このクルマをつくる上で目指したのは、できるだけキャビン空間を大きくして、5人乗りのセダンパッケージを実現することでした。従来モデルのFCXクラリティは、キャビン中央のセンタートンネルに燃料電池スタックが置かれていたため4人乗りになり、乗員に窮屈な思いをさせてしまうことがありました。そこで、燃料電池スタックをフロントフード下に収めようと考えたのです。

開発の初期段階では、モーターの上に燃料電池スタックとFCVCU（FC昇圧コンバータ）を積み上げようとすると、フロントフードが閉まらないどころか、前が見えないくらいの高さになることが判明しました。そんな絶望的な状況から、私たちエンジニアは、燃料電池スタック、水素／空気供給システム、FCVCUの小型化に突き進んでいったのです。

Honda の燃料電池は、セパレータと呼ばれる3 枚の金属板と発電部である2枚のMEA（膜電極接合体） で1 つのユニットを構成しています。つまり、1 ユニットに2 つのセルが含まれていて、セルごとではなく、ユニットごとに冷却構造を持たせることで、小型化を図ってきたのが特徴です。とにかく燃料電池スタックを小さくしないとフロントフード下には収まりません。そこで「セル数を削減することはできないか？」「さらにセルの厚みを低減できないか？」を考えました。

従来の構造では、空気の流路を形成するセパレータがMEAに面しているあたりに生成水が溜まりやすく発電部にガスが行き渡らなかった。そこで新しいセルではここに水溜まりができないよう、流路を狭めることで生成水を排出しやすくし発電性能を向上させました。

従来モデルの燃料電池スタックは発電性能を高めるために、加湿量を多くしていました。そのため生成水の一部が凝縮して流路に多く存在することになり重力を使って下に排出できるよう、セルを縦長のレイアウトにし、水素と空気も上から下に平行に流す構造としていました。新型では、MEAの改良に加えて、水素と空気を対向に流す構造をとることで、発電面の湿度分布を均一化し、加湿量の低減を実現しています。あえて重力を使わなくても生成水を凝縮させずに排出できるようになり、燃料電池スタックを従来モデルの縦長レイアウトからフロントフード下に搭載するのに最適な横長レイアウトにすることができました。

凝縮水を低減したことでガス流路を効率よく使えるようになりました。従来モデルに対してガス流路を浅くすることが可能となり、従来に比べて20％薄い、セルの厚み1mmを実現することができました。

ガス流路が細く浅くなったために、セルに空気を供給しにくくなったのです。そこで、これまで以上に高い圧力で空気を燃料電池スタックに送り込むエアコンプレッサーが、どうしても必要になりました。

エアコンプレッサーに関して、開発当初は別のタイプを考えていました。しかし、燃料電池スタックを小さくするには、さらに高い圧力で空気を送り込む必要があります。その上、エアコンプレッサーに加えて、水素や空気、冷却水を供給するデバイスや配管をフロントフード下に収めなければなりません。そこで辿りついたのが、電動ターボ型エアコンプレッサーでした。

エアコンプレッサーのモータ軸両端に異なる2つの過給器があり、その2つを配管でつなぐことによって2段階で圧力を高めるというものです。ただ、この電動ターボ型エアコンプレッサー自体がそれまで量産車に搭載された実績がなく、コストも高いものでしたが、その可能性を考えると「やるしかない！」ということになりました。

2段過給としたことで、幅広い走行状況に対応できるようになりました。例えば、クルマが停まっているアイドルの状況から、登坂時といった負荷が高い状況、高速走行までを容易にカバーできます。さらに、静粛性の上でも大きな効果がありました。

燃料電池自動車は、もともと普通のクルマに比べて静かなので、エアコンプレッサーの音対策にはいつも手を焼いていました。その点、この電動ターボ型エアコンプレッサーは圧縮空気の排出音が小さいため静粛性が高く、消音装置のレゾネーターの小型化やエアコンプレッサー専用サイレンサ廃止ができたのです。これにより消音装置の大きさは約半分となりました。

複数のバッテリーを直列に接続すると、より高い電圧が得られるように、燃料電池も積層するセルの数によって電圧を任意に設定することができます。出力を電圧で高めようとするならセル数を増やせばいいだけの話ですが、そうすると燃料電池スタックが大型化してしまいます。それは燃料電池パワートレインの車両パッケージングの将来を考えると、決して好ましいとはいえない方向です。そこで、私たちは電流を大きくして出力を高める仕様を選びました。

大きな電流を流すとなると、通電する配線が太くなりますし、回路を構成する部品には、大電流に対する高い耐久性も確保しなければなりません。また、駆動用モーターも、大電流により高いパワーを実現するとなると、巻線類が太くなるなど、モーターのサイズも大きくなってしまいます。そこで、燃料電池スタックで発電した大電流を低減し、逆に電圧を最大500Vまで高めるFCVCUを採用しました。

料電池スタックのすぐ上に置くことで、大電流を流す配線の長さを最小限にとどめ、FCVCUを配置したことによる小型化効果を最大限に引き出しています。このFCVCUによって、モーターへの供給電圧を上げることで、燃料電池スタックの積層セル数を増やした場合と同等の高い電圧供給が可能となり、その結果、モーター最高出力も、従来モデルとほぼ同等のサイズで100kWから130kWにアップすることができました。

従来の既存技術だけでは、厚さ100mmというサイズには到底収めることはできません。そこで、シリコンカーバイド（SiC）を用いた高性能のインテリジェントパワーモジュールを量産車として初めて採用することで、高周波駆動による小型化を実現しています。

水素を扱っているだけに、安全性を気にする人は多い。フロントフード下に搭載することで衝突時に燃料電池スタックへ加わる衝撃は従来モデルより大幅に大きくなります。最大の課題となったのは、わずか1mmしかないセルの強度で衝突時の衝撃から水素安全性を守る構造を作り上げることでした。積み上げたセルが衝撃により強く揺すられることでセルとセルの間にズレが生じてしまうと水素が漏れてしまいます。燃料電池スタックの締結バーとセルに設けたタブ形状を噛み合わせることでセルのズレを防止するという構想ができてからは、燃料電池スタックを数メートルの高所から落下させる試験を行ってはセルを壊す日々が続きました。開発段階では相当な数のスタックを壊しましたが、最終的には考えていた構造で成立させることができ、万一の衝突事故でもセルにキズ1つ付かないくらいの高い安全性を実車の衝突試験で確認しています。

発電を担うMEAにはまだまだ高価な材料が使われているのですが、従来モデルでは発電を行わない複雑な形状部分にまで発電部と同じ材料を使っており、材料の使用効率が悪いことも課題となっていました。そこで今回は効率よくロールから切り出せるように発電部を長方形に、発電しない部分を安価な樹脂にすることでコストを低減しています。さらにセルの数を減らして全体の部品点数を削減したことも、コスト低減につながっています。ちなみに、新型ではMEAに樹脂の枠を組み合わせたことによって、MEAの表裏を流れる水素と空気にそれぞれ独立したガス分配形状を持たせることができました。従来モデルはセパレーターにエンボス形状を入れて、表裏を流れる水素と空気をバランスするように設計していました。MEAの樹脂化により、セル内のガス分配が効率よく設計できるようになったのも進化の一つでした。

完成した燃料電池パワートレインを改めて眺めてみても、機能美にあふれた良いデザインだ、と実感できる仕上がりを実現できました。この中に、次のステップに向けての可能性を凝縮することができたと自負しています。