第117回定例研究会資料 ホンダの燃料電池について：株式会社本田技術研究所/井ノ上雅次郎

水素エネルギー

シ

ステム

Vo

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31

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第

1

1

7

固定例研究会資料

環境技術に対する取り組み

ホンダの燃料電池について

井ノ上雅次郎 現在 (株)本田技術研究所 和光基礎技術研究センター 2006. 2. 23

HONDA

の環境技術

2000 tハイプリ対ε

FCV

d

留島省静

FCX-V1

システム概略図

純水素型燃料電池実験車システム

水素エネルギーシステム

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FCX-V2

システム概略図

空気信指系 メタノール改質型燃料電池実験車システム

メタノール改質型燃料電池車 (FCX-V2)

F

G

X

-

V

3

での進化

ホンダ独自の

FC

パワープラント・システム ①新パワーソース・システム

(FC+

ウルトラキャパシタ) ②新エレクトリック・ドライブ・システム(小型高効率モーター) ③高圧水素貯蔵技術(カーボンコンポジットタンク)

第

117固定例研究会資料

FCX-V2

ホンダスタック

FCX-V3

システム概略図

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鍬 供 給 系

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Q U

水素エネルギーシステム

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FCX-V3

2001年/ 2月

FCX-V3 w

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H

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FC S

t

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主要諸元

使い勝手

..11始動可能 ・短詩問先場

FCX-V4

での進化

ホンダ独自のFCパワープラント・システム

(

F

C

X

-

V

3

の基本技術に加えて) ①システムのより一層のコンパクト化と性能向上を実現 ②水素貯蔵圧力の向上(25MPa→ 35MPa)

第

117

固定例研究会資料

FCX-V3 H

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FCX-V4

主要諸元

水素エネルギー

システム

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FCX

主要諸元

FCXの特長:

加速感=ウルトラキャパシタ

FCの過渡応答遅れをウルトラキャパシタがアシストし、 レスポンスの良いキビキビした走りを実現

第

117

固定例研究会資料

，向調鳥....，.・h

FCXI

リース販売発表

，稽コ;;IIC"

FCX日米納車 2002年1

2月2日

日 本 : 首 相 官 邸 US Los Angels市 CityHali前

ホンダウルトラキャパシタ

システムモジュール キャパシ少

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水

素

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ネルギ

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システム

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ウルトラキャパシタの充放電概略図

ウルトラキャパシタ 化学電漣C=~ルー柑蹟髄1 ￨ 物 理 的 に 吸 着 化 学 的 に 反 応 ￨ 正種 _正・ o.-t町

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1/制下】 小 高い

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み}

ウルトラキャパシタの特性

出力密度 エ ネ ル ギ ー 効 $ (W取g) 1500 (0.;)100 ト

・

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...ニッケル申.パヲテ9 95 、、---- -W h ¥_{効90 、 、 、 司}

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事 ¥ ¥ 、 ー 85 、、、h 80 出力 ~1000 密 度 5

∞

-ニッケルホ最パッテワ 15C酬婦はの高出力/回生が可能 低 抵 抗 低 損 失 の 特 性 ニッケ

J

v

水素電池の1/2程度の重量で 同一出力/園生が可能

システム効率の向上に大きく寄与

氷点下20

0

Cで始動可能なHondaFC

Stack

を搭載したFCXを発表 ~OO金目盟

工

伺

第

1

1

7

固定例研究会資料

キャパシタセル

負鍾集竃fi

セルの充放電性能

cl >< .<: ~ 韓国 《 < 創 詩 ヨ ミ 1

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H O G 500 1000 1500 出力密度(wIkg) エネルギー密度:3.9 ...

ν

k

g

出力密度:15

∞

W!k&以上 2000

高出力・高エネルギ

世界トップクラスの特性

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関誌掬妙

第

117

固

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究会

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加速性能の向上

レスポンスの良い発進加速・更に中高速での伸びを向上

加速性能

O

電気自動車 遣 い 起 し 加 速 { ξ E a O O F -o s 発進加速G 加 速 G

FCX

w

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Honda FC STACK主要諸元

Honda

燃料電池スタック開発年表

' 燃料 電 池要素技術開発スタート

の主たる進化部位

a . . -a

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v - F 干a

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純水素 高圧ヲンク燃料電池車 FCX-Y31こ搭披 CaFCP参加 公選テストを重ねる メヲノール改質 燃料電池車 FCX-Y2に裕鍛

高出力化・低温始動を可能とする技術ポイント

Honda FC ST

ACK

スペック

/ ' ー_、 MEA

置量購盟髄臨ん

田 園 置 爾 聯 繋

田園田即願樹謡選手を

品島

水素エネルギーシステム

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出力の進化 小型化の進化 軽量化化の進化

i:

~. 川\ド国\l

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05

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11.

アロマティック電解質膜

金属セバレータ

スタック構造

燃料電池補機システム

アロマティック電解質膜

アロマティック電解質膜

日ょ

hf

¥

宅23Y 45¥ 100 exchaoge Aroma企icmainchain substrate フッ素系電解質膜(従来技術)

-高イオン伝導化

・高耐熱化

-高強度化

一

第

117

固定例研究会資料

Honda燃料電池スタックの出力密度

( 凶 ぷ ¥ ﹀﹀主主的

E

可 制 コ 去 コ O # F 布 石 ﹀ ﹀ O 0.5 1.0 1.5 2.0

Volume output density (KW/し)

アロマティック電解質膜

金

j

議セバレータ

スタック機途

燃料震

j

也事務機システム

アロマティック膜による低温始動性への効果

氷点下における電解質膜の水素イオン伝導性向上 コ氷点下でのスムースな発電を実現 High U O C 但 . . . . ， 的 問 ω 』 ω c 咽 」 」コ

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Low -30 ー I v 制 帽 括 。 曲 。 凶yt・"*耐・附 同吋情出.，tn.h内 rne柏 崎'n6 Operating同nge -20 -10 0 10 20 30 T emperature (OC)

第

117

固定例研究会資料

水素エネルギーシステム

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アロマティック膜の課題克服

アロマティック電解質膜は高耐熱な反面，全く新たな組成及び物性 を有しており，従来と閉じ

MEA

製造条件では，電極との最適な密着 性を確保することが困難であった =字独自の製法で電解質膜と電極層の密着性を向上

計

100

アロマティック膜の耐久性

電解質膜の耐熱性向上 800 C=>950 C Aromaticelectrolyte membrane K A 4 F -= 心 司 ﹄ コ O

セバレータの役割

アロマティック

金属セバレータ

1.水素、空気、冷媒の各々を適切に分配する隔壁・流路の役割 2.電子と熱を輸送する役割

金属セバレータ素材

を高次元で両立

素材開発によりセバレータに必要な

-導電性

・熱伝導性

.耐食性

1

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ム

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Stainless Elect同callyconductive steelbase metallicinclusions

金属材セバレータ

カーボン材セバレータ

小型化

。

ム

(高強度で薄〈できる) 低温起動性

。

ム

(熱伝達性) (低温でもすぐ温まる) 大量生産性

。

O

×

導電性と耐食性 (表また面表酸面化導皮電膜メのッキ成で長はでミウ修口抗欠増陥加部

ム

でガルパニック腐食が集中)

金属セバレータにおける課題

-96-第

117

固定例研究会資料

水素エネルギーシステム

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金属セバレータによる低温始動性への効果

金属セバレータによる低温始動性への効果

セバレータ接触面導電性の向上=今発電性向上 Reduced to

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4 Stamped metalseparator High ω O C 悶 判 的 一 凶 ω ﹂ 判 ハ ︼ 問 料 ﹁ ﹄ 00 セバレータ熱伝達率の向上司昇温性向上 High h H -﹀ -H O コ ℃ c o o -司 E ﹄ 由 工 ↑ Low -30 Low 30 -10 0 10 20 Temperature (OC) -20 ariコon ， P~ ，::>'atc~ Stamped metal separator

スタック構造(小型・軽量化)

-金属プレスセバレータ =辛従来比で厚さ半減 -金属プレスセバレータ のバネ性利用 =字締結部品大幅削減 (ボルト血パネ.B/Uプレート) Stamped metal separator (unitized 5e.l)

、

b 30，t

スタック構造

[J

燃料電池補機システム

Fuel cell坑 郎 防 Humidi官erunit 仁

3

スタックの低圧損性と合わせて 空気供給系・水素循環系 の経路圧力損失の低減化

」二ユー

エネルギー効率向上 スタック2分割化による 補機部品の最適L/O化

」二ユー

システム全体の小型化

燃料電池補機システム

ス

水素エネルギ

ー

システム

Vo

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Honda FC

Stack

総 括

アロマティック電解質膜およびシール一体金属プレスセパレータ を中心とした燃料電池スタックの開発を行うことで、 世界初の氷点下始動と世界トップレベルの小型高出力化を実現 するとともに、 将来の FCV普及に向け、乗用車としての実用性を向上させてきた。

水素社会ヘ向けて、吏なる研究開発を推進

東京モーターショウ FCXコンセプト

<水素製造・供給ステーション概要>

所 在 地 米国カリフォルニア州トーランス_{ホンダR&Dアメリカズロスアンゼルス研究所内} 太陽電池 電カ変費量密 構成システム 水.鱗システム コンブレツサマ iIi庄水素貯蔵タンク 手山4 水素製進能力 商用電力併用時 最 大 36，500び / 年 太漏電池のみ 7，600L謀/年 氷素貯蔵能力 200L来 水素充填能力 20L潔/ 分 不A ? 長 ※250気圧

-98-第

117

固定

例

研究会資料

H

o

n

d

a

FC ST

ACK

搭載

FCX

の適合性実証

2003 2004 2005

ホンダ水素製造・供給ステーション

2001年7月

家庭用水素供給システム

rHomeEnergy S

t

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I

I

I

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天忽ヲヨス 第3世代モデルの実験稼動を 2005年11月カルフォルニア州 にて開始

水素エネルギーシステム

Vo

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Home Energy S

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1

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所在地 システム構成 水素製造能力 水素貯蔵容量 発電能力 起勤時間 rHome Energy Station IIJと比較して -約30%小型化 -発電量を約25%向上 .起動時間を1分に短縮 -水素の製造・貯蔵能力も50%向上 カリフォルニア州トーランスHondaR &0 Ameri儲S敷地内 ~貧湾、銀科電池、精製署署、コンプレッサ一、高圧水素タンク Jl大 3Nm3/h 1田 L(50Mpa) 5納N 1分

第

117

固定例研究会資料

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