Vývoj elektromobilů na vodíkové palivové články zahájila Toyota v roce 1992 a v roce 2014 uvedla na světové trhy sedan Mirai. Nyní se představuje Toyota Mirai nové generace – vůz, jenž posouvá technologii FCEV na vyšší úroveň. Díky systému palivových článků, jenž byl od základu přepracován, chytrému obestavění prostoru a aerodynamice se podařilo prodloužit jízdní dosah přibližně na 650 km, přičemž vozidlo neprodukuje žádné jiné emise než čistou vodu.

Jedním z hlavních cílů vývoje nové Mirai bylo účinněji upoutat emoce, aby výsledný vůz zaujal nejen svými ekologickými parametry, ale i vzhledem a jízdními schopnostmi. Modernější design využívá novou podvozkovou platformu GA-L a nejnovější technologie FCEV.

Co se exteriéru týče, bylo třeba naplnit tři cíle:

• Nové aerodynamické proporce – nižší a širší platforma s pohonem zadních kol a pneumatikami větších rozměrů.
• Rozkročený postoj při pohledu zpředu i zezadu a nízké těžiště – postoj vyjadřující stabilitu a solidní přilnavost k povrchu vozovky, s čelním bodem přídě posazeným níže než světlomety. Nízké těžiště je zdůrazněno výliskem pod nárazníkem a dalšími prvky v oblasti exteriéru.
• Design přecházející od křivek ke hmotě s cílem vyjádřit svébytný charakter – namísto charakteristických křivek se zde uplatňuje tvarování samotné karoserie, která je od pohledu krásná díky přechodům mezi povrchy a kontrastním stínům.

Přední světla jsou uspořádána do dvou vrstev. Horní tvoří dlouhé a ostře tvarované jednotky hlavních světlometů – největší ze všech dosavadních modelů od Toyoty – zasahující až do boků vozidla; spodní vrstvu představují dlouhé a štíhlé ukazatele směru s poukazem na šířku vozidla. Světla denního svícení jsou uspořádána do tvaru „L“ a jsou protažena až do předních blatníků, zatímco jednotky hlavních světlometů používají kovově lesklé okraje, díky nimž je Mirai snadno rozeznatelná již z dálky.

Kokpit tvoří otevřený prostor, jenž však posiluje soustředění za volantem tím, že sjednocuje 12,3″ obrazovku multimédií s přístrojovým štítem před řidičem. Zobrazovací jednotky jsou umístěny vedle sebe na stejné úrovni, a tak má řidič na letmý pohled k dispozici všechny potřebné informace. Ještě vyšší ergonomii nabízejí modely vybavené barevným head-up displejem.

Nová Mirai je postavena na modulární podvozkové platformě GA-L, čímž bylo možné opustit čtyřmístné uspořádání s pohonem předních kol a přejít na pohodlný pětimístný model s poháněnými koly zadní nápravy. Nová generace je v porovnání s předchůdcem delší (+85 mm) a širší (+70 mm); nabízí i delší rozvor (+140 mm), ale současně nižší karoserii (-65 mm). Rovněž narostl rozchod předních i zadních kol (+75, resp. +60 mm).

Díky platformě GA-L bylo možné změnit zástavbu sady palivových článků a komponent hnacího ústrojí ve prospěch efektivnějšího využití prostoru. Výsledkem uvedených změn je prostornější kabina a lépe vyvážený podvozek. Důležité je i to, že bylo možné zabudovat hned tři vysokotlaké vodíkové zásobníky, a zvýšit tím kapacitu paliva i jízdní dosah – o plných 30 %. Zásobníky jsou uspořádány do tvaru „T“ – nejdelší je umístěn podélně uprostřed pod podlahou vozidla, zatímco dva menší zásobníky jsou příčně pod zadními sedadly a zavazadlovým prostorem. Nádrže dohromady pojmou 5,6 kg vodíkového paliva (dvojice zásobníků předchozí Toyoty Mirai pouze 4,6 kg). Jejich umístění rovněž přispívá k nízkému těžišti vozu.

Nová architektura také dovolila přesunout nový vodíkový palivový článek z dřívějšího místa pod podlahou vozidla na jeho příď (kde je typicky motorový prostor), zatímco (kompaktnější) vysokonapěťová baterie společně s elektromotorem se nyní nachází nad zadní nápravou. Díky optimálnímu uspořádání pohonného ústrojí má vůz rozloženu hmotnost mezi nápravami v poměru 50:50.

Zásobníky využívají pevnější vícevrstvou konstrukci a vykazují vysokou efektivitu ve smyslu kapacity a celkové hmotnosti – podíl vodíku na celkové hmotnosti paliva a zásobníků činí 6 %.

Nová sada vodíkových palivových článků

Speciálně k nasazení na platformě GA-L vyvinula Toyota novou sadu palivových článků společně s měničem energie palivových článků (FCPC). Všechny nezbytné prvky dokázali konstruktéři spojit do jediného bloku (vč. vodních čerpadel, mezichladiče, klimatizace a vzduchových kompresorů a vodíkového recirkulačního čerpadla); veškeré součásti jsou nyní menší a lehčí, což se zároveň odrazilo v lepších výkonových schopnostech. Ke zmenšení samotného pouzdra sady článků napomohlo třecí svařování promíšením (TSW) s tenčí mezerou mezi palivovým článkem a vnějším pouzdrem.

Díky lepšímu obestavění prostoru bylo možné přemístit sadu palivových článků na příď Mirai (kde je typicky motorový prostor). U modelu předchozí generace se uvedená jednotka nacházela pod předním sedadlem.

Sada palivových článků využívá tuhý polymerní elektrolyt, stejně jako předchozí Mirai, ale nyní je menší a obsahuje menší počet článků (330 namísto 370). Hmotnost sady se podařilo snížit z 56 na 52 kg. Uvedená jednotka kromě rozměrových a hmotnostních úspor vykazuje i rekordně vysokou měrnou energetickou hustotu na úrovni 5,4 kW/l (resp. 4,4 kW/l bez koncových desek). Maximální výkon sady palivových článků se následkem toho zvýšil ze 155 k (114 kW) na 174 k (128 kW). Zlepšení se týká i schopnosti provozu za mrazivých teplot – nastartovat vůz je nyní možné již od -30 °C.

Jelikož jsou systémová připojení koncentrována do jediného pouzdra, není zapotřebí používat tolik komponent, což opět znamená úsporu místa i hmotnosti. Zaměření na inovace a zlepšení jednotlivých komponent přineslo 42% pokles hmotnosti, nicméně výkon současně narostl o 12 %. Z nově provedených opatření jmenujme přemístění sběrného potrubí, zmenšení rozměru a hmotnosti článků, optimalizaci tvaru přepážky kanálu vedení plynu a použití pokrokových materiálů elektrod.

Součástí jednotky je rovněž DC-DC měnič palivových článků (FDC) a modulární vysokonapěťové součásti; v porovnání s dosavadním systémem se podařilo snížit rozměry o 21 %. Hmotnost poklesla o 2,9 kg na 25,5 kg. Za úsporou místa stojí vyspělé technologie – v tranzistorech inteligentního výkonového modulu (IPM) Toyota vůbec poprvé použila polovodičový materiál nové generace na bázi karbidu křemíku. To se odrazilo v nárůstu výkonu, snížení spotřeby energie a snížení počtu tranzistorů, a tedy i zmenšení měniče FCPC.

Tentýž přístup zaměřený na zmenšování rozměrů a úspory hmotnosti se týká dalších součástí sady palivových článků. Konstrukce přívodu vzduchu snižuje kompresní ztráty a obsahuje akusticky pohltivé materiály, aby v kabině nebylo možné postřehnout hluk sání. Na výstupu vzduchu se zase používají kanály ze syntetické pryskyřice, přičemž konstrukce umožňuje odvod velkého množství vzduchu a vody; k potlačení hluku v kabině napomáhá velkokapacitní tlumič. Systém vedení vzduchu jako celek je bezmála o 30 % menší než u předchozí Mirai a více než o třetinu (34,4 %) lehčí.

Vysokonapěťová lithium-iontová baterie

Nová Mirai používá vysokonapěťovou lithium-iontovou baterii, která nahrazuje baterii typu NiMH předchozího modelu. Díky vyšší energetické hustotě i přes menší rozměry vykazuje vyšší výkon a lepší ekologické parametry. Modul obsahující 84 článků nabízí jmenovité napětí 310,8 V a kapacitu 6,5 Ah (NiMH předchůdce 244,8 V, resp. 4,0 Ah). Celková hmotnost poklesla ze 46,9 na 44,6 kg. Špičkový výkon byl posílen z 25,5 kW x 10 sekund na 31,5 kW x 10 sekund.

Menší rozměry baterie dovolují zástavbu za zadní sedadla bez zasahování do zavazadelníku. Optimalizace se týká i vedení chladicího vzduchu s nenápadnými vstupními otvory po obou stranách zadních sedadel.

Přínosy nové platformy GA-L pro jízdní chování a stabilitu

Podvozková platforma GA-L přináší výhody v podobě nižšího těžiště, lepších charakteristik setrvačnosti a výrazně vyšší tuhosti karoserie, což se souhrnně odrazilo ve velmi dobrých dynamických schopnostech vozu.

Ke zvýšení tuhosti karoserie přispěly strategicky rozmístěné podpěry a výztuhy s využitím hliníku a ultra vysokopevnostní oceli v zájmu zachování nízké hmotnosti vozidla. Z klíčových vylepšení jmenujme dodatečné výztuhy v předním prostoru karoserie; použití hliníku litého pod tlakem u věží zavěšení předních kol; větší průřez dveřních prahů pro větší tuhost v krutu i ohybu; a prstencovou konstrukci k vyztužení v oblasti přístrojového panelu a pod čelním oknem. Byly doplněny další příčné vzpěry do prostoru podlahy ke zvýšení tuhosti v krutu; používá se též konstrukce s průběžným žebrem ve prospěch tuhosti spojů u spojovacích dílů rámu. Součástí nového rámu zadní části karoserie je i nová věž zavěšení zadních kol. K vyšší tuhosti karoserie a lepšímu jízdnímu chování přispělo též širší použití lepených karosářských spojů a spojování laserem s housenkovými svary.

Vytříbenější jízdní kvality

Vyšší výkon zprostředkovaný sadou palivových článků a baterií Toyoty Mirai znamená hladký a lineární rozjezd z místa, stejně tak jako zrychlování sladěné s úhlem sešlápnutí akceleračního pedálu. Hnací moment a maximální zátah přichází ihned po sešlápnutí akcelerátoru; výrazné zlepšení křivky pružného zrychlení vozu přináší řidiči ještě příjemnější zážitek za volantem.

Jízda v mimoměstském provozu se vyznačuje uvolněným charakterem a vynikající odezvou za všech rychlostí. Vyvážený postoj nové Toyoty Mirai v kombinaci s agilním zrychlováním lze naplno využít při zdolávání zatáček a serpentin.

Po navolení režimu brzdění při rekuperaci lze simulovat efekt brzdění motorem jako u vozidel s manuální převodovkou. V takovém případě vůz intenzivněji zpomaluje a rekuperuje více energie při současné regulaci rychlosti, např. v táhlých klesáních. Funkci lze jednoduše deaktivovat sešlápnutím pedálu akcelerátoru.

Vyšší výkon při současném snížení spotřeby

Mirai díky výkonové posile akceleruje z místa na 100 km/h o 0,6 sekundy rychleji – nyní 9,0 s; nejvyšší rychlost činí 175 km/h. I přes nárůst výkonu se podařilo snížit spotřebu paliva: v kombinovaném cyklu podle metodiky WLTP činí spotřeba 0,79 kg/100 km s 19″ koly, resp. 0,89 kg/100 km s 20″ koly. U modelu předchozí generace byla spotřeba 0,94 kg/100 km. Snížením spotřeby paliva a zvětšením celkové kapacity tří vodíkových zásobníků (ze 4,6 na 5,6 kg) se nová Mirai chlubí i delším maximálním dojezdem – přibližně 650 km. Samotné tankování je jednoduché a nemělo by zabrat více než pět minut.

Nové víceprvkové zavěšení kol

Platforma s pohonem zadních kol používá nové přední i zadní zavěšení typu multilink namísto dříve používaných vzpěr typu McPherson vpředu, resp. torzních příček na zadní nápravě. Uvedená konfigurace – s horním uložením vpředu, resp. spodním uložením vzadu – propůjčuje vozidlu vysokou úroveň stability, ovladatelnosti a jízdního pohodlí. Jmenovitě se jedná o použití silnějších stabilizátorů, optimální umístění kulových kloubů horních i spodních vodicích ramen a celkově vysokou tuhost zavěšení ve prospěch dobré odezvy a stability.

Kola a pneumatiky

Přínosem je i použití větších kol a pneumatik. Kola z lehkých slitin o velikosti 19 nebo 20″ obouvají pneumatiky o rozměrech 235/55 R19, resp. 245/45 R20, s nízkým valivým odporem a tichým chodem, což se odrazilo v lepší spotřebě paliva, kvalitě jízdního chování, stabilitě a tichém prostředí v kabině.

Bezpečnost vodíkových zásobníků

Mirai používá konstrukci vykazující vysokou kolizní bezpečnost, která v případě nehody chrání posádku vozidla, jakožto i sadu palivových článků a vodíkové zásobníky. Robustní rám karoserie omezuje deformaci kabiny na minimum a zajišťuje regulaci a pohlcování sil v důsledku nárazu. S ohledem na specifické vlastnosti FCEV byly do konstrukce sady palivových článků začleněny hliníkové prvky; vpředu umístěné energii pohlcující prvky zmírňují dopady případného čelního nárazu. Senzory rozmístěné po celém vozidle okamžitě detekují jakýkoli únik vodíku ze zásobníků a aktivují varovnou kontrolku na přístrojovém panelu před řidičem. Všechny tři zásobníky jsou zabudovány mimo prostor kabiny, a tak se případný unikající plyn rychle rozptýlí do okolního prostředí.

Zásobníky jsou opatřeny živičnou izolační vložkou, která zamezuje pronikání vodíkových molekul. Zvenku zásobníky pokrývá lehká a pevná živičná vrstva s obsahem uhlíkových vláken. Jakkoli je takový scénář nepravděpodobný, v případě požáru nebo zvýšení teploty uvnitř zásobníků je zde připraven pojistný ventil, který automaticky uvolní plyn, aby nedošlo k roztržení.

Cena vozu začíná na 1,7 milionu Kč a je o 20% nižší ve srovnání s první generací.