トヨタ自動車における燃料電池自動車開発の現状と...

トヨタ自動車株式会社 FC技術・開発部

小島 康一 渡部 麻美子

トヨタ自動車における燃料電池自動車開発の現状と展望

サステイナブルなモビリティ社会

誰もが自由に

より快適・安心に

クリーンに持続的に

モビリティを利用できる社会

エコカーは、普及してこそ環境への貢献

省エネルギー

燃料多様化への対応

トヨタの基本スタンス

FCVのうれしさ

エネルギーの多様化

ゼロエミッション

走りの楽しさ

使い勝手の良さ

大容量電源供給（災害時等）

優れた加速性能

静粛性

水素充填時間（3分程度）

航続距離

氷点下動力性能（-30℃）

MIRAIがもたらすFCVのうれしさ ・・・MIRAIでのブラッシュアップポイント

主要コンポーネント FC昇圧コンバーター FCスタック

駆動用バッテリー

高圧水素タンク パワーコントロールユニット モーター

トヨタFCスタック トヨタFCスタック（発電部）

FC昇圧コンバーター

補機部

種類：固体高分子形 最高出力：114 kW （１５５ PS) 体積出力密度：3.1 kW/L 加湿方式：内部循環方式（加湿器レス）

水素循環ポンプ等

最大出力電圧：650 V 相数：4 相

新型FCスタックの高出力密度化（高性能化・小型化）

新型FCスタックの高出力密度化（高性能化・小型化）

新型セルの高性能化 （1） セル流路構造の革新（空気極）

新型セル（MIRAI)

排水性と空気の拡散性を同時に向上させ、セル面内の均一な発電を実現

空気

水素

生成した水は親水化した3Dファインメッシュ流路によって 速やかに吸い出され、水づまりによる空気の流れ阻害を防止

2008年型セル

空気 水素

流路のリブ幅が大きい

発電により生成した水で流路が閉塞しやすく、 空気の流れを阻害

新型セルの高性能化（2）電極の革新

電解質膜の薄膜化、ガス拡散層の拡散性向上、 触媒の高活性化により電極反応を大幅に向上

ガス拡散層：基材の低密度化・薄層化 ⇒ガス拡散性を2倍に向上

触媒層：反応性の高いPt/Co合金触媒 ⇒活性を1.8倍に向上

電解質膜：1/3に薄膜化 ⇒プロトン伝導性を3倍に向上

11 FCスタック

内部循環方式（加湿器レス）

高圧水素タンク

炭素繊維強化プラスチック層構成の革新により軽量化 世界トップレベルのタンク貯蔵性能5.7wt%を実現

公称使用圧力 70 MPa（約700気圧）

タンク貯蔵性能 5.7 wt%（世界トップレベル）

タンク内容積 122.4 L（前方60.0 L、後方62.4 L）

水素貯蔵量 約5.0 kg

主要諸元

水素充填

新充填規格（日・米・欧共通）に対応し、3分程度の充填時間を実現

FC昇圧コンバーター

最大出力電圧 650 V

体積 13 L

相数 4 相

冷却方法 水冷

主要諸元

氷点下動力性能（1）氷点下性能の向上

■氷点下始動直後の発電性能の向上 ・セル流路・電極の高性能化 ・セル内の水分量制御技術の確立 ■暖気性能の向上 ・FCスタックの高出力密度による熱容量低減 ・燃料電池急速暖機制御技術の確立

-30℃からの始動を可能にし、実使用上満足できる始動直後の出力を確保

氷点下動力性能（2）極寒地評価の例

大容量外部電源供給システム

MIRAIから供給可能な電力量は約60kWhで、最大9kWの電力供給が可能

供給電力量

約60kWh

最大供給電力

9kWh

大容量外部電源供給システム

NEDOの成果の活用

MIRAIの開発過程でＮＥＤＯ事業の成果を活用させていただきました

①触媒・電解質膜の劣化メカニズム・新規解析手法 ②高圧水素環境下での材料特性 ③水素安全評価技術 ④国際標準化 加えて、企業・研究者の裾野を広げていただき、個社の研究開発が 活発になり、種々の提案を企業・研究者からいただける頻度が増加

サステイナブルなモビリティ社会を支えるエネルギー利用

電気と水素を活用し、多様なエネルギーから成り立っている社会

EV・PHV 蓄電設備

火力発電

発電ユニット

自動車燃料

水素タンク

バイオマス

下水処理

太陽光

風力 再生可能 エネルギー

化石燃料 電気グリッド

水素グリッド

水素-電力 変換

大量・長期保存

水電解

産業利用

都市・家庭

電気

エネルギーの流れ

水素

化石燃料 FCV・FCバス

都市・家庭

都市・家庭

HV

製油所・ 化学プラント

化学プラント

ハンブルグ市の再生可能エネルギーを活用した水素利用①

風力発電の余剰電力で水素を製造 日当たり250kgを製造 FCバスを１０台運行

風力

水電気分解

水素ステーション

ハンブルグ市の再生可能エネルギーを活用した水素利用②

水素ステーション

ハンブルグ市の再生可能エネルギーを活用した水素利用③

水電気分解装置 （１台約７千万円）

2020年以降のゼロエミッション車に変える

運行開始日 2015年１月９日（金） 運行事業者 名鉄バス(株)豊田営業所 運行路線 とよたおいでんバス「豊田東環状線」（豊田市～三河豊田駅前） ３往復／日（月曜日を除く） 使用台数 １台

燃料電池バス

NEDOの委託で技術研究組合「次世代パワーエレクトロニクス研究開発機構」が実施

FC昇圧コンバーターにSiCダイオードを搭載

高品質なSiCウェーハ技術を活用 （下記プロジェクトの成果）

ご静聴ありがとうございました