2020年10月6日、トヨタはJR東日本および日立製作所と連携して、水素を燃料とする燃料電池と蓄電池を電源とするハイブリッドシステムを搭載した鉄道用の試験車両を開発することに合意した。

鉄道技術と自動車技術を融合して試験車両を開発

世界がサステイナブルな社会の実現を目指していく中で、鉄道にもよりクリーンなエネルギーで走行する次世代の車両が期待されている。そこで検討されているのが、水素をエネルギー源とした革新的な鉄道車両だ。水素は、さまざまな原料や再生可能エネルギーを活用して製造でき、エネルギーとして利用した場合は二酸化炭素を発生しないという特性がある。

画像: 「HYBARI」の外観イメージ。

「HYBARI」の外観イメージ。

今回の連携開発では、JR東日本が鉄道車両の設計・製造の技術、日立はJR東日本と共同開発した鉄道用ハイブリッド駆動システムの技術、そしてトヨタは燃料電池自動車のMIRAIや燃料電池バスのSORAの開発で培った燃料電池の技術を、それぞれ融合して、自動車で実用化されている燃料電池を鉄道へ応用して、自動車より大きな鉄道車両を駆動させるための高出力な制御を目指したハイブリッド(燃料電池)試験車両を実現する。

FV-E991系と呼ばれる2両編成の試験車両は、主回路用蓄電池と電力変換装置(いずれも日立製)を備えた車両と、燃料電池装置(トヨタ製)を備えた車両からなる。水素タンクに充填された水素は燃料電池装置へ供給され、空気中の酸素との化学反応により発電する。主回路用蓄電池は燃料電池装置からの電力とブレーキ時の回生電力を充電する。ハイブリッド駆動システムは燃料電池装置と主回路用蓄電池の両方からの電力を主電動機に供給し、車輪を動かす制御を行う。

画像: 「HYBARI」の車両構成。

「HYBARI」の車両構成。

燃料電池装置の開発はトヨタが、ハイブリッド駆動システムの開発は日立が担当する。試験車両の愛称は「ひばり=HYBARI:HYdrogen-Hybrid Advanced Rail Vehicle for Inobation」。つまり「変革を起こす水素燃料電池と主回路用蓄電池ハイブリッドの先進鉄道車両」をイメージして名づけられた。

車両のデザインは、燃料電池の化学反応から生まれる水を、碧いしぶきと大地を潤すイメージでとらえ、ブルーを基調としてスピード感と未来感を持たせている。また、鳥のヒバリは春の訪れを告げる砦あることから、「HYBARI」のロゴも、大地に春の息吹を吹き込むように、車両に新しいエネルギーを吹き込むイメージをデザインとしている。

画像: 「HYBARI」のロゴと車両側面のイメージ。

「HYBARI」のロゴと車両側面のイメージ。

「HYBARI」の実証実験は、2022年3月ごろから、JR東日本の鶴見線、南武線尻手支線、南武線(尻手〜武蔵中原)で開始される予定だ。

■FV-E991系「HYBARI」 主要諸元

●車両構成:2両(1M1T)
●最高速度:100km/h
●加速度:2.3km/h/s
●航続距離:約40km(最大)
●主回路装置:電力変換装置(VVVFインバータ)、1C2M×2群、主電動機 95kW×4
●燃料電池装置:固体高分子型 60kW×4
●主回路用蓄電池:リチウムイオン電池 120kW×2
●水素貯蔵ユニット:最高充填圧力 70Mpa(大気圧の約700倍) 水素貯蔵容量 51L×5本×4ユニット

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