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燃料電池車FCXクラリティ、電気自動車iMiEVを徹底取材
ホンダ・三菱自動車の開発者が挑む!エコカー市販化への道
脱石油、CO2削減の流れが加速する中、脚光を浴びているのがクルマにおける電気エネルギー利用技術。燃料電池車、純電気自動車など、かつては未来カーと思われていたクルマが次々に目の前に登場している。それら次世代エコカーの開発最前線をレポート。
(取材・文/井元康一郎 総研スタッフ/宮みゆき 撮影/栗原克己・早川俊昭)作成日:08.11.13

Part1 ホンダのチャレンジ精神が生んだ燃料電池車『FCXクラリティ』

HONDA FCXクラリティHONDA FCXクラリティ
 ホンダFCXクラリティは、水素を使って発電する燃料電池を主電源とする次世代のサルーンカー。燃料電池車(FCEV)は通常の充電式バッテリーに比べて重量出力密度、すなわちユニット重量あたりの発生可能パワーが格段に高く、電気自動車(PEV)に比べて大型のモデルを作りやすいというメリットがある。
 航続距離もPEVと比べると格段に長く、FCXクラリティの場合、10・15モード走行時で実に620kmを達成してる。デメリットはコストがきわめて高いこと。ホンダはFCEVを量産してコストを下げるにはどうしたらいいかを探るため、FCXクラリティを3年間で200台生産する“量産ライン”を構築し、さらに研究中。

目標を達成していく楽しみしか思い出せない

「燃料電池車(FCEV)を作るからお前、開発をやれ、と突然言われてから今年で10年。技術者としては本当に充実した日々でした。開発過程では様々な困難がつきまといましたが、世界初のクルマ作りなのだから、苦労もなしにできるわけがない。振り返ってみると、新しいことにチャレンジし、目標を達成していく楽しみばかりが思い起こされて、何が大変だったかなんてどうでもよくなっている」

 次世代のクリーンエネルギーの本命といわれる水素を使って発電しながら走るFCEV。ホンダが世界に先んじて本格的にリース販売を開始した量産型FCEV「FCXクラリティ」の開発責任者、藤本幸人氏は、クリーンカー開発の楽しさを語る。

 FCEVを担当する前は、レシプロエンジンのシステム制御系の開発に携わってきた。若い頃から一貫してスポーティモデルを好み、現在の愛車も超高回転型エンジンを搭載するスポーツセダン「アコード・ユーロR」だ。走って楽しくなければホンダ車ではないというのが信念だ。 「その頃はもちろん燃料電池の事なんか何も知りませんでした。当時の上司からやれと言われたとき、『それ、本当に俺に言ってるの?』とさえ思った」(藤本氏)

株式会社 本田技術研究所 四輪開発センター 上席研究員 藤本 幸人氏

絶対に格好良くなきゃイヤだ

 最初に作ったFCEVの試作車「FCX-V1」は、当時ホンダがリース販売を行っていた電気自動車「EVプラス」の床下に、他社製の燃料電池スタックを搭載。「とりあえず走らせてみるという目的で作った」(藤本氏)。が、そのスタックの重量は約200kgもあり、サイズも巨大。積む場所は、ボディを新しく作るにしても必然的に床下となり、クルマとしては腰高になってしまう。

 その試作車をさらに進化させた「FCX」は02年、日本の首相官邸やカリフォルニアのフリートユーザーなどにリースされ、公道を走りはじめた。FCEVを走らせるという最初の目標を達成すると、藤本氏がもともと志向していた「走って楽しいクルマ作り」へのこだわりがふたたび頭をもたげてきた。
「ドライビングが楽しい、乗っていて心地よい、走っている姿が見た目に美しいFCEVを作ったら、世界がもっとFCEVに未来を感じてくれると思った。それでSUVルックではなく、セダンスタイルにしたい、絶対に格好良くなきゃイヤだと」(藤本氏)
 セダンスタイルのFCEVと口で言うのは易しいが、実際には様々な難題がつきまとう。最も難しいのは、大きなスペースを必要とする燃料電池スタックと高圧水素タンクの置き場だ。


命題をやってのけるのが技術者の使命である

 高圧水素タンクについては、シャーシ設計チームの創意工夫によって、タンクを抱え込むように構造材を配しながらボディ剛性を出すしくみを考案して問題を解決した。が、燃料電池スタックのほうはさらに置き場が限られる。スペース確保が可能な場所を検証した結果、運転席と助手席の間のセンターコンソールに置くことに決めた。
 もちろん、それも容易なことではなかった。まず容積を大幅に小さくする必要があるうえ、形もそれまでの横広がりから縦置きに変えなければはまらない。
「もちろん簡単ではありませんでしたが、面白いことに、技術者というのは目の前に具体的な目標があったほうが解決能力を発揮できるんですね。単純に小さくしろ、出力密度を上げろと言ってもうまくいかない。ところが、FCXクラリティのセンターコンソールに入るように作れという命題になると、それをやってのけるのが技術者なんだと、あらためて感じられた」(藤本氏)

 工夫のすえ、水素や空気をそれまでの横方向ではなく、縦方向に流す「Vフロー方式」を考案。さらに燃料電池内部のセパレーターに刻まれた流路を波形にすることで、軽量・コンパクト化も達成した。


燃料電池や、自動車工学の知識なんて関係ない

 FCXクラリティに搭載されるVフロースタックは、標準的な旅行用トランクと同程度の大きさにもかかわらず、最大出力は100kW。これ1台で一般家庭25軒分の電力を余裕でまかなうことができるのだ。そのパワーを背景に、FCXクラリティはアクセルペダルを踏み込むと、実に力強く加速する。 「もちろんFCXクラリティの開発では、いろいろな技術を確立することができた。3年で200台を生産することで、量産を本格的に行うためのノウハウも蓄積できると思う。しかし、FCXクラリティは5年も10年もトップランナーでい続けることができるわけではない。もっともっと他メーカーも含め、切磋琢磨してFCEVをさらに進化させていきたいと考えています」(藤本氏)

 今日、自動車メーカーはFCEVを先端技術から普及技術へ落とし込むための取り組みを進めている。そのためにはより多くのエンジニアが必要となるが、どういう人材が求められているのだろうか。 「正直、燃料電池を知っているか、あるいは自動車工学を熟知しているかどうかは、あまり関係がないと思う。私自身、燃料電池については門外漢でしたが、それでも開発責任者を務められていますし。一番大事なのは、FCEVが好きであるということ。臭い言い方をすれば、愛があればいくらでも創造性を発揮できるんですよ。あとは、全く他分野でもいいので、ある程度の規模のプロジェクトをきちんと完遂し、そこから自分なりの収穫を得られたという経験。FCEVはこれからも進化していかなければなりませんが、そこには他分野のエンジニアのイマジネーションが役立つ局面も多々あると思います」(藤本氏)

 技術的メドが立ち、公道を走り始めたFCEVだが、クルマという商品としてはまだ地平に立ったばかりという段階。これから本格的な発展が始まるなか、開発に携わる楽しみもまた大きなものと言えそうだ。



インストゥルメンタルパネル
インストゥルメンタルパネル
 FCXクラリティのメーターは、量産車のシビックと同様、上部にデジタル式のスピードメーター、下のナセルに各種情報を表示するというレイアウトとなっている。特徴的なのは下段の情報ディスプレイで、燃料電池とバッテリーの出力割合や総合出力、回生状況が一目でわかるよう工夫されている。中心にはエコ運転の度合いを示す球形の“水素ボール”が。
バイオファブリック
バイオファブリック
 シートや室内のトリム類は石油化学繊維や本革ではなく、植物から作られたポリ乳酸という物質を原料とするバイオファブリック。CO2排出量削減や脱石油に有用なだけでなく、手触りも通常の化繊よりはるかに柔らかなイメージ。コストダウンが進めば、FCXクラリティだけでなく、通常の量産車にも採用を拡大していく構え。
まゆ型インテリア
まゆ型インテリア
 FCXクラリティは、全長に占めるパワーパッケージの割合がきわめて小さいため、ボディサイズに比べて2クラス上の室内空間を確保している。リアシートはホンダのフラッグシップモデル、レジェンドよりさらに広々とした印象。また、単に広いだけでなく、前後席のドアトリムを、乗員を包むようにまゆ型にラウンドさせるなど心地良さも追求。


Part2 2009年までに年間2000台ペースの“量販”へ!三菱自動車「i MiEV」

三菱自動車 i MiEV三菱自動車 i MiEV
 三菱i MiEV(アイミーブ)は、軽自動車の「i」をベースに、エンジンとトランスミッションをまるごとモーターとインバーターに換装。さらに床下に大型のリチウムイオン電池モジュールを搭載するという手法で作られた次世代電気自動車(PEV)だ。燃料電池車に比べて航続距離は短いが、コストが圧倒的に安く、また量産効果によるさらなるコストダウンも進むとみられるなど、実用性の高さが魅力である。
 また、モーターとインバーターの騒音はきわめて低く、走行時や停車時の静粛性が高いのも特徴。都市部において、同社の益子修社長がすでに実証実験車両と同じタイプのモデルを社用車として使っているほどだ。

年間2000台ペースの“量販”を目指して

 昨今の石油高騰でにわかに脚光を浴びたのが、バッテリーを主電源として走る純電気自動車(PEV)。金融危機の流れの中で原油価格はその後下落したが、次世代環境ソリューションのひとつと言われていたPEVが、技術的にもコスト的にも実用化にぐっと近づいていることを、世界に強烈に印象づけた。
 現在、PEV量産に向けた取り組みで目下、世界のトップランナーとなっているのは三菱自動車だ。軽自動車「アイ」をベースとしたPEV「i MiEV(アイミーブ)」を2009年に発売し、年間2000台ペースの“量販”を目指すという。

「私がPEVの開発を担当してから今年で18年になります。今は来年のアイミーブ市販化に向けて最終の量産試作にかかっているところなんですが、PEVがようやくここまで来たという感慨と、世界で巻き起こったPEVブームをブームで終わらせないためにも私たちPEV技術者がますます頑張らないと、という思いが交錯しています」
 PEVの開発を指揮してきたMiEV技術部長の吉田裕明氏は、“PEVの夜明け”と評される今の状況を前にこのように語る。
「90年代はPEVといえば、航続距離が出ない、走らない、しかも高価ということで、ダメの烙印を押されていました。しかし、私はエネルギー効率の高さという点で、PEVは将来必ずモノになると信じていました。大きな技術的課題は、ひとえにエネルギーをためるバッテリー。そのバッテリーの性能が高まるたびに、PEVの有効性も飛躍的に高まる、と」。

三菱自動車工業株式会社 開発本部 MiEV技術部長 吉田裕明氏

リチウムイオン電池の登場で市販化の夢が近づいた

 PEVのエネルギー効率の高さは、さまざまな種類のクルマのなかでも、飛び抜けて高い。アイミーブの場合、エネルギー効率はバッテリーが90%以上、モーターとインバーターで約90%と、トータルで8割以上という高さにまで詰めたという。もちろん発電所での熱効率や送電ロスなども考える必要はあるが、それでも環境性能は目下、圧倒的なチャンピオンである。
 そのPEVは長い間、鳴かず飛ばずだった。電気エネルギーを溜め、必要に応じてその電気を放出するバッテリーの性能が絶対的に不足していたからだ。
「実際、私がPEVの開発をやれと言われた時も、ハイブリッドカーや燃料電池車の基本になるからというのがお題目でした」

 ところが、従来の鉛電池やニッケル水素電池に比べ、性能的にはるかに優越しているリチウムイオン電池の登場で状況は一変。「まだまだ性能的には大きく伸ばしていく必要がある」(吉田氏)ものの、軽自動車サイズのアイミーブでは、10・15モード走行時で航続距離160kmを狙えるようになった。都市部での使用であれば、十分に実用に耐えるスペックである。
 もちろん、PEVを市販前提のモデルに仕上げるには、多くの苦労があったという。
「高性能PEVという、今までなかった商品を作るわけですから、シミュレーションから設計、テストまで、やることなすこと初めてのことだらけ。単に設計やテストをすればいいというのではなく、それらをどうやればいいかということを一から考えるんです」

 たとえばリチウムイオン電池。実験段階で問題が発生した場合、電極、セパレーターなど内部のどこでどのような不具合が出たかを調べる必要があるが、リチウムは水分を嫌うため、分解してしまうと的確な究明ができなくなることもある。 「どうしたらいいか、みんなで散々考えた末に、試しにCTスキャンにかけてみたらどうだろうということになったんです。やってみたら、内部の状況が手に取るようにわかった。担当者が思わず『あっ、見えた!すげえ』と歓声を上げたくらい見事に」。

 こうした工夫はモーター、インバーターなど電気自動車を構成するユニットの設計や各種試験など、あらゆる部分であるという。 「現在、電力会社様などと実証試験を行っていますが、そこでもいろいろなノウハウを得ることができた。極低温環境下で基板に結露が発生したりして、『ああ、ここはとくに徹底的に設計を詰めないとダメなんだな』ということがわかったり。また、電池を潰しても火災や有毒ガスの発生を防止するといった安全設計もずいぶん工夫しました」。


次世代電気自動車で求められる技術者の幅が広がる

 来年には本格的に公道を走り始めるPEVだが、その進化はむしろこれからが本番だ。コアテクノロジーは何と言ってもバッテリー。バッテリーの性能が上がり、コストが下がれば、さらに航続距離を延ばすなど、リッターカークラス、1.5リッタークラスと、より大きなクラスのPEVでも実用性を確保できるだろう。 「今後、自動車メーカー各社がPEVの開発に本腰を入れるに従って、バッテリー開発における材料、設計、試験など、関連するスキルを持っているエンジニアが必要になると思いますよ。コンピュータも重要。モーターやインバーターなど、これまで自動車メーカーでは層が薄かった強電分野のエンジニアも必要とされるでしょう。こうした動きは完成車メーカーだけでなく、サプライヤーにも広がると思います」。

 自動車業界は今、アメリカ発の金融危機の影響を直接被っており、業績悪化懸念も少なくない。が、その一方ではPEVをはじめ、次世代技術による新規需要創造の動きも今後活発化する見通しだ。こういう時代だからこそ、自動車エンジニアにはチャンスがある。



i MiEVのシフトレバー
i MiEVのシフトレバー
 電気自動車ではあるが、アイミーブの操作系は普通のクルマと大きく変わらず、違和感なく運転できる。ポジションのDは通常走行、Ecoはパワーセーブモードで省燃費走行、Bはアクセルオフで強力に回生ブレーキ(減速エネルギーで発電)が利く回生モード。このBレンジは加速、減速を右足一本でかなり自在に行うことができ、新感覚。
インストゥルメンタルパネル
インストゥルメンタルパネル
 アイミーブのインストゥルメンタルパネルはきわめてシンプル。PEVは変速機不要のため、回転計はなく、デジタル式の速度計の周囲にはアナログ式のパワーインジケーターが設置されている。電力を使用すると緑の側に振れ、アクセルの踏み込み量が増大するにつれて無色の部分にまで上昇する。濃いブルーのほうに振れると回生モード。
急速充電口
急速充電口
 アイミーブは家庭用100/200ボルト、および急速充電器の3電源方式。家庭用電源からの充電のさいには車載充電器がバッテリーチャージを管理する。大電力を一気にバッテリーに送り込むさいには、写真の充電口に急速充電器のチャージ用ソケットをはめ込むことで行う。80%充電を行うために必要な時間は約30分。


Part3 加速する「エコカー」開発競争と技術者ニーズ

 かつてエコカーと言えば、どう燃費を削減するか、どう排出ガスを削減するかといった、内燃機関を使った既存のクルマの技術革新という色彩が強かった。が、CO2削減や脱石油のニーズが強まった今日、エコカーの主流はハイブリッドカー、電気自動車、また将来的には燃料電池車と、電気エネルギーを利用したクルマである。
 電気エネルギーがクルマに使われるようになると、自動車工学のハードルが低くなり、技術ニーズは低まるという見方も一部にあるが、それは完全な誤りだ。自動車における電気エネルギー利用技術はエンジンと比べてもまだ発展途中の段階にあり、技術開発競争はむしろ今後加速する可能性が高い。

 エコカー開発が進むにつれ、エンジニアニーズも加速度的に増える可能性は高い。PEVにおけるバッテリー、FCEVにおける燃料電池スタックの基盤技術や生産技術の開発について、かなりの人材需要増が期待できるほか、電気エネルギーを利用するクルマの商品開発が盛んになれば、クルマの設計など開発実務の分野でも電気利用技術に慣れたエンジニアも必要となる。
 金属、化学、鉱物、繊維などの材料工学、モーターやインバーターなどの重電分野、回路・基板設計などのエレクトロニクスその他、様々なジャンルのエンジニアが関われる余地がある。





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今回、三菱自動車の吉田さんに電気自動車「i MiEV」に乗せていただいちゃいました。静かな走りと、想像以上の加速力にただただ「スゴイ!」と叫んでいた私。近未来の自動車がいよいよ街を走る時代が近づいてきたなと実感しました。楽しかったです。

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