第8回つくば3Eフォーラム会議「水素社会の実現に向けて」

次世代自動車と水素エネルギーの活用
水素・燃料電池自動車の安全性に関する
JARIの取組紹介
2015年1月25日（日）一般財団法人日本自動車研究所
FC･EV研究部 三石 洋之
http://www.jari.or.jp 1

水素・燃料電池自動車
洞爺湖サミットに集合した燃料電池自動車（2008年、水素内燃機関自動車を含む）

JHFCIホームページより

燃料電池自動車

燃料電池

現行ガソリン車に多い
パラレル式ハイブリッド

シリーズ式ハイブリッド

トヨタ自動車ホームページより

燃料電池自動車の構成

燃料電池自動車は電気自動車
2燃料電池とは？
JARI標準セル

燃料電池の種類

日本ガス協会ホームページより

 燃料電池は、水素と酸素を使用して発電する発電機
 燃料電池自動車には固体高分子形燃料電池を使用
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水素・燃料電池自動車の普及シナリオ
平成25 年6月14 日閣議決定：規制改革実施計画「次世代自動車（燃料電池自動車など）の世界最速普及」
出典：燃料電池実用化推進協議会（FCCJ）

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水素供給インフラの先行整備
HySUT（水素供給・利用技術研究組合）
水素ステーション設置数：12ステーション

2015年度までに100箇所の水素ステーションを先行整備（首都圏：40箇所、中京地区：20箇所、関西地区：20箇所、九州地区：10箇所、都市間：10箇所程度）（一社）次世代自動車振興センター補助金交付決定状況
平成25年度：18ステーション
平成26年度：24ステーション（H26.6.30 3次公募）
計42ステーション
5水素を使用する低炭素・循環型社会～災害にも強いまちづくり～
水素（低圧）
電気（直流）
配水
お湯

交
流
送
電
網

発電所

電気（直流）

水素ｽﾃｰｼｮﾝ（ｵﾝｻｲﾄ・ｵﾌｻｲﾄ）

変電所

交
流
送
電
網

直流送電網

家庭

燃料電池
電気
水素
お湯
お湯

圧縮機

FC-PHV水
FC-PHV
防災拠点・大型施設

発電設備

配水
酸素
非浄水場

貯水槽 常用
電
源

燃料電池

非常時

ｵﾝ・ｵﾌｻｲﾄ水素ｽﾃｰｼｮﾝ

FC-PHV（非常用電源･移動用車両）
水素ﾊﾟｲﾌﾟﾗｲﾝ（低圧）

水素製造工場

水素ﾄﾚｰﾗ

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非常時

次世代自動車の安全に関するJARIの取り組み
国家プロジェクト

（年度）
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013水素・燃料電池自動車

ミレニアム事業
WE-NET

FCV基準整備★
（35MPa車載容器基準策定）

水素社会構築事業

水素製造輸送FCVの利便性向上

国際基準調和（70MPa車載容器基準策定）（普及に向けた取組）

Li-EAD事業

リチウムイオン蓄電池

単電池・モジュールの標準策定（安全評価試験法策定）

水素利用技術（普及期）

新エネル
ギー等共通基盤整備★FCV国内規制見直し完了★HFCV gtr Phase1審議開始

基準策定スケジュール

採択★

★ECE R100-02 ★採択（REESS)審議

委託試験・研究

EVS gtr 審議開始★

水素・燃料電池自動車
リチウムイオン蓄電池

Hy-SEF★建設開始 国家プロジェクトでの活用

Hy-SEF: Hydrogen and Fuel Cell Vehicle Safety Evaluation Facility
7★設備買取★委託試験開始水素・燃料電池自動車に関する規制車両
道路運送車両法（国土交通省）

圧縮水素容器・附属品
高圧ガス保安法（経済産業省）
道路運送車両法
高圧ガス保安法

レセクタプル②止弁
圧力調整弁①圧縮水素容器

圧縮水素自動車（燃料電池自動車）保安基準（2005年3月～）
別添100（水素安全）
別添101（電気安全）

③安全弁
（PRD)
日本の基準
審議の出発点UN/ECE/WP29/HFCV-SGS
HFCV GTR Phase1：2013年6月採択➡GTR138

JARI技術基準（2005年3月～）
JARI S001（35MPa容器基準）
JARI S002（附属品基準）
KHK技術基準（2013年5月～）
KHK S0128（70MPa容器基準）

STCおよびHy-SEF（Hy-SEF: Hydrogen and Fuel Cell Vehicle Safety Evaluation Facility)
STC全景
N

Hy-SEF

場所：茨城県東茨城郡城里町
高速周回路：一周5.5km・設計速度190km/h
9Hy-SEF
高圧水素試験設備

液化水素試験設備

液圧試験設備

耐爆火災試験設備

環境対応型
排煙処理設備

耐爆火災試験設備

電池試験設備10

～次世代自動車の安全に関する活動～【水素安全】
自動車用水素容器の安全基準の確立
漏洩水素の拡散挙動の把握
水素の着火、燃焼特性の把握【火災安全】
水素容器・車両の火災時の安全性確保
火災事故時の対応（消火、救援、避難・・・）【衝突安全】
水素漏れ許容量の基準
容器・部品の耐衝撃性の確保【電気安全】
リチウムイオン電池、感電保護、絶縁、冷却水の絶縁
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耐爆火災試験設備
水素容器や電池の火炎暴露試験、車両の火災試験などを実施
内容積260L、充填圧力70MPaの水素容器が破裂しても安全な構造（TNT火薬50kgの耐爆設計）

排気

給気
形
状： 内径18m、高さ16m
壁面構造： 鉄筋コンクリート（厚さ1.2m）
内壁鉄板仕上げ消音装置： -80dB

12給気

耐爆火災試験設備の活用
１．車両火災時の安全性評価
放出水素火炎特性、安全な放出方法

２．車両火災事故時の対応マニュアル
消火・救助・避難の方法

３．漏洩水素の挙動解析
拡散、着火、燃焼特性の把握
事故防止の有効対策検討

４．水素容器、Li-ion電池の安全性評価エネルギー貯蔵システムの火災安全性評価

13水圧試験設備（破裂試験、耐久試験）
120MPa増圧機
270MPa増圧機

300MPa増圧機

120MPa増圧機

水圧試験ピット（寸法：3m×6m×3m）

300MPa増圧機
自動車用圧縮水素容器等、高圧容器の圧力サイクル試験（耐久性評価）、破裂試験（耐圧性評価）などを実施

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高圧容器の破裂試験（水圧試験装置）

一般産業用高圧容器（アルミ）VH3容器（アルミ＋CFRP）
破裂試験圧力線図

150140130

破裂圧力約118ＭPa

120

圧力：P(MPa)

110
1009080

安全率3.37倍

70
60
50
4030

使用圧力(35MPa)

201000.00

VH4容器（プラスチックライナー＋CFRP）

50.00

100.00150.00200.00

時間：T(sec)

15

250.00300.00350.00圧縮水素試験設備
圧縮機（オイルレス、5段式）

設備概要

水素ガス圧縮機
最高使用圧力：95MPa
製造能力：200Nm3/h

プレクール装置

蓄ガス設備（75ℓ×3本×3バンク）

流量制御：流量調整弁による

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水素ガス急速充填

容器内の多点計測
・容器内ガス温度・ライナー内表面温度
・ライナー内表面ひずみ

容器種類、充填圧力の比較

容器内温度分布の調査

水素ステーションでの充填時間：3分
17水素の実態～水素の拡散挙動～

10L/min. 濃度範囲：4%

10L/min. 濃度範囲：0.01- 4%

18

トンネル内での水素の漏洩･拡散挙動

漏洩水素量：１分間で60m3の水素を放出（貯蔵容器内圧力：35MPa →0MPa）
19

容器安全弁からの放出水素火炎（上方向）
光学映像
６ｍ0s

1/30

2/30

3/30

4/30

5/30

6/30

10/30

１

赤外線熱画像25

10０℃

20 sec.

１４００℃
７００℃

10m

1/30s

2/30 s 3/30 s 4/30 s 5/30s 6/30 s 10/30s

20１s

2s

5s

10s20s車室内への水素漏洩・着火試験（濃度12%)水素センサ & イグナイタ

イグナイタ

ティッシュペーパ
フロアから水素放出

水素センサ指示値が12%, になるまで水素供給後、着火(10L/min＊15min=150L)
21水素の実態まとめ 水素は空気中で速やかに拡散し燃焼限界以下に希釈される
 希薄な水素（＜10%）はこれまで言われてきたほど危険ではない 水素はガソリン・天然ガスと比べ、危険な燃料ではない

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ご清聴ありがとうございました23