CRS-preview: de waterstof elektrische Toyota Mirai

Toyota presenteerde de tweede generatie van haar revolutionaire Mirai op de Los Angeles Auto Show. De waterstof elektrische auto (FCEV) biedt een grotere actieradius tot 650 kilometer, waarbij de enige uitstoot waterdamp is. Tanken kost slechts enkele minuten, net als bij een traditionele benzine- en dieselauto. De verkoopstart van deze technisch bijzonder complexe auto is begin 2021.

Toyota begint al in 1992 met de ontwikkeling van zijn eerste FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle (waterstof elektrische auto). Alle ontwikkelingen sindsdien resulteren in 2014 in de introductie van de Toyota Mirai, ’s werelds eerste waterstofauto op de markt die als zodanig ontworpen is. Zodra dit technisch zeer complexe model op de markt kwam werd deze opgenomen in het Crash Recovery System. De komst van deze bijzondere auto is voor een belangrijk deel te danken aan Toyota’s jarenlange ervaring met hybridetechnologie, de kerntechnologie van een breed scala aan geëlektrificeerde voertuigen, waaronder de Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV). Het Japanse automerk gelooft in de kracht van waterstof als levensvatbare en overvloedige bron voor transport en opslag van energie. Het heeft de potentie om emissievrije mobiliteit te bieden, niet alleen wat betreft auto’s, maar ook treinen, schepen en vliegtuigen.

Technologie op hoger plan
De nieuwe generatie Mirai brengt FCEV-technologie op een nog hoger plan. Het brandstofcelsysteem is grondig aangepakt. Hierbij hebben een slimmere behuizing, meer vermogen, een betere efficiency en meer ruimte voor de opslag van waterstof geresulteerd in een grotere actieradius van ongeveer 650 kilometer, een toename van 30 procent in vergelijking tot de eerste generatie. De Toyota Mirai is gebaseerd op het nieuwe modulaire GA-L-platform met achterwielaandrijving dat volgens Toyota’s TNGA-filosofie (Toyota New Global Architecture) ontworpen is. Dit platform kennen we ook van de Lexus LS, de Mirai heeft echter net wat kleinere proporties. De brandstofcel is verder naar voren verplaatst, dichter bij het motorcompartiment. Hierdoor konden drie in plaats van de huidige twee waterstoftanks worden geïntegreerd. Mede hierdoor werd de actieradius een stuk groter. De batterij en elektromotor bevinden zich boven de achteras wat een positief effect heeft op de gewichtsverdeling van 50:50.

Drie waterstoftanks
De waterstoftanks zijn gerangschikt in een T-configuratie waarbij het langste exemplaar in de lengte is gemonteerd en in het midden onder de voertuigvloer loopt. De twee kleinere waterstoftanks bevinden zich lateraal in de breedte onder de achterbank en de bagageruimte zoals duidelijk kan worden gezien in de bijgevoegde afbeeldingen. Samen kunnen de drie tanks 5,6 kg waterstof bevatten – in de eerste generatie Mirai is dat 4,6 kg met twee tanks. De positie van de waterstoftanks draagt bij aan het lagere zwaartepunt van de auto en neemt geen bagageruimte op. De lichtgewicht waterstoftanks hebben een nog sterkere constructie die uit meerdere lagen bestaat. Toyota wist de stijfheid van de carrosserie te vergroten door strategisch geplaatste verstevigingen aan te brengen en meer gebruik te maken van carrosserielijmen en laserschroeflassen.

Hoger vermogen
Toyota heeft de brandstofcel en de brandstofcelstroomomvormer (FCPC) speciaal voor het GA-L-platform van de Mirai ontwikkeld. Hierbij zijn de engineers erin geslaagd alle elementen samen te brengen in een stapelframe, inclusief de waterpompen, intercooler, airconditioning, luchtcompressoren en waterstofrecirculatiepomp. Elk onderdeel is bovendien kleiner en tot 50 procent lichter gemaakt terwijl de prestaties ervan tot 12 procent zijn verbeterd. De brandstofcel is compacter dan in de vorige Mirai en telt minder brandstofcellen (330 in plaats van 370). Desondanks is de vermogensdichtheid van 5,4 kW/l een stuk beter. Het systeemvermogen is bovendien gestegen van 114 naar 128 kW. Verder zijn de prestaties onder zeer koude weersomstandigheden verbeterd, zelfs bij -30 graden Celsius. De brandstofcel bevat voortaan ook de Fuel Cell DC-DC Converter (FDC) en bepaalde modulaire hoogspanningsonderdelen.

Lithium-ion-batterij
De nieuwe Mirai is uitgerust met een kleine lithium-ion-hoogspanningsbatterij (Li-ion) in plaats van het nikkel-metaalhydride-type (NiMH) van de eerste generatie. Dit om o.a. remenergie terug op te vangen en te hergebruiken. Hoewel deze kleiner is, heeft hij een hogere energiedichtheid wat een hogere output en superieure milieuprestaties oplevert. De batterij bestaat uit 84 accucellen en heeft een nominale spanning van 310,8 in vergelijking met 244,8 van de vorige Mirai. De capaciteit bedraagt 6,5 Ah in plaats van 4,0 Ah. Door de kleinere afmetingen is de batterij verhuisd van de bagageruimte naar vlak achter de achterbank. Subtiele inlaten aan weerszijden van de achterbank zorgen hierbij voor voldoende koeling.

Marktprognose
Volgens Toyota zal de verkoop naar verwachting die van de vorige generatie met een factor tien overtreffen. De autofabrikant heeft ongeveer 10.000 exemplaren van de eerste Mirai-generatie verkocht, wat betekent dat er nu 100.000 autoverkopen worden verwacht. De verkoopprijs die 20% lager ligt moet daaraan bijdragen.

Waterstoftechnologie wordt in het algemeen steeds aantrekkelijker vanwege de geschiktheid voor dagelijks gebruik, maar ook steeds belangrijker in de zoektocht naar oplossingen voor schone mobiliteit. De praktische toepassing van FCEV’s zal ook gestaag toenemen naarmate markten hun waterstofinfrastructuur verbeteren, het aantal tankstations stijgt en regeringen en lokale autoriteiten nieuwe stimulansen en regelgeving introduceren voor schonere mobiliteit. En als gevolg daarvan zullen hulpverleners steeds vaker met dit soort voertuigen te maken krijgen.

Momenteel beschrijft het Crash Recovery System meer dan 40 verschillende waterstofaangedreven voertuigen, zoals de BMW Hydrogen 7, de Honda Clarity en de Mercedes F-Cell. Het beschrijft ook enkele bussen op waterstof, zoals die van de fabrikanten Van Hool (type A 330) en VDL.

Crash Recovery System – Know what’s inside, see what to do!

[Meer over waterstofontwikkelingen in dit artikel over Shell en dit artikel over Hyundai]