Toyota Mirai με κυψέλες υδρογόνου

Υδρογόνο: από πού;

Το υδρογόνο, σύμφωνα με την Toyota, μπορεί να παράγεται από μία ευρεία ποικιλία φυσικών αλλά και ‘ανθρώπινων’ πόρων (σαν υποπροϊόν αστικών λυμάτων). Επίσης παράγεται από νερό χρησιμοποιώντας φυσικές, ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως ηλιακή και αιολική. Όταν συμπιέζεται, έχει υψηλότερη πυκνότητα ενέργειας από τις μπαταρίες ενώ αποθηκεύεται και μεταφέρεται σχετικά εύκολα, επομένως ικανοποιεί προσδοκίες για πιθανή μελλοντική χρήση στην παραγωγή ενέργειας και σε μία σειρά άλλων εφαρμογών. Τα οχήματα FCV παράγουν δικό τους ηλεκτρισμό από υδρογόνο, που σημαίνει ότι μπορούν να συμβάλλουν στη δημιουργία μιας κοινωνίας βασισμένης στο υδρογόνο και επομένως αναμένεται να βοηθήσουν περαιτέρω στην επιτάχυνση της ενεργειακής διαφοροποίησης.

Η Toyota σχεδιάζει να λανσάρει το Mirai¹, ένα νέο σεντάν κυψελών καυσίμου υδρογόνου (FCV) στην Ιαπωνία² στις 15 Δεκεμβρίου και από τον Σεπτέμβριο του 2015 σε επιλεγμένες αγορές στην Ευρώπη. Οι προβλέψεις άνουν λόγο για ετήσιο όγκο πωλήσεων 50 - 100 οχήματα/χρόνο για το 2015 και το 2016, με την τιμή να αγγίζει τα 66.000 € (+ ΦΠΑ) στη Γερμανία. Όπως όλα τα FCV, έτσι και το Mirai χρησιμοποιεί υδρογόνο σαν καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρισμού, ο οποίος στη συνέχεια τροφοδοτεί τον ηλεκτροκινητήρα του οχήματος.

 

Το Mirai αναλυτικά

Το Mirai χρησιμοποιεί το Toyota Fuel Cell System (TFCS), που συνδυάζει κυψέλες καυσίμου με υβριδική τεχνολογία και περιλαμβάνει τη νέα συστοιχία FC και ρεζερβουάρ υδρογόνου υψηλής πίεσης της Toyota. Το TFCS είναι πιο αποδοτικό ενεργειακά από τους κινητήρες εσωτερικής καύσης, με μηδενικές εκπομπές CO₂ ή άλλων ρύπων κατά τη λειτουργία του. Υπόσχεται αθόρυβη αλλά δυναμική επιτάχυνση και επίπεδα άνεσης βενζινοκίνητων οχημάτων, με αξιοσημείωτη αυτονομία και χρόνο ανεφοδιασμού υδρογόνου περίπου 3 λεπτών ³.

Σχεδιαστικά, το Mirai φαίνεται από μακριά πως πρόκειται για κάτι το ιδιαίτερο, το τεχνολογικά προηγμένο χάρη στην αεροδυναμική, ιδιόμορφη σχεδίαση. Αντίστοιχη είναι η εικόνα στο εσωτερικό με κυρίαρχο στοιχείο το ασημί φινίρισμα. Ο κεντρικός πίνακας οργάνων που βρίσκεται στο πάνω επίπεδο του ταμπλό οργάνων περιλαμβάνει ταχύμετρο και οθόνη πολλαπλών πληροφοριών, χρησιμοποιώντας μία υψηλής ευκρίνειας οθόνη υγρών κρυστάλλων (TFT) 4,2 ιντσών που σχεδιαστικά δίνει την αίσθηση ότι αναδύεται από το ταμπλό. Ο οδηγός μπορεί να αλλάζει τις ενδείξεις χρησιμοποιώντας χειριστήρια τοποθετημένα στο τιμόνι. Διακόπτες θέρμανσης καθισμάτων και λοιπά χειριστήρια λειτουργούν μέσω ενός ηλεκτροστατικού πάνελ ελέγχου A/C πιέζοντας ελαφρά την επίπεδη οθόνη.

Στο δρόμο, η τοποθέτηση σημαντικών εξαρτημάτων όπως το Toyota FC Stack και τα ρεζερβουάρ υδρογόνου υψηλής πίεσης κεντρικά κάτω από το πάτωμα εξασφαλίζουν χαμηλό κέντρο βάρους και άριστη κατανομή βάρους εμπρός – πίσω που συνεπάγονται βελτιωμένη συμπεριφορά, ευστάθεια και άνεση. Το “Bs” (brake support) mode κάνει αποδοτική χρήση του φρεναρίσματος και βελτιώνει την απόδοση πέδησης όταν ο οδηγός επιθυμεί να μειώσει σημαντικά την ταχύτητα του οχήματος όπως σε παρατεταμένες κατηφορικές διαδρομές.

 

Mirai – Προδιαγραφές

 

 

ToyotaFCStack

Η νέα Συστοιχία Μπαταριών Toyota FC Stack πετυχαίνει μέγιστη ισχύ 155 ίππων (114 kW). Η απόδοση παραγωγής ηλεκτρισμού έχει αυξηθεί με τη χρήση τρισδιάστατων καναλιών ροής⁴ (παγκόσμια πρωτιά⁵), που διασφαλίζουν ομοιόμορφη παραγωγή ηλεκτρισμού στις επιφάνειες των κυψελών, έχοντας συμπαγείς διαστάσεις και ένα υψηλό επίπεδο επιδόσεων. Αξιοσημείωτη είναι η πυκνότητα ισχύος⁵ της τάξης των 3.1 kW/L (2.2 φορές υψηλότερη από του προηγούμενου μοντέλου Toyota FCHV-adv που προσφερόταν σε περιορισμένο αριθμό για μακροχρόνιες μισθώσεις). Η ποσότητα νερού στις μεμβράνες του ηλεκτρολύτη της κυψέλης καυσίμου επηρεάζει σημαντικά την απόδοση παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ο έλεγχος της ποσότητας του νερού πραγματοποιείται με τη χρήση ενός εσωτερικού συστήματος για την ανακυκλοφορία του νερού που δημιουργείται κατά την παραγωγή ηλεκτρισμού. Αυτό σημαίνει ότι το Toyota FC Stack, αντίθετα με συστήματα που χρησιμοποιούνται σε όλα τα προηγούμενα οχήματα κυψελών καυσίμου της Toyota, δεν χρειάζεται αφυγραντήρα.

 

Μετατροπέας Ισχύος FC Boost Converter

Ένας νέος, συμπαγής, υψηλής απόδοσης και χωρητικότητας μετατροπέας αυξάνει την ισχύ που παράγεται στο Toyota FC Stack σε 650 volts. Με την αύξηση της τάσης έγινε εφικτή η μείωση του μεγέθους του ηλεκτροκινητήρα και του αριθμού των κυψελών καυσίμου Toyota FC Stack, με αποτέλεσμα ένα μικρότερων διαστάσεων αλλά υψηλότερων επιδόσεων Σύστημα Κυψελών Καυσίμου της Toyota, κάτι που μειώνει το κόστος του συστήματος.

 

Ρεζερβουάρ υδρογόνου υψηλής πίεσης

Ρεζερβουάρ με δομή τριών στρωμάτων από πλαστικό ενισχυμένο με ανθρακονήματα και άλλα υλικά χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση υδρογόνου σε πολύ υψηλή πίεση 70 MPa (70 megapascals, ή περίπου 700 bar). Συγκριτικά με τα νέα ρεζερβουάρ υδρογόνου υψηλής πίεσης που χρησιμοποιούνται στο μοντέλο Toyota FCHV-adv, η χωρητικότητα ρεζερβουάρ έχει αυξηθεί κατά περίπου 20%, ενώ τόσο το βάρος όσο και οι διαστάσεις έχουν μειωθεί σε 5.7 wt%⁶ - παγκοσμίως κορυφαία τιμή⁵.

 

 

Key Toyota Fuel Cell System (TFCS) Προδιαγραφές

 

 

Σχεδίαση με κριτήριο την ολοκληρωμένη ασφάλεια και προστασία

Το Mirai σχεδιάστηκε με προτεραιότητα την ασφάλεια, διασφαλίζοντας πρωτίστως την αποφυγή διαρροής του υδρογόνου και - στην απίθανη περίπτωση που υπάρξει διαρροή - εξασφαλίζοντας άμεση ανίχνευση και διακοπή της ροής του υδρογόνου, αποτρέποντας τη συσσώρευση υδρογόνου μέσα στο αμάξωμα. Αυτά επιτυγχάνονται με τα εξής μέτρα:

• Δημιουργία ρεζερβουάρ υδρογόνου υψηλής πίεσης με παρεμπόδιση διαπερατότητας, στιβαρότητα και αντοχή.
• Αισθητήρες υδρογόνου προειδοποιούν και κλείνουν τις κύριες βαλβίδες του ρεζερβουάρ.
• Ρεζερβουάρ υδρογόνου και άλλα εξαρτήματα σχετικά με το υδρογόνο τοποθετούνται έξω από την καμπίνα για να διασφαλίζεται ότι σε περίπτωση διαρροής, αυτό θα διαχέεται εύκολα.

 

Μία δομή που διαχέει αποτελεσματικά και απορροφά την ενέργεια κρούσης μέσα από πολλαπλά εξαρτήματα διασφαλίζει υψηλή ασφάλεια στις συγκρούσεις και προστατεύει τη συστοιχία της μπαταρίας Toyota FC Stack και τα ρεζερβουάρ υδρογόνου κατά τη διάρκεια εμπρόσθιων, πλευρικών ή οπίσθιων συγκρούσεων. Το πλαίσιο Toyota FC Stack κατασκευάζεται από ένα νέο θερμοπλαστικό ενισχυμένο με ανθρακονήματα, το οποίο είναι ελαφρύ, ισχυρό και παράγεται εύκολα μαζικά. Αυτό προστατεύει το Toyota FC Stack απορροφώντας τις προσκρούσεις από τις ανωμαλίες του δρόμου και άλλα εμπόδια.

 

Άλλες προηγμένες τεχνολογίες ασφάλειας που περιλαμβάνονται στάνταρ στο Mirai είναι:

• Σύστημα Προ-σύγκρουσης (με ραντάρ χιλιοστρομετρικού κύματος) που βοηθά στην αποφυγή συγκρούσεων ή στη μείωση των επιπτώσεων μιας σύγκρουσης μέσα από προειδοποιήσεις και έλεγχο του φρένου σε μεγάλη πιθανότητα επικείμενης σύγκρουσης.
• Σύστημα Προειδοποίησης Απόκλισης από τη Λωρίδα (Lane Departure Alert): χρησιμοποιεί κάμερα που ανιχνεύει λευκές και κίτρινες σημάνσεις και προειδοποιεί τον οδηγό όταν το όχημα τείνει να βγει από τη λωρίδα του.
• Το Drive-start Control περιορίζει τις ξαφνικές εκκινήσεις ή την απότομη επιτάχυνση κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του επιλογέα ταχυτήτων.
• Ένα Μόνιτορ Τυφλού Σημείου - Blind Spot Monitor χρησιμοποιεί ραντάρ για την ανίχνευση οχημάτων σε γειτονικές λωρίδες και υποστηρίζει την προς τα πίσω ορατότητα στην αλλαγή λωρίδων.

 

¹ Ιαπωνική λέξη για το "μέλλον".

² Οι πωλήσεις θα ξεκινήσουν σε περιοχές όπου υπάρχουν σταθμοί υδρογόνου και σε γειτονικές περιοχές.

³ Μέτρηση της Toyota κατά τον ανεφοδιασμό σε σταθμό υδρογόνου με πίεση 70 MPa υπό τις συνθήκες του Προτύπου SAEe J2601 (θερμοκρασία περιβάλλοντος: 20°C, πίεση ρεζερβουάρ υδρογόνου κατά τον ανεφοδιασμό: 10 MPa). Ο χρόνος ποικίλει ανάλογα με την πίεση ανεφοδιασμού και τη θερμοκρασία περιβάλλοντος.

⁴ Κανάλια σε περίτεχνο τρισδιάστατο πλέγμα. Βελτιώνει τη διασπορά του αέρα (οξυγόνο) επιτρέποντας επομένως την ενιαία παραγωγή ηλεκτρισμού στις επιφάνειες των κελιών.

⁵ Μέχρι το Νοέμβριο του 2014, σύμφωνα με έρευνα της TMC.

⁶ Μάζα υδρογόνου Προς βάρος ρεζερβουάρ.