隨著國內(nèi)氫燃料電池汽車市場不斷擴大，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，空壓機有望成為氫燃料電池系統(tǒng)輔件中最快實現(xiàn)突圍的零部件。
空壓機是燃料電池的“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)，空壓機相當(dāng)于燃料電池的“肺”，它通過對進堆空氣進行增壓，從而提高燃料電池的功率密度和效率。
空壓機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)動機中的化學(xué)計量比和空氣加濕特性，進而影響燃料電池堆的電壓輸出和燃料電池發(fā)動機的功率輸出。
“燃料電池空壓機不同于常規(guī)空壓機，也有別于傳統(tǒng)發(fā)動機的電子增壓器，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)負責(zé)人告訴高工氫電，適用于燃料電池的空壓機需要滿足絕對無油、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、低成本等諸多嚴苛要求。
空壓機在做功過程中，效率、進出壓縮比是性能的重要指標，使用在燃料電池上，空壓機需要具備以下特性：
(1)在燃料電池的使用中的空壓機需要無油化，空壓機如果使用潤滑油，會致使電堆發(fā)生中毒，因此空壓機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高機械轉(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，空壓機需要能夠及時地做出響應(yīng)，對空氣流量進行控制。
而根據(jù)燃料電池的空氣進氣壓力，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與其匹配，目前常用的空壓機類型有螺桿式、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，對空壓機技術(shù)要求十分高。
離心式空壓機是氫燃料電池的發(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。
國內(nèi)一家空壓機企業(yè)高層向高工氫電透露，燃料電池企業(yè)對空壓機的接受度正在逐步提高，特別是離心式空壓機。
從目前市場情況來說，有抱負的主機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，離心式空壓機或?qū)⒊蔀槿剂想姵赜每諌簷C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)認為，從高效、小型化和降噪方面考慮，離心式空壓機更符合未來的需求。
值得注意的是，離心式空壓機在低流量時會發(fā)生喘振現(xiàn)象，這將嚴重影響系統(tǒng)的性能和空壓機的使用壽命。
對于有些燃料電池廠商來說，國產(chǎn)空壓機在可靠性和使用壽命上還缺乏足夠的驗證，因此在實際的裝車運營方面還是以進口產(chǎn)品為主。
國產(chǎn)VS進口 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)，其空壓機主要供貨本田。但在國內(nèi)市場，UQM獨占鰲頭，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)開始了對空壓機的研發(fā)和樣機測試。還有一部分企業(yè)長期從事氣體壓縮領(lǐng)域的工作，通過人才引進及其他方式也制造了屬于自己的空壓機。
根據(jù)相關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)有近20家空壓機企業(yè)在研發(fā)燃料電池空壓機，其中，有好幾家已經(jīng)實現(xiàn)批量供貨。
從世界范圍內(nèi)空壓機技術(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)負責(zé)人認為，目前依賴進口核心部件中，空壓機正在逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化，在試運營階段問題還不大，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。
