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Nuova Toyota Mirai 2021, la tecnica della berlina a idrogeno

Categorie Automotive · Autoveicoli · Eco Mobility e Self Driving

La nuova Toyota Mirai 2021 è stata svelata nella sua veste praticamente definitiva nel mese di gennaio. Nella giornata di lunedì la casa nipponica ha diffuso ulteriori informazioni sulla seconda generazione della sua berlina a idrogeno, sul mercato dal 2014 e risultato di investimenti nelle celle a combustibile a idrogeno iniziati nel 1992.

La Toyota Mirai è una vettura che rientra nella categoria delle FCEV, ossia vetture elettriche alimentate con celle a combustibile. Nelle celle dalla reazione tra idrogeno e ossigeno si ottiene l’elettricità che arriva poi al motogeneratore.

Nuova Toyota Mirai 2021: un’estetica non banale e un’aerodinamica efficiente

La nuova Toyota Mirai 2021 cambia radicalmente rispetto alla prima generazione del 2014, con uno stile che rimane personale guadagnando però in slancio e eleganza. Si tratta di un’automobile dalle dimensioni importanti:

  • lunghezza: 4.975 mm
  • larghezza: 1.885 mm
  • altezza: 1.470 mm (-65 mm)
  • passo: 2.920 mm (+140 mm)

Il profilo della vettura è piuttosto sinuoso, con delle proporzioni da berlina a trazione posteriore quale è. Infatti il cofano anteriore è piuttosto lungo (con i sottili fari anteriori che si allungano fin sulla fiancata) e l’abitacolo è arretrato rispetto all’asse anteriore. I cerchi in lega a turbina di generose dimensioni (19 pollici all’anteriore e 20 pollici al posteriore) contribuiscono assieme alla coda raccolta a dare dinamismo. Infatti si potrebbe considerare la carrozzeria della Toyota Mirai 2021 più una due volumi e mezzo che una tre volumi pura. Il tetto scende dolcemente verso la coda a partire dal montante C terminando in un accenno di spoiler.

Nuova Toyota Mirai

In coda troviamo degni di nota i fanali a led a sviluppo orizzontale divisi solo dal logo Toyota (su sfondo blu così come avviene sulle ibride). Il frontale presenta invece un’ampia calandra trapezoidale impreziosita da un profilo cromato nella parte inferiore. La fanaleria è disposta su due livelli, con i fari principali dalla forma allungata che si estendono fino alla fiancata. La parte superiore del frontale, che ha una forma arrotondata e sporge rispetto alla calandra, dà un effetto tridimensionale.

L’aerodinamica della vettura è particolarmente curata, con un coefficiente di penetrazione Cd pari a 0,29. L’efficienza della parte aerodinamica è merito anche di soluzioni come il fondo scocca completamente carenato.

La nuova piattaforma GA-L e i vantaggi derivanti dalla sua adozione

La seconda generazione della Toyota Mirai è stata progettata a partire da una nuova piattaforma modulare, la GA-L, che ha consentito di migliorare notevolmente la vettura. Come possiamo vedere dall’immagine sottostante è stato rivisto il posizionamento delle celle a combustibile e dei componenti della trasmissione nell’ottica di un miglior sfruttamento dello spazio disponibile.

Dall’immagine si può vedere bene che la cella a combustibile trova posto nella parte anteriore della vettura andando a occupare il vano motore. Nella parte centrale della vettura sono stati collocati i tre serbatoi che contengono l’idrogeno stoccato ad alta pressione, con una peculiare disposizione a T. Il più capiente di questi si trova al centro in posizione longitudinale sotto il pianale del veicolo, mentre due serbatoi più piccoli sono stati posizionati lateralmente sotto i sedili posteriori. La quantità di idrogeno che possono contenere si quantifica in 5,6 kg, contro i 4,6 kg dei due serbatoi della Mirai. La maggiore capienza si traduce in un’autonomia che aumenta del 30 % rispetto al passato. La loro posizione contribuisce in particolare all’abbassamento del baricentro dell’auto ed evita di compromettere il vano di carico (vedi immagine in basso).

La pila di cella a combustibile

La pila (o stack, in inglese) di cella a combustibile si trova nel vano motore nella parte anteriore della vettura ed è tutta nuova. È stato svolto un lavoro di miniaturizzazione e alleggerimento di tutte le componenti che si trovano sul telaio dello stack delle celle (comprese le pompe dell’acqua, l’intercooler, l’aria condizionata e i compressori d’aria e la pompa di ricircolo dell’idrogeno). Tutto l’insieme risulta così più leggero rispetto al passato, e nel contempo le prestazioni espresse sono migliori. Anche l’involucro delle celle è ora più compatto grazie all’utilizzo di un processo di saldatura per attrito allo stato solido.

Il gruppo di celle a combustibile utilizza un polimero solido ed è più piccolo e con meno celle rispetto all’attuale Mirai (330 invece di 370), il tutto a parità di tecnologia. Degno di nota è il fatto che il gruppo rinnovato stabilisce un nuovo record per la densità di potenza specifica di 5,4 kW/l (escluse le piastre terminali). E così la potenza massima aumenta di 14 kW, passando da 114 kW a 128 kW. Un miglioramento riguarda anche le prestazioni del veicolo a basse temperature, con l’avvio che può avvenire fino a una temperatura di -30 °C.

Nel complesso questi aggiornamenti hanno portato ad un risparmio di peso del 50 %, con un contemporaneo aumento di potenza del 12 %. Tra questi vi sono il riposizionamento del collettore, la riduzione delle dimensioni e del peso della cella, l’ottimizzazione della forma del separatore di canale del gas e l’utilizzo di materiali innovativi negli elettrodi.

L’unità incorpora anche il convertitore DC-DC a celle a combustibile (FDC) e parti modulari ad alta tensione, e ciò consente di ridurre del 21% le dimensioni rispetto al sistema che troviamo sulla prima Mirai. Il peso è minore e pari a 25,5 kg, con un risparmio quantificabile in 2,9 kg. La tecnologia avanzata ha contribuito al risparmio di spazio. Un esempio è l’utilizzo di un materiale semiconduttore al carburo di silicio di nuova generazione nel transistor del modulo di potenza intelligente (IPM). Il vantaggio derivante dall’utilizzo di questo materiale è che consente di aumentare la potenza e di ridurre il consumo di energia utilizzando un minor numero di transistor. E usare un minor numero di transistor a sua volta permette una riduzione degli ingombri del convertitore di potenza a celle a combustibile.

La batteria

Parliamo ora della batteria, che sulla nuova Toyota Mirai è agli ioni di litio ad alta tensione anziché al nichel-metallo idruro. Anche questa è di dimensioni ridotte rispetto al passato, pur essendo più capiente. È composta da 84 celle, e ha:

  • una tensione nominale di 310,8 Ah (rispetto ai 244,8 di prima)
  • una capacità di 4,0 Ah (contro i precedenti 6,5 Ah)
  • una potenza in uscita che aumenta dai precedenti 25,5 kW x 10 secondi a 31,5 kW x 10 secondi.

Il peso complessivo infine scende a 44,6 kg, con un risparmio di 2,3 kg rispetto a prima.

Come si vede nell’immagine, la batteria è collocata dietro gli schienali dei sedili posteriori, così da non pregiudicare la capacità del bagagliaio.

Gli accorgimenti per migliorare la dinamica di guida

L’adozione della nuova piattaforma GA-L ha permesso, come abbiamo visto, di ridisporre le componenti come la pila di celle a combustibile, i serbatoi di idrogeno e la batteria in un modo tale da ottenere una distribuzione pesi 50:50 e un abbassamento considerevole del baricentro. Questi due aspetti già di per sé permettono un notevole miglioramento della dinamica del veicolo.

Nuova Toyota Mirai

Con la nuova piattaforma poi lo schema sospensivo è tutto nuovo: troviamo infatti sospensioni multilink ad attacco alto all’avantreno e ad attacco basso al retrotreno, in luogo delle MacPherson all’anteriore e della barra di torsione posteriore utilizzate per la prima Mirai. Entrando più nel dettaglio, per affinare la dinamica di guida le barre antirollio sono ora più spesse, la posizione ottimale del giunto sferico superiore e inferiore è stata rivista. La taratura delle sospensioni risulta nel complesso rigida, così da beneficiare di maggiori reattività e stabilità.

Prestazioni e autonomia della nuova Toyota Mirai

La nuova Toyota Mirai è una vettura che non si pone l’obiettivo di essere sportiva, e le prestazioni lo certificano:

  • 0-100 km/h: 9,2 secondi
  • velocità massima: 175 km/h

C’è da considerare che stiamo parlando comunque di un mezzo lungo quasi 5 metri e non propriamente leggero, dati i 1900 kg a vuoto che diventano complessivamente ben 2415 kg. Il motogeneratore a magneti permanenti sviluppa una potenza di 182 CV e una coppia di 300 Nm. La trazione è sulle sole ruote posteriori. Per quanto riguarda l’autonomia, questa arriva fino a 650 km. Si tratta come detto di un 30 % in più rispetto alla prima Mirai, grazie soprattutto a serbatoi più capienti che possono contenere un massimo di 5,6 kg di idrogeno.

L’impianto frenante prevede all’avantreno dischi ventilati con pinze fisse a 4 pompanti e al retrotreno dischi ventilati con pinze fisse a 2 pompanti.

Che obiettivi si pone Toyota con la nuova Mirai

Con la nuova Mirai la Toyota ha come obiettivo quello di incrementare di 10 volte il volume delle vendite di vetture a idrogeno. La casa giapponese per raggiungere l’obiettivo spera anche nello sviluppo delle infrastrutture e dei distributori di idrogeno, fondamentali perché le vetture alimentate ad H2 possano circolare tranquillamente su strada.

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