一年前和很多投資人交流，提到燃料電池動力系統，大家都會說到電堆及核心組件和系統集成，但對空壓機的討論少之又少。而當很多朋友開始坐上這些燃料電池汽車的時候會發現，車輛的噪音較大，有一些還伴有很大的抖動。當然這可能跟非運營車輛乘坐較少有關。

香橙會研究院和產業內不同層級的人士交流，在問到氫燃料電池產業化進程中，哪些關鍵零部件國產化進度更快些時，很多從業者都表示是空壓機。

我們國家有哪些國產化進度較快的燃料電池空壓機廠家，誰又能最先勝出呢？

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燃料電池空壓機不是簡單的鼓風機

其實，氫燃料電池汽車中，整個系統可以類比成一個發電機組，電堆相當于一個反應池，空壓機則是給其陰極供應氧氣（空氣直接供給）的一個重要部件。目前主機廠層面，上汽已經初步形成了以捷氫新能源為主的產業化平臺；而集成方面，因為有電動車金玉在前，已經形成了一定的積累。

?圖1燃料電池發動機結構示意圖

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資料來源：公開資料

燃料電池之所以使用空壓機，因為空壓機工作過程中，通過對空氣進行增壓，加大空氣的供給，即可增加氧氣的輸入，可以提高燃料電池的功率密度和運行效率，同時減小燃料電池系統本身的尺寸。這個產品會影響燃料電池系統在整車應用中的效率、水平衡等特性。

但空壓機也是燃料電池主要的一個噪音污染源和振動源，其性能直接影響整車乘坐的舒適性。燃料電池反應堆化學反應對空氣的溫度、濕度、壓力和流量等參數非常敏感，這些因素都決定了廣泛應用的工業壓縮機無法滿足燃料電池對空氣的高要求。

空壓機技術在國內來說，很多工業空壓機的聲名享譽海內外，但是不是真正適合大規模產業化應用于燃料電池汽車，我們接著看。

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燃料電池使用空壓機的必須特性

典型的燃料電池空氣供應系統是由空氣過濾器、空壓機、電機、中冷器、增濕器和膨脹機，而目前，高速離心式的壓縮機則無需使用膨脹機。從國內的一些企業了解到，很多螺桿產品也未使用這類膨脹機產品進行排氣能量的回收。

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，或者增加軸承轉速兩種方式，小型化高轉速是大勢所趨。

（3）乘坐車輛的舒適性需要低噪音，目前國內的很多車輛噪音較大和空壓機密切相關，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動的聲音及轉動的聲音。

（4）規模化后成本可控，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業化。據悉，在目前產業推進的過程中，部分車企特別是進行乘用車示范的車企，在國產化試驗過程中，采取小體積高轉速進口的空壓機，不但價位達到數十萬，而且經常供貨期漫長。

（5）控制系統，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，對空氣流量進行控制，目前國內在這一塊的積累較多，但硬件產品存在缺失。

圖2主流車載空壓機的性能對比

資料來源：國金證券研究所、香橙會研究院整理

一位侵淫該行業二十余年的行業專家曾對香橙會研究院說，目前產品差異主要體現在多學科的技術儲備和工藝的缺失，目前國內的絕大多數應用在汽車上的空壓機解決了“有和沒有”的問題，但是讓產品更加適用于燃料電池端則存在較大的問題。

做個類比，做了很多年的一個吹風機，國產的吹風機可以使用，但是與進口的用戶體驗上存在巨大差距。

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國內外燃料電池空壓機市場幾個重要方向

?在2015年左右，無油潤滑雙渦圈渦旋式空壓機是主要的技術方向，日本豐田(Toyota)、美國UTC等多家公司應用于燃料電池上。美國DOE和Author D.Little公司合作完成包括28kW和50kW的兩代渦旋式空壓機的設計和制造。Author D.Little提供給DOE的這種空壓機能夠滿足最高功率輸出要求，但是空壓機耗功較大的問題一直難以得到解決，同時體積和質量較大。

圖3渦旋式壓縮機

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資料來源：公開資料

?而包括GM、PlugPower、德國Xcellsis、加拿大Ballard等公司的燃料電池中都采用了螺桿式壓縮機。這種空壓機，利用螺桿之間形成的空氣槽來壓縮空氣。

?圖4螺桿式壓縮機

資料來源：雪人公司網站

另一種是羅茨式空壓機，比較知名的就是美國伊頓與DOE共同研發的P級及R級產品，驅動主要來源于電機和膨脹機。這種空壓機曾被空壓機行業的人士認為是利用純機械壓縮原理將空氣壓縮做到極致的產品，低轉速提供較高的空氣輸入和高壓縮比。

?此外，有消息表明，在豐田株式會社的下屬企業中有向豐田提供羅茨發動機的企業。羅茨空壓機結構緊湊，在使用過程中雖然解決了小型化的問題，但是據有乘坐的人員描述，羅茨空壓機并不能將噪音問題進行理想化的處理，而與電磁空壓機的對比中，考慮到羅茨的成本，就顯得該產品有些高不成低不就的感覺。

?圖5羅茨式壓縮機

資料來源：公開資料

這些利用機械軸承的空壓機因為其物理設計，普遍存在質量較大和噪音偏大的情況，目前在韓國、美國、日本本田等都普遍認為離心式壓縮機為未來主流方向，這是一種無油、葉片高速空壓機，其結構緊密，對應供給功率變化的響應快，壽命長，效率高，目前技術路線中采取水潤滑方式居多，如同濟大學的樣機。但還有一些企業開始向空氣懸浮軸承技術進行了驗證和樣機發布，空氣懸浮軸承能有效降低機械摩擦，利用電磁力學技術完成無摩擦的高速轉動。

?圖6同濟大學開發的離心式壓縮機樣機

資料來源：公開資料

其中，這種利用空氣懸浮軸承的設備不僅僅涉及了電磁力學、電磁場、系統控制、氣體動力學、氣體流場的技術，還涉及了包括工程熱力學、傳熱傳質、靜力學、電磁電勢耦合、振動力學等等共計十幾個專業的復雜工藝。這些學科缺一不可，即使產生過多的熱量就是在汽車應用上無法接受的。

目目前國際研發，霍尼韋爾一枝獨秀。

除了寶馬、現代等公司，香橙會研究院獲得的信息顯示，此前使用渦旋和羅茨空壓機的日本豐田公司，也在做其他類型空壓機的測試。

此外在燃料電池領域，空壓機應用還涉及到一些渦輪增壓技術，即通過一級（二級）離心壓縮后再通過將空壓機空氣懸浮軸承渦輪機進行同軸連接，實現增壓效果，但目前據香橙會研究院了解，該產品難度極大，目前霍尼韋爾的產品已做樣機推廣。

這大概是目前燃料電池的幾主要方向，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，考慮開發成本、市場規模和管理等綜合因素，離心壓縮機的成本最高，但是由于其結構緊密的特性，體量最小，物理結構決定，在未來大批量條件下，其成本下降空間最大。以目前應用較多的三類型空壓機為例：

資料來源：香橙會研究院整理

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9家公司脫穎而出

目前國內一些傳統領域的空壓機廠，由于自身有技術儲備，在燃料電池蓄勢待發的過程中，已經開始了對空壓機的研發和樣機測試。還有一部分企業長期從事氣體壓縮領域的工作，通過人才引進及其他方式也制造了屬于自己的空壓機，主要情況如下表所示：

資料來源：香橙會研究院整理

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總結：誰掌握了離心壓縮機技術，誰就掌握了未來

目前來看，從現階段的空壓機技術路線來說，百家爭鳴，未來使用離心式壓縮機是主流意見，但是最終大規模產業化來臨之前，有沒有一些技術的革新帶來如螺桿、螺旋壓縮機的靜音的革命或者材料學的創新帶來輕量化革命也不好說。

“燃料電池的發展中，目前依賴進口核心部件中，空壓機率先進行國產化的可能性很大，但是空壓機的性能從無到有過程轉向從?有到優過程是有難度的，高性能的高速離心壓縮機必須正向開發，反向開發的產品在后期應用中適應各種路況的調試或者改型將更難。”一位不愿具名的技?術人員向香橙會研究院表示。

“誰掌握了離心壓縮機的核心技術，特別是空氣懸浮軸承的空壓機技術，誰將掌握中國乃至全球未來高壓氫燃料電池高端車型，這是乘用車的核心命脈之一”。

——上敘人士續道。