技術開発

HV・FC

(HV).ハイブリッド車開発

トヨタは1960年代後半までハイブリッド車を開発し、その当時に試作されたのが「トヨタ スポーツ800」に搭載されたハイブリッドシステムである。ガスタービンエンジンを実用化するための研究として取り組んだが、当時はモーター、インバーター、そして電池の課題に対し解決技術が成熟してなかったため開発は断念した。

  • ガスタービンハイブリッド車

    ガスタービンハイブリッド車

  • ガスタービンハイブリッド

    ガスタービンハイブリッド

(HV).「タウンエース バン EV」

1990年頃から国内で電気自動車EVの実用化の機運が高まり、電力会社や地方自治体で使用できるEVとして「タウンエース バン EV」を開発し、当時の価格800万円で1992年より販売した。モーターは交流誘導電動機を、電池はまだ実用的な新電池が無かったので市販鉛電池を採用した。この時初めてEV用エアコンとしてヒートポンプ式エアコンを、また電動式パワーステアリングも装備し性能および快適性を備えた実用型多目的電気自動車であった。1992年から1995年の3年間で約90台販売した。

  • 「タウンエース バン EV」 外観

    「タウンエース バン EV」 外観

  • 「タウンエース バン EV」スペック

    「タウンエース バン EV」スペック

(FC).「FCEV(1)」

自社開発の燃料電池スタック(出力20kW)と水素吸蔵合金タンクを搭載した燃料電池自動車

FCEV(1)

「FCEV(1)」

(HV).「コースター ハイブリッド EV」

1997年8月にトヨタから市販した初めてのハイブリッドが「コースター ハイブリッド EV」である。

都市交通の新しい動力源として、シリーズハイブリッドシステムを搭載した小型バス。1.3リッターの小排気量エンジンで最大出力70kWのモーターを駆動し重量のある小型バスの走行を実現した。EVのように一充電走行距離の制限が無く、クリーンな排出ガス、低騒音、低燃費で長距離走行を実現している。

  • コースター ハイブリッド EV

    「コースター  ハイブリッド  EV」

  • システム図

    システム図

(HV).「RAV4 EV」

1990年にアメリカ・カリフォルニア州が1998年に販売台数の2%ZEV(ゼロエミッションビークル)を義務付ける法案を可決した。カリフォルニア州導入のEVを開発するため検討を開始したのが「RAV4 EV」である。バッテリーを床下に収納することにより十分な室内空間を確保し、モーターは小型高性能の永久磁石モーターを、電池は新開発のニッケル水素電池を採用した。車載充電器を搭載し家庭用電源で充電可能にした。

1996年より「RAV4 EV」を米国に先駆け国内で販売した。1996年から2003年の8年間で約1,900台販売。その内、約1,500台を米国で販売した。

  • ドライブトレーン

    ドライブトレーン

  • 電池パック

    電池パック

(HV).初代「プリウス」

同クラスのガソリン車に対し日本のモード燃費2倍の目標を掲げて開発されたトヨタハイブリッドシステム(THS)は2モーター(駆動用、発電用)、ニッケル水素電池、動力分割装置を有するシステムである。エンジンは熱効率の高いアトキンサイクルをモーターは永久磁石モーターを採用した。

このハイブリッドシステムを初めて搭載したのが初代「プリウス」である。

  • 初代プリウス

    初代「プリウス」

  • システム図

    システム図

(FC).「FCEV(2)」

自社開発の燃料電池スタック(40kW)とw/Pt-Ru触媒メタノール改質器を搭載した燃料電池自動車。

FCEV(2)

「FCEV(2)」

(HV).「Crayon」

EVの普及研究がさらにすすめられ、安価で短距離走行に適したクルマとして開発したのが「e-com」であり、共同利用システムの社内プロジェクト「Crayon」システムの実証試験にも供試した。

「e-com」は、EVの国内の共同利用プロジェクトの実証試験にも提供した。電池は「RAV4 EV」と同じニッケル水素電池を採用し、充電方式はインダクティブ充電方式を採用した。

  • 「e-com」外観

    「e-com」外観

  • 「e-com」スペック

    「e-com」スペック

(FC).燃料電池

燃料電池とは、水素と酸素を電気化学反応させて電気を発生させる発電装置である。燃料電池はその両側に電極触媒が塗布された高分子電解質膜を、空気の通路と水素の通路が構成されたそれぞれのセパレーターでサンドイッチされた構造になっている。この一つの組み合わせをセルと言い、このセルを何枚か重ねてパッケージにしたものを、燃料電池スタックまたはFCスタックと呼んでいる。

燃料電池

燃料電池

(HV).THS搭載ハイブリッド車(「プリウス」マイナーチェンジ)

初代「プリウス」では円筒型電池を採用したが、トランクスペース確保のため2000年のマイナーチェンジ時に角型電池(NP1.0)に変更し、総電圧も288Vから273Vに変更した。

この変更により電池パックの重量で約30%、容積で約60%の低減を実現した。

  • 円筒型電池パック

    円筒型電池パック

  • 角型電池パック

    角型電池パック

(FC).カリフォルニア燃料電池パートナーシップ(CaFCP)

カリフォルニア州立政府、自動車メーカー、石油会社、燃料電池メーカーの共同により結成された、燃料電池自動車、実車走行デモンストレーションプログラム。

2000年11月から約20台の燃料電池自動車を使用しての実車走行がカリフォルニア州サクラメント市でスタート。燃料電池自動車普及に向け、アメリカの地でデータ収集を努めると同時に、カリフォルニア州や他州で開催される試乗会や展示会にも積極的に協力している。

(FC).「FCHV-3」

自社開発の燃料電池と水素吸蔵合金を搭載した燃料電池自動車。

FCHV-3

「FCHV-3」

(HV).「エスティマ ハイブリッド」

ミニバンクラスへの対応として「エスティマ ハイブリッド」を開発し、2001年の6月に販売を開始した。1つのモーターとCVTを組み合わせた、新しいパラレルハイブリッドシステム(THS-C)を提案した。既存のCVTの利用によりエンジン出力を有効に活用し、重量車対応として相対的に電気系ユニットを小さく設定できる特長を持つ。またリヤモーターを追加することによりプロペラシャフトをなくした電気式4WDシステム(E-Four)を開発した。

  • エスティマ ハイブリッド

    「エスティマ ハイブリッド」

  • システム図

    システム図

(FC).「FCHV-BUS1」

日野自動車と共同で開発した燃料電池ハイブリッドバス。63人乗りノンステップ大型路線バスがベース。高圧水素タンクをルーフに装備し、自社開発の「トヨタFCスタック」を搭載。

最高速度80km/h、航続距離300km以上を実現。また、2次電池に制動エネルギーを蓄え、エネルギーを最適な効率で自立的にマネージメントするハイブリッドシステムを採用。

FCHV-BUS 1

「FCHV-BUS1」

(FC).「FCHV-4」

「FCHV-4」は、高圧水素を燃料とし、自社開発の「トヨタFCスタック」を搭載。最高出力90kW、最高速度150km/h、航続距離約250km以上。

水素を燃料とする燃料電池自動車として初めて、国土交通省より試験自動車としての大臣認定を受け、日米で公道テストを実施。

  • FCHV-4

    「FCHV-4」

  • 「FCHV-4」スペック

    「FCHV-4」スペック

(FC).「FCHV-5」

クリーンな液体燃料CHF(Clean Hydrocarbon Fuel)から水素を取り出すCHF改質器を採用。

改質反応温度が800度と高温で、複数の反応過程を組み合わせる必要がある。CHF改質器は、蒸発器、改質反応器、熱交換器、CO低減部(高温シフト触媒、低温シフト触媒、CO選択反応器)などで構成されている。

FCHV-5

「FCHV-5」

(FC).「FCHV-BUS2」

「FCHV-BUS1」に改良を加えた「FCHV-BUS2」を開発。2002年10月より公道試験を開始。

自社開発の燃料電池、トヨタFCスタック2基と2次電池を組み合わせたハイブリッドシステムにより、優れた走行性能を確保している。

  • FCHV-BUS 2

    「FCHV-BUS2」

  • 「FCHV-BUS 2」スペック

    「FCHV-BUS2」 スペック

(FC).「トヨタ FCHV」

燃料電池自動車の限定販売を可能とする、初めての国土交通大臣認定を取得。2002年12月2日、「トヨタ FCHV」を日本で4台(内閣官房、経済産業省、国土交通省、環境省)米国で2台(カリフォルニア大学アーバイン校、同デービス校)納車し、限定販売を開始。2003年8月からは自治体や一般企業にも納車を開始。

  • トヨタ FCHV

    「トヨタ FCHV」

  • 「トヨタ FCHV」スペック

    「トヨタ FCHV」スペック

(FC).「FCHV-BUS2」(都営バス)

東京都の都営バスとして日本で初めての営業運行を開始。2003年8月から2004年12月まで約17,000kmを運行。

運行路線:「東京駅八重洲口~東京ビックサイト・東京テレポート駅」と「門前仲町~東京テレポート駅」

  • FCHV-BUS 2

    「FCHV-BUS2」

  • 「FCHV-BUS 2」スペック

    「FCHV-BUS2」スペック

(HV).2代目「プリウス」

2003年のモデルチェンジ時にハイブリッド・シナジー・ドライブ(HSD)のコンセプトであるエコとパワーの高次元での両立を目指し、ハイブリッドシステムを全面的に改良。新世代トヨタハイブリッドシステム(THSⅡ)を搭載し、世界最高レベルの燃費35.5km/Lと低エミッションを実現した。THSⅡは可変電圧システムの採用によりモーター出力を約1.5倍に高め、ハイブリッドならではの応答性の良さ、なめらかさ、力強さを飛躍的に向上させた走りを実現。ハイブリッドシステムの特長を活用した世界初のEVドライブモード、縦列駐車時のステアリング操作を補助するインテリジェントパーキングアシストを採用。

新システム(THSⅡ)はTHSをベースにモーター・発電機の電源系を高電圧化した。電池電圧202Vをパワーコントロールユニット(PCU)に内蔵した昇圧回路(リアクトル)にて500Vまで昇圧している。

モーター出力も33kWから50kWに高出力化している。ニッケル水素電池セルの改良(NP2.0)を行いパワー密度を向上させ高出力モーターに十分なエネルギーを供給している。

  • 2代目「プリウス」

    2代目「プリウス」

  • システム図

    システム図

(HV).「ダイナ ハイブリッド車」

ディーゼルエンジンとパラレルハイブリッドシステムを組み合わせた小型トラック世界初のディーゼルハイブリッド車、ダイナハイブリッド車とトヨエースハイブリッド車を2003年に発売した。ディーゼルハイブリッド車は、燃費向上(CO2削減)効果が大きいがエミッション低減への対応が必要なこともあり、コストが高くなる。従って、長距離走行かつ車両寿命の長い営業用トラックなどへの適用に限られると考える。2007年からは宅配車の「クイックデリバリー200」にも設定した。

  • ダイナ ハイブリッド

    「ダイナ ハイブリッド」

  • システム図

    システム図

(FC).「Fine-N」

燃料電池システムの採用により、未来のクルマへの変革のあり方を掲示するコンセプトカー。燃料電池ハイブリッドシステムやインホイールモーターがもたらす革新的なパッケージと斬新なデザインが特長。

新パッケージを活かし、FCスタック、パワーコントロールユニット、バッテリーなど重量物の最適配置により、低重心化、ヨー慣性モーメント低減を図り、異次元の走りを追求。

1輪当たり最高出力25kW、最大トルク110N・mの小型軽量高効率モーターを各車輪内に配置する4輪インホイールモーターシステムを採用し、4輪の駆動力、制動性を独立して連続制御。操舵入力、車両の状態、路面状況などに対するステアリング、4輪の加減速をバイワイヤーで最適に統合制御することにより、卓越した車両運動性能を実現。

燃料電池「トヨタFCスタック」とリチウムイオン電池の電力により、4輪のインホイールモーターを駆動。FCシステム効率の高効率化、水素タンクの高圧化により、航続距離500km(10・15モード)を実現。

Fine-N

「Fine-N」

(FC).「MTRC」(モータートライアスロンレースカー)

このコンセプトカーは、はじめての、そして先端の未来的なレースカーのコンセプトであり、トヨタの3つの強みを示すために計画されたものである。

・幅広いモータースポーツ活動(F1、CART、IRL、WRC、ルマン、JGTCなど)
・四輪駆動車開発に関する伝統と経験
・環境への配慮とIT技術に関するリーダーシップ

「MTRC」は、3つの異なったレース環境(「スムーズでハイグリップのレース場」「狭いストリートサーキット」「オフロードのコース」)で競争するために開発された。この革新的な燃料電池パフォーマンスカーは、ED2(Toyota Europe Design Development)でデザインされ、第74回ジュネーブモーターショーで世界に向けて初公開された。

MTRC

「MTRC」

(FC).内製35MPa高圧水素タンク

JARIが高圧水素の安全基準としてあらたに規定した「圧縮水素自動車燃料装置容器の技術基準(JARI S 001(2004))」にも適合し、使用認可が従来の3年から15年へと延長された。

ライナーに強度が高く水素透過防止性能に優れたポリアミド系樹脂を採用。タンクの外側をカーボンファイバーで巻いたオールコンポジット製容器(VH4)とし、軽量化と高強度を実現。

従来の高圧水素タンクに比べ、同一の外形サイズのままで水素貯蔵量を約10%増加させ、10・15モード走行での航続距離を、従来の300kmから330kmへ延ばした。

35MPa高圧水素タンク

35MPa高圧水素タンク

(HV).THS搭載ハイブリッド車 「ハリアー ハイブリッド」「クルーガー ハイブリッド」

ハイパワーを必要とするSUVのモーターの体格は高出力になるほど大きくなるが、新開発したリダクション機構付THSⅡとの組み合わせで、高回転モーターおよび電源系を650Vまで高電圧化することによりモーターの小型化を可能にした。

電池搭載は、トランクルームがないSUVでは電池をシート下に搭載するために、電池の高さを低くした電池モジュール(NP2.5)を新開発した。

  • トランスミッション

    トランスミッション

  • 電池パック

    電池パック

(FC).「FCHV-BUS」(愛・地球博)

トヨタと日野自動車(株)が共同で開発。車体をはじめバス固有の分野を日野自動車(株)が担当し、トヨタは燃料電池システムに関する部分を担当。また、両社がそれぞれ培ってきたハイブリッド技術やノウハウを活用している。

外観デザインは、愛・地球博のテーマカラーであるグリーンを基調とした流れのある大胆なラインと、窓ガラスにもラッピングを施したダイナミックなグラフィックにより、燃料電池技術の先進性に加え、未来感と環境へのやさしさを表現している。(デザインもトヨタと日野自動車(株)が共同で担当。)

導入台数8台。「瀬戸会場~長久手会場」の約4.4kmをシャトルバスとして運行。約13万kmを走行し、約100万人が乗車。

  • FCHV-BUS

    「FCHV-BUS」

  • 「FCHV-BUS」スペック

    「FCHV-BUS」スペック

(FC).「Fine-Ⅹ」

「ist」並みの外形サイズに「カムリ」クラスの室内空間を実現した革新的パッケージを「VIBRANT CLALITY」のデザインフィロソフィの下、美しく明快に造形。

乗降時ガルウイングドアが大きく開き、シートは社外にせり出す「電動お迎えシート」や「ゆらぎ照明」の演出により「もてなし」を追求。

4輪各々にインホイールモーターで4輪独自駆動し、4輪独立操舵、大舵角ステアリングの機構と組み合わせることで、その場での回転や駐車、Uターンが自在にできる、全く新しい運動性能を付与した。

Fine-Ⅹ

「Fine-Ⅹ」

(FC).内製70MPa高圧水素タンク

トヨタでは水素の高密度貯蔵技術として、水素貯蔵合金、ケミカルハイドライド、液体水素など様々な技術を検討してきたが、シンプルな高圧水素タイプがトータルコスト、信頼性その他から最も現実的とし、「効率的で量の多い水素搭載」、「安全」を重視して、70MPa高圧水素タンクを開発した。

ライナーに強度が高く水素透過防止性能に優れたポリアミド系樹脂を採用。タンクの外側をカーボンファイバーで巻いたオールコンポジット製容器(VH4)とし、軽量化と高強度を実現。従来の35MPaタンクに比べ、水素貯蔵量を約1.7倍にまで増加させた。

70MPa高圧水素タンク

70MPa高圧水素タンク

(FC).「FCHV-BUS」(中部国際空港)

トヨタと日野自動車(株)が共同で開発。車体をはじめバス固有の分野を日野自動車(株)が担当し、トヨタは燃料電池システムに関する部分を担当。また、両社がそれぞれ培ってきたハイブリッド技術やノウハウを活用している。

2006年3月より中部国際空港-セントレアへの移動手段として愛知県の知多半田駅から営業運行。

空港内では旅客ターミナルと空港内に駐機する航空機との間で旅客を送迎するランプバスとして運行。

  • FCHV-BUSS

    「FCHV-BUS」

  • 「FCHV-BUS」スペック

    「FCHV-BUS」スペック

(HV).THS搭載ハイブリッド車 「LS660h」「LS600hL」

V8・5Lエンジンと「レクサス GS450h」で開発した2段変速式リダクション機構付THSⅡのモーターをさらに高出力にし、この大出力のドライブトレーンを確実に地面に伝えるためフルタイムAWDシステムを新開発した。LEXUSブランド最高の商品を開発し2007年から販売した。

  • レクサス LS600h

    「レクサス LS600h」

  • トランスミッション&トランスファー

    トランスミッション&トランスファー

(HV).プラグインハイブリッド車の開発(大臣認定車)

実市場での使われ方を調査するため、日本では2007年7月にプラグインハイブリッド車の、国土交通大臣認定を取得した公道走行によるデータの収集を始めた。「プリウス」をベースに、電池量を2倍にして、一回の充電によるEV走行距離13kmを可能にした。充電は外部充電プラグより、100V、200Vの両電圧で充電可能である。

  • 「PHV」

    「PHV」

  • 「PHV」スペック

    「PHV」スペック

(FC).「トヨタ FCHV-adv」

新設計の高性能燃料電池「トヨタFCスタック」を搭載した燃料電池自動車を開発し、新たに車名を「トヨタ FCHV-adv」として、2008年6月3日に国土交通省より型式認証を取得した。

航続走行距離は、燃料電池本体の性能向上に加え、システム補機の消費電力低減や回生ブレーキシステムの改善により約25%の燃費を向上。さらに自社開発の70MPaの高圧水素タンクを搭載することで、一回の水素充填による航続距離は、約830km(10・15モード走行。社内測定値)と従来型車に比べ2倍以上の性能向上を達成した。

  • トヨタ FCHV-adv

    「トヨタ FCHV-adv」

  • 「トヨタ FCHV-adv」スペック

    「トヨタ FCHV-adv」スペック

(FC).「FCHV-BUS」(リムジンバス)

経済産業省による水素利用社会システム構築実証事業のひとつである「水素ハイウェイプロジェクト」の事業者となった「HySUT」(水素供給・利用技術研究組合)からの要望により、2010年12月より東京都心-羽田空港間の「FCHV-BUS」の営業運行を開始。

  • トヨタ FCHV-BUS

    「FCHV-BUS」

  • 「トヨタ FCHV-BUS」スペック

    「FCHV-BUS」スペック

(FC).「トヨタ FCHV-adv」(ハイヤー)

経済産業省による水素利用社会システム構築実証事業のひとつである「水素ハイウェイプロジェクト」の事業者となった「HySUT」(水素供給・利用技術研究組合)からの要請に応え、2011年1月29日より成田国際空港を拠点に実施される「FCVハイヤー実証」に燃料電池自動車「トヨタ FCHV-adv」を車両提供。

ANAの国際線旅客サービスである「欧米路線お帰りハイヤーサービス」と「早朝お迎えプラン」で成田空港を拠点に使用される車両として、ANAが運行を行なう形態をとる。

  • トヨタ FCHV-adv

    「トヨタ FCHV-adv」

  • 「トヨタ FCHV-adv」スペック

    「トヨタ FCHV-adv」スペック

(HV). THS搭載ハイブリッド車 「プリウス」

システム全体の90%以上を新開発した、1.8Lガソリンエンジンとモーター、リダクションギヤを組合わせたハイブリッドシステム「リダクション機構付のTHS Ⅱ」を搭載し、世界トップの燃費性能と2.4L車並の動力性能を実現。

小型・高回転型モーターによる高出力化とリダクションギヤ採用により、高トルク化を実現。パワーコントロールユニットは、昇圧コンバーターによってシステム電圧を最大650Vまで高め、冷却系の見直しにより大幅に小型・軽量化。ハイブリッドバッテリーには、ニッケル水素バッテリーを採用し、冷却系の吸排気ダクトやファンを小型化した。

  • 3代目「プリウス」

    3代目「プリウス」

  • ハイブリッドシステム主要諸元

    ハイブリッドシステム主要諸元

(HV). 「プリウス PHV(プラグイン ハイブリッド)」

プリウスに搭載の「リダクション機構付のTHSⅡ」をベースに新開発の高効率外部充電機構を追加。さらに駆動用電池には、トヨタとして初めてリチウムイオン電池を採用した、新開発のプラグインハイブリッドシステム「リダクション機構付THSⅡ Plug-in」を搭載。

A充電エネルギーの利用により、プラグインハイブリッド燃費57.0km/Lという圧倒的燃費性能、モーターだけで走行できるEV走行距離23.4km、さらに、EVとして最高時速100kmで走行を可能とする、など本格的EV性能を実現した。

  • 「プリウスPHV」

    「プリウス PHV」

  • プラグイン ハイブリッドシステム主要

    プラグイン ハイブリッドシステム主要

(HV). 「アクア」

小型・軽量・高効率化した最新の1.5Lハイブリッドシステム(リダクション機構付のTHSⅡ)を搭載し、JC08モード走行燃費35.4km/L(10・15モード走行燃費40.0km/L)を実現。膨張比率を高めたアトキンソンサイクルエンジンや、排出ガスを再循環させるクールドEGRシステムの採用で、エンジン効率を向上。

パワーコントロールユニットや発電用・駆動用モーターなどを含むハイブリッドトランスアクスルを新設計し、小型・軽量化を実現。モーターのみで走るEVドライブモードも採用した。

  • 「アクア」

    「アクア」

  • ハイブリッドシステム主要諸元

    ハイブリッドシステム主要諸元

(FC). 「FCV-R」

2015年からの市場導入に向け、実用性の高い燃料電池専用車として提案するコンセプトモデル。

専用ボデーにFCユニットを床下に配置することで、広い荷室空間と居住性を可能とした高効率パッケージ。70MPaの高圧水素タンクの搭載および、燃料電池スタックの効率向上により、航続距離は約700km以上(JC08モード走行[社内測定値])を達成した。

  • 「FCV-R」

    「FCV-R」

  • 「FCV-R」スペック

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