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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