燃料电池用空气压缩机（空压机）发展现状、技术路线及代表厂商分析

燃料电池是一种将燃料和氧气结合起来产生电力的电化学装置。因为其在将化学能转化为电能的过程中产生的大部分是水，有害气体较少，因此对环境污染较小。同时它的能量转换由于不经过燃烧，理论上转换效率可达90%以上，实际可达到60%。燃料电池没有机械传动部件，因此也不会产生噪音。燃料电池系统负荷变动的适应能力也比火力发电强，燃料电池发电处理变动率可达每分钟66%，调节范围教大，应答速度快，运行平稳。

燃料电池汽车八大核心部件构成

资料来源：公开资料

燃料电池系统主要由燃料电池堆、空气循环系统、供氢系统、水/热管理系统、电控系统这五大系统构成。www.leadingir.com而空压机则是空气循环系统中的重要组成部分，燃料电池用的氧气基本来源于空气，而空气则需要鼓风机（低压燃料电池）或空压机（高压燃料电池）将空气泵入燃料电池堆。同时空压机还能利用消耗了部分氧气排出反应堆的输入气体转化的机械能，从而节省电能。

燃料电池整车成本构成

资料来源：立鼎产业研究中心

燃料电池系统成本构成

资料来源：立鼎产业研究中心

立鼎产业研究中心发布的《2019年版全球及中国空压机行业发展现状分析及发展趋势研究报告》数据显示，目前燃料 电池的成本中占比最大的是燃料电池堆，占到总成本的61%，其次就是空气循环系统，占到总成本的15%。而空压机则是空气循环系统中极为重要的组件之一，降低空压机的成本可以在一定程度上降低空气循环系统在燃料电池总成本中的比例，从而降低燃料电池总成本。

燃料电池汽车五大系统构成

资料来源：立鼎产业研究中心

燃料电池进气工作示意图

来源：丰田Mirai

燃料电池空压机通过对进堆空气进行增压，可以提高燃料电池系统的效率和紧凑性。为使燃料电池保持良好的工作特性和工作效率，适用于燃料电池的空压机还需要满足以下几点特性：

无油且有一定湿度：传统压缩机中往往使用润滑油，但润滑油会污染电堆内芯，使电堆中毒降低反应活度。

较高能量转换率：空压机的效率会直接影响燃料电池的效率。高效的空压机可以有效提高燃料电池的效率。

动态响应能力高：空压机可以随着需求功率变化及时调整输出功率。

低噪声：空压机的噪声是燃料电池噪声的主要来源，因此需要尽可能减小空压机的噪声。

小型化且低成本：空压机的体积、质量和成本大大影响整个燃料电池的体积、质量和成本，小型化且低成本的空压机有利于未来燃料电池的发展，从而推动燃料电池汽车的产业化。

尽管国内目前空压机种类繁多，但缺少效率高而且能够为燃料电池提供清洁无油气体的空压机，其中阻碍适用燃料电池的空压机发展的最主要因素之一就是需要保证压缩气体绝对无油。由于燃料电池需要绝对无油的空气这一特点，www.leadingir.com传统的空气压缩机并不能用于燃料电池系统，因此需要开发燃料电池专用的无油压缩机。

目前燃料电池系统使用的空压机类型主要有离心式、涡旋式、螺杆式。离心式压缩机效率较高，响应较快；涡旋式压缩机效率也较高，噪声低，质量轻；螺杆式结构简单较为可靠，都具有较好的发展前景。目前代表性车企使用的以离心式和罗茨式为主，其中离心式业界评价较高。

目前代表性燃料电池车企使用的空压机类型

来源：公开资料i

离心式压缩机在功率密度、效率、噪声等方面具有最好的综合效果，被业界认为是较有前途的燃料电池空气增压方式之一。丰田Mirai燃料电池系统目前是搭配的六叶螺杆罗茨式空压机，由丰田自动织机公司开发。从目前国内外研究发展方向来看，离心式和罗茨式空气压缩机或将是今后主流的发展方向。同时，随着燃料电池系统对空气供应系统性能要求的提高，离心式空压机与涡轮匹配工作也将成为燃料电池用空压机未来发展的主要趋势之一。

燃料电池空压机技术路线对比

来源：公开资料i