Wasserstoff statt Strom: Brennstoffzellen-Limousine Toyota Mirai mit neuer Plattform

Toyota möchte vom neuen Mirai zehn Mal so viele Exemplare verkaufen wie vom Vorgänger
 

Das grundlegende Konzept des Hybridantriebs hat Toyota erfolgreich in Hybridfahrzeugen (HEV), Plug-in-Hybriden (PHEV), batterieelektrischen Modellen (BEV) und – beginnend mit dem Mirai – auch in Brennstoffzellen-Autos (FCEV) umgesetzt. Alle Antriebskonzepte spielen ihre spezifischen Vorzüge in unterschiedlichen Mobilitätsszenarien aus. BEV beispielsweise eignen sich besonders für Berufspendler und den Stadtverkehr. HEV und PHEV ermöglichen praktisch jede Art von Fahrten, auch längere Strecken sind möglich. FCEV sind auf Langstrecken ausgelegt und bieten sich vor allem für größere und schwerere Pkw sowie für das Transportwesen und den öffentlichen Personenverkehr an.

Jetzt geht eine neue Mirai Generation an den Start. Sie profitiert von einer konsequent weiterentwickelten FCEV-Technologie und überzeugt mit einem emotionalen Auftritt. Hierzu trägt das dynamische Design ebenso bei wie das gesteigerte Fahrvergnügen. Dank seines komplett neu konstruierten Brennstoffzellensystems, einer intelligenten Raumaufteilung und einer effizienteren Aerodynamik ermöglicht der neue Mirai eine Gesamtreichweite von rund 650 Kilometern – und das einzige, was er auf dieser langen Strecke emittiert, ist Wasser in Form von Dampf.

Bei der Entwicklung des neuen Mirai hat Toyota jeden Aspekt des Fahrzeugs so optimiert, dass er die Kunden emotional anspricht – in puncto Kraftentfaltung und Fahrleistungen ebenso wie durch die Art, mit der das Auto fährt und optisch auftritt.

Erklärtes Ziel war es, die Reichweite gegenüber der ersten Generation auf ein Maß zu steigern, das die meisten rein batterieelektrischen Autos übertrifft. Hierfür legten die Motorleistung und das Fassungsvermögen der Wasserstofftanks ebenso zu wie die aerodynamische Effizienz. Das Ergebnis: ein um 30 Prozent vergrößerter Aktionsradius, der nun gut 650 Kilometer erreicht. Damit steigt der Mirai nun endgültig in die Klasse der Langstrecken-Fahrzeuge auf.

Ebenso intensiv hat sich Toyota der Raumaufteilung gewidmet. Die modulare GA-L-Plattform, die dem neuen Mirai als Grundlage dient, ermöglicht ein erheblich wirkungsvolleres Packaging. Zugunsten einer ausgewogeneren Anordnung des neuen FCEV-Antriebsstrangs rückte die Brennstoffzelleneinheit nun unter die Motorhaube. Auf diese Weise macht sie den Weg frei für einen größeren Innenraum, der nun fünf Passagieren Platz bietet.

Dabei fällt der neue Mirai auch mit attraktiveren Proportionen auf. Während Toyota den Radstand um 140 auf 2.920 Millimeter gestreckt hat, wirkt die um 65 Millimeter auf 1.470 Millimeter reduzierte Fahrzeughöhe jetzt flacher – auch dank der tieferen Dachlinie, die sich ebenso wie die durchgehende Unterbodenverkleidung positiv auf die Aerodynamik auswirkt. Der hintere Überhang wuchs um 85 Millimeter, womit die Gesamtlänge der Limousine jetzt 4.975 Millimeter erreicht. Die um 75 Millimeter breitere Spur und größere Räder mit 19 und 20 Zoll Felgendurchmesser tragen zum niedrigeren Fahrzeug-Schwerpunkt bei und unterstreichen den dynamischen Auftritt des neuen Mirai.

Die GA-L-Plattform ermöglicht eine platzsparende Positionierung der Brennstoffzelleneinheit sowie der Antriebskomponenten. Somit bietet der neue Toyota Mirai nun bis zu fünf Passagieren im Innenraum Platz und überzeugt mit einem ausgewogeneren Fahrverhalten. Eine der bedeutendsten Weiterentwicklungen dabei: Die neue Architektur offeriert genügend Raum für drei statt zwei Hochdruck-Wasserstofftanks. Dies steigert sowohl das Volumen der Tankkapazität als auch die Reichweite gegenüber dem Vorgänger um 30 Prozent.

Die drei T-förmig angeordneten Tanks zeichnen sich durch ihre stärkere, mehrlagige Konstruktion und ihr geringes Gewicht aus. Der größte dieser Wasserstoffspeicher befindet sich in Längsrichtung mittig unter dem Fahrzeugboden, die beiden kleineren sitzen quer unter den Rücksitzen und dem Gepäckraum. Ihre tiefe Einbauposition trägt zum niedrigen Schwerpunkt des neuen Toyota Mirai bei und wirkt sich auch auf das Kofferraumvolumen positiv aus. Die Gesamtkapazität der drei Tanks stieg auf 5,6 Kilogramm.

Ein weiteres Novum: Dank der innovativen Architektur wanderte die komplett neu entwickelte Brennstoffzelle vom Fahrzeugboden unter die Motorhaube – also dorthin, wo konventionell angetriebene Fahrzeuge ihren Motor tragen. Die nochmals kompaktere Hochvoltbatterie sowie der Elektromotor befinden sich indes über der Hinterachse. Der auf diese Weise optimierte Antriebsstrangs verleiht dem heckgetriebenen Toyota Mirai eine ausgeglichene Gewichtsverteilung von jeweils 50 Prozent an Vorder- und Hinterachse.

Toyota hat die neue Brennstoffzelle und den Brennstoffzellen-Konverter FCPC (Fuell Cell Power Converter) speziell für den Einsatz in der GA-L-Plattform konzipiert. Alle Komponenten einschließlich Wasserpumpen, Zwischenkühler, Luftkonditionierer, Verdichter und Wasserstoff-Rezirkulation finden sich nun im Rahmen des Brennstoffzellen-Verbunds wieder. Dabei zeichnen sie sich durch eine kleinere und leichtere Bauart bei gleichzeitig höherer Leistungsdichte aus. Mithilfe des Rotations-Schweißverfahrens konnte Toyota den Platz zwischen der Brennstoffzelle und dem Gehäuse so weit reduzieren, dass das Behältnis selbst ebenfalls kompakter ausfällt.

Wie im Mirai Vorgängermodell kommt auch bei der zweiten Generation in der Brennstoffzelle ein Festpolymer zum Einsatz. Der Batteriepack baut kleiner und besteht nun aus 330 anstelle von 370 Zellen – trotzdem stellt er mit einer spezifischen Leistungsdichte von 5,4 kW pro Liter einen neuen Bestwert auf. Die Maximalleistung steigt von 114 auf 128 kW. Auch das Verhalten bei Kälte hat Toyota verbessert: Nun startet die Zelle sogar bei Temperaturen bis zu minus 30 Grad Celsius.

Trotz einer Leistungssteigerung um zwölf Prozent bringen die optimierten Komponenten innerhalb des Gehäuses gut 50 Prozent weniger Masse auf die Waage. Zugleich hat Toyota ihre Anzahl und damit die Menge notwendiger Systemverbindungen reduziert, was neben Gewicht auch wertvollen Bauraum einspart. Dies gilt zum Beispiel für die kompakter gestaltete Ansaugung, die neu positioniert wurde und damit die optimierte Form des Gaskanal-Separators ermöglicht. Hinzu kommen innovative Materialien für die Elektroden.

Die Brennstoffzelleneinheit umfasst darüber hinaus einen DC-DC-Konverter (Gleichstrom-Gleichstrom) und modulare Hochspannungskomponenten. Sie sind dank modernster Technologien 21 Prozent kleiner als das aktuelle System, während das Gewicht um 2,9 auf 25,5 Kilogramm sank. Bei den Transistoren der Intelligent Power Modules (IPM) setzt Toyota erstmals die nächste Generation von Siliziumkarbid-Halbleitern ein. Dies verbessert die Leistungsabgabe, obwohl weniger Transistoren zum Einsatz kommen und der Leistungsverlust geringer ausfällt. Im Umkehrschluss kann hierdurch der gesamte Brennstoffzellen-Konverter FCPC kleiner dimensioniert werden.

Auch weitere Elemente des Brennstoffzellen-Stacks profitieren von der Größen- und Gewichtsminimierung. Der auf geringen Druckverlust ausgelegte Lufteinlass enthält schallabsorbierendes Material. Ebenso wie der Schalldämpfer verhindert er, dass störende Geräusche in den Fahrgastraum eindringen. Der Auslass besteht aus einem Harzrohr, das eine große Menge Luft und Wasser abführen kann. Insgesamt baut das gesamte Luftsystem fast 30 Prozent kompakter als beim aktuellen Mirai und wiegt über ein Drittel (34,4 Prozent) weniger.

Toyota rechnet mit einem Absatz, der die Vorgängergeneration um den Faktor zehn übertrifft. Säulen dieses Wachstums sind neben der verbesserten Leistungsfähigkeit und der größeren Attraktivität des neuen Modells auch der um knapp 20 Prozent günstigere Verkaufspreis, den die Entwicklungssprünge des Wasserstoff-Fahrzeugs ermöglichen.