 650 km; das ist eine Steigerung von 30 Prozent gegenüber der ersten Generation. Der Toyota Mirai basiert auf der neuen modularen Plattform GA-L mit Heckantrieb, die nach Toyotas TNGA-Philosophie (Toyota New Global Architecture) entwickelt wurde. Diese Plattform kennen wir bereits vom Lexus LS, obwohl der Mirai noch etwas kleiner ausgefallen ist. Die Brennstoffzelle wurde weiter vorne, näher am Motorblock, untergebracht. Dadurch konnten drei statt bisher nur zwei Tanks verbaut werden, was zu einer etwas größeren Reichweite führt. Die Batterie und der Elektromotor befinden sich über der Hinterachse, was sich positiv auf eine gleichmäßige Gewichtsverteilung (50 : 50) auswirkt.

Drei Wasserstofftanks
Die Wasserstofftanks sind in einer T-Konfiguration angeordnet, wobei der längste in Längsrichtung montiert ist und mittig unter dem Fahrzeugboden verläuft. Die beiden kleineren Wasserstofftanks befinden sich, wie auf den Abbildungen klar erkennbar, seitlich in der Breite unter der Rückbank und dem Kofferraum. Insgesamt können die drei Tanks 5,6 kg Wasserstoff speichern, während es bei der ersten Generation des Mirai mit zwei Tanks nur 4,6 kg waren. Die Position der Wasserstofftanks sorgt für einen niedrigeren Schwerpunkt des Fahrzeugs und beansprucht darüber hinaus keinen Platz im Kofferraum. Die leichten Wasserstofftanks sind noch robuster gebaut und bestehen aus mehreren Schichten. Toyota konnte die Karosseriesteifigkeit durch strategisch verbaute Verstärkungen und den vermehrten Einsatz von Karosserieklebstoffen und Laserschweißverfahren erhöhen.

Höhere Leistung
Toyota hat die Brennstoffzelle und den Brennstoffzellenwandler (FCPC) speziell für die GA-L-Plattform des Mirai entwickelt. Den Ingenieuren ist es gelungen, alle Komponenten wie Wasserpumpen, Ladeluftkühler, Klimaanlage, Luftkompressoren und Wasserstoffumwälzpumpe in einem Stapelrahmen unterzubringen. Außerdem konnte das Gewicht jeder Komponente bis zur Hälfte reduziert und die Leistung um bis zu 12 Prozent gesteigert werden. Die Brennstoffzelle des Mirai ist kompakter als die seines Vorgängers und kommt mit weniger Zellen aus (330 statt wie bisher 370). Dennoch ist die Leistungsdichte mit 5,4 kW/l deutlich besser. Darüber hinaus wurde die Leistung von 114 auf 128 kW gesteigert und das Verhalten bei Extremkälte, sogar noch bei –30 °C, wurde verbessert. Die Brennstoffzelle enthält künftig auch noch den Brennstoffzellen-DC-DC-Wandler (FDC) und bestimmte modulare Hochspannungsmodule.

Lithium-Ionen-Batterie
Der neue Mirai wird von einer kleinen Lithium-Ionen-Hochspannungsbatterie (Li-Ion) anstelle des Typs Nickel-Metallhydrid (NiMH) der ersten Generation versorgt. Dies kommt u.a. der Rückgewinnung und Wiederverwendung von Bremsenergie zugute. Trotz ihrer geringeren Größe hat die Batterie eine höhere Energiedichte, was für höhere Leistungen und eine hervorragende Umweltbilanz sorgt. Die Batterie des neuen Mirai besteht aus 84 Batteriezellen und besitzt eine Nennspannung von 310,8 im Vergleich zu 244,8 beim Vorgänger. Die Kapazität beträgt 6,5 anstelle von 4,0 Ah. Aufgrund der geringeren Abmessungen wurde die Batterie vom Kofferraum direkt hinter den Rücksitz verlegt. Kleine Öffnungen auf beiden Seiten der Rücksitzbank sorgen für ausreichende Kühlung.

Marktprognose
Toyota rechnet damit, dass der Absatz die Verkaufszahlen der Vorgängergeneration um das Zehnfache übersteigen wird. Da der Autohersteller von der ersten Mirai-Generation ca. 10.000 Exemplare verkauft hat, könnten nach den genannten Berechnungen also gut 100.000 Modelle daraus werden. Einen zusätzlichen Kaufanreiz bietet zudem der um 20% gesenkte Verkaufspreis.

Aufgrund ihrer Alltagstauglichkeit wird die Wasserstofftechnologie immer attraktiver und gewinnt auch bei der Suche nach Lösungen für eine saubere Mobilität zunehmend an Bedeutung. Je weiter die Länder ihre Wasserstoffinfrastruktur ausbauen, je mehr Tankstellen Wasserstoff anbieten und je mehr Regierungen und regionale Behörden neue Anreize und Vorgaben für eine sauberere Mobilität einführen, wird auch die Verbreitung von Brennstoffzellenfahrzeugen stetig zunehmen. Folglich werden auch Rettungskräfte immer häufiger mit dieser Art von Fahrzeugen zu tun haben.

Derzeit enthält das Crash Recovery System Angaben zu mehr als 40 verschiedenen wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen, wie etwa zu BMW Hydrogen 7, Honda Clarity und Mercedes F-Cell. Darüber hinaus finden sich auch Angaben zu verschiedenen wasserstoffbetriebenen Bussen, beispielsweise denen der Hersteller Van Hool (Typ A 330) und VDL.

Crash Recovery System – Wissen was drin ist, sehen was zu tun!

Mehr über Wasserstoffentwicklungen in diesem Artikel über Shell und diesem Artikel über Hyundai.