隨著國內(nèi)氫燃料電池汽車市場不斷擴(kuò)大，圍繞燃料電池的核心零部件也在加快國產(chǎn)化替代的步伐，空壓機(jī)有望成為氫燃料電池系統(tǒng)輔件中最快實(shí)現(xiàn)突圍的零部件。

空壓機(jī)是燃料電池的“肺”

作為氫燃料電池系統(tǒng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)輔件(BOP)中的重要一環(huán)，空壓機(jī)相當(dāng)于燃料電池的“肺”，它通過對進(jìn)堆空氣進(jìn)行增壓，從而提高燃料電池的功率密度和效率。

空壓機(jī)輸出的壓力和流量甚至在很大程度上可以直接影響燃料電池發(fā)動機(jī)中的化學(xué)計(jì)量比和空氣加濕特性，進(jìn)而影響燃料電池堆的電壓輸出和燃料電池發(fā)動機(jī)的功率輸出。

“燃料電池空壓機(jī)不同于常規(guī)空壓機(jī)，也有別于傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的電子增壓器，它應(yīng)該是一個新物種。”國內(nèi)一家燃料電池電堆廠的技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴高工氫電，適用于燃料電池的空壓機(jī)需要滿足絕對無油、低噪聲、高可靠性、高效、小型化、工作范圍寬、良好的動態(tài)響應(yīng)能力、良好的熱管理、低成本等諸多嚴(yán)苛要求。

空壓機(jī)在做功過程中，效率、進(jìn)出壓縮比是性能的重要指標(biāo)，使用在燃料電池上，空壓機(jī)需要具備以下特性：

(1)在燃料電池的使用中的空壓機(jī)需要無油化，空壓機(jī)如果使用潤滑油，會致使電堆發(fā)生中毒，因此空壓機(jī)需要采用水潤滑軸承或空氣軸承。

(2)小型化及輕量化，提高空壓機(jī)的壓縮能力，可以通過增加容積，或者增加軸承轉(zhuǎn)速兩種方式，小型化高轉(zhuǎn)速是大勢所趨。

(3)乘坐車輛的舒適性需要低噪音，目前國內(nèi)的很多車輛噪音較大和空壓機(jī)密切相關(guān)，噪音源主要來自于空氣與管道之間的摩擦以及空壓機(jī)高機(jī)械轉(zhuǎn)動的聲音及轉(zhuǎn)動的聲音。

(4)規(guī)?；蟪杀究煽?，燃料電池受其功率密度和成本的限制，小型化和低成本有助于燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化。

(5)控制系統(tǒng)，車輛對需要功率變化較大，空壓機(jī)需要能夠及時地做出響應(yīng)，對空氣流量進(jìn)行控制。

而根據(jù)燃料電池的空氣進(jìn)氣壓力，燃料電池可分為低壓(30kPa)、中壓(60-100kPa)和高壓(150-300kPa)燃料電池。低壓燃料電池一般用于通信電源、備用電源、無人機(jī)等領(lǐng)域;而中壓燃料電池一般應(yīng)用于客車、物流車等交通領(lǐng)域;乘用車一般配置高壓燃料電池。

因此，針對不同的燃料電池系統(tǒng)的性能需求，往往需要不同的空氣壓縮機(jī)與其匹配，目前常用的空壓機(jī)類型有螺桿式、離心式、渦旋式和羅茨式等不同類型。

另一方面，對于氫燃料電池來說，由于質(zhì)子交換膜需要保持良好的工作特性，這就要求供氣系統(tǒng)供給燃料電池堆的壓縮空氣必須絕對干凈，因此，對空壓機(jī)技術(shù)要求十分高。

離心式空壓機(jī)是氫燃料電池的發(fā)展趨勢

2019年起，國內(nèi)燃料電池空壓機(jī)供應(yīng)商逐漸增多，不過供應(yīng)的產(chǎn)品大多適用于商用車領(lǐng)域，乘用車領(lǐng)域的空壓機(jī)要求的壓比更高，依然以國外采購為主。

從目前國內(nèi)的氫燃料電池市場來看，螺桿式空壓機(jī)所占市場份額相對較多，但現(xiàn)在已經(jīng)有越來越多的燃料電池電堆和系統(tǒng)廠商開始替換離心式空壓機(jī)。

國內(nèi)一家空壓機(jī)企業(yè)高層向高工氫電透露，燃料電池企業(yè)對空壓機(jī)的接受度正在逐步提高，特別是離心式空壓機(jī)。

從目前市場情況來說，有抱負(fù)的主機(jī)廠面臨的最大的問題就是降成本的問題，考慮開發(fā)成本、市場規(guī)模和管理等綜合因素，離心壓縮機(jī)的成本最高，但是由于其結(jié)構(gòu)緊密的特性，體量最小，物理結(jié)構(gòu)決定，在未來大批量條件下，其成本下降空間最大。

“隨著燃料電池系統(tǒng)對空氣供應(yīng)系統(tǒng)性能要求的提高，離心式空壓機(jī)或?qū)⒊蔀槿剂想姵赜每諌簷C(jī)未來發(fā)展的主要趨勢。”廣東一家燃料電池企業(yè)的技術(shù)總監(jiān)認(rèn)為，從高效、小型化和降噪方面考慮，離心式空壓機(jī)更符合未來的需求。

值得注意的是，離心式空壓機(jī)在低流量時會發(fā)生喘振現(xiàn)象，這將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能和空壓機(jī)的使用壽命。

對于有些燃料電池廠商來說，國產(chǎn)空壓機(jī)在可靠性和使用壽命上還缺乏足夠的驗(yàn)證，因此在實(shí)際的裝車運(yùn)營方面還是以進(jìn)口產(chǎn)品為主。

國產(chǎn)VS進(jìn)口 可靠性和售后服務(wù)的比拼

從國外情況來看，霍尼韋爾(蓋瑞特)在空壓機(jī)的技術(shù)上表現(xiàn)突出，在功率密度、效率、噪聲等方面都有很好的表現(xiàn)，其空壓機(jī)主要供貨本田。但在國內(nèi)市場，UQM獨(dú)占鰲頭，根據(jù)相關(guān)公開資料，2018年UQM曾在中國市場收獲了300萬美元的空壓機(jī)訂單。

除此以外，還有Fisher、Hanon、TNE、Vairex等公司能供應(yīng)燃料電池空壓機(jī)產(chǎn)品。

“目前世界范圍內(nèi)，尚未有完全成熟的、完全滿足用戶要求的產(chǎn)品。國外的某些廠家起步稍早，國內(nèi)外空壓機(jī)技術(shù)水平有一定的距離，但這個距離是我們可以努力追上的。”在談到跟國外的差距時，上述空壓機(jī)企業(yè)高層表示。

據(jù)了解，國內(nèi)一些傳統(tǒng)領(lǐng)域的空壓機(jī)廠，由于自身有技術(shù)儲備，在燃料電池蓄勢待發(fā)的過程中，已經(jīng)開始了對空壓機(jī)的研發(fā)和樣機(jī)測試。還有一部分企業(yè)長期從事氣體壓縮領(lǐng)域的工作，通過人才引進(jìn)及其他方式也制造了屬于自己的空壓機(jī)。

根據(jù)相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)有近20家空壓機(jī)企業(yè)在研發(fā)燃料電池空壓機(jī)，其中，有好幾家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量供貨。

從世界范圍內(nèi)空壓機(jī)技術(shù)路線來看，螺桿式、離心式、渦旋式和羅茨式各種技術(shù)路線百家爭鳴，但從中國市場來看，未來使用離心式空壓機(jī)是主流意見，但是最終大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化來臨之前，還需要繼續(xù)完善。

“目前來看，國產(chǎn)空壓機(jī)最大的優(yōu)勢在于性價比和售后服務(wù)。”國內(nèi)一家燃料電池系統(tǒng)企業(yè)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，目前依賴進(jìn)口核心部件中，空壓機(jī)正在逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，在試運(yùn)營階段問題還不大，但要滿足未來大批量需求，還要在可靠性和使用壽命上下功夫。