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【原创】燃料电池空压机国产化揭秘 离心式或将成为未来主流!
文章来源自:高工锂电网
2019-08-30 17:23:04 阅读:961
摘要根据相关调研数据,目前国内有近10家空压机企业在给燃料电池企业送样做配套,其中,有好几家已经在小批量供货。

随着国内氢燃料电池汽车市场不断扩大,围绕燃料电池的核心零部件也在加快国产化替代的步伐,空压机有望成为氢燃料电池系统辅件中最快实现突围的零部件。

空压机是燃料电池的“肺”

作为氢燃料电池系统供应链系统辅件(BOP)中的重要一环,空压机相当于燃料电池的“肺”,它通过对进堆空气进行增压,从而提高燃料电池的功率密度和效率。

空压机输出的压力和流量甚至在很大程度上可以直接影响燃料电池发动机中的化学计量比和空气加湿特性,进而影响燃料电池堆的电压输出和燃料电池发动机的功率输出。

“燃料电池空压机不同于常规空压机,也有别于传统发动机的电子增压器,它应该是一个新物种。”国内一家燃料电池电堆厂的技术负责人告诉高工氢电,适用于燃料电池的空压机需要满足绝对无油、低噪声、高可靠性、高效、小型化、工作范围宽、良好的动态响应能力、良好的热管理、低成本等诸多严苛要求。

空压机在做功过程中,效率、进出压缩比是性能的重要指标,使用在燃料电池上,空压机需要具备以下特性:

(1)在燃料电池的使用中的空压机需要无油化,空压机如果使用润滑油,会致使电堆发生中毒,因此空压机需要采用水润滑轴承或空气轴承。

(2)小型化及轻量化,提高空压机的压缩能力,可以通过增加容积,或者增加轴承转速两种方式,小型化高转速是大势所趋。

(3)乘坐车辆的舒适性需要低噪音,目前国内的很多车辆噪音较大和空压机密切相关,噪音源主要来自于空气与管道之间的摩擦以及空压机高机械转动的声音及转动的声音。

(4)规模化后成本可控,燃料电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电池汽车的产业化。

(5)控制系统,车辆对需要功率变化较大,空压机需要能够及时地做出响应,对空气流量进行控制。

而根据燃料电池的空气进气压力,燃料电池可分为低压(30kPa)、中压(60-100kPa)和高压(150-300kPa)燃料电池。低压燃料电池一般用于通信电源、备用电源、无人机等领域;而中压燃料电池一般应用于客车、物流车等交通领域;乘用车一般配置高压燃料电池。

因此,针对不同的燃料电池系统的性能需求,往往需要不同的空气压缩机与其匹配,目前常用的空压机类型有螺杆式、离心式、涡旋式和罗茨式等不同类型。

另一方面,对于氢燃料电池来说,由于质子交换膜需要保持良好的工作特性,这就要求供气系统供给燃料电池堆的压缩空气必须绝对干净,因此,对空压机技术要求十分高。

离心式空压机是氢燃料电池的发展趋势

2019年起,国内燃料电池空压机供应商逐渐增多,不过供应的产品大多适用于商用车领域,乘用车领域的空压机要求的压比更高,依然以国外采购为主。

从目前国内的氢燃料电池市场来看,螺杆式空压机所占市场份额相对较多,但现在已经有越来越多的燃料电池电堆和系统厂商开始替换离心式空压机。

“今年年初到现在我们已经供货100多台了,全部是离心式空压机。”国内一家空压机企业高层向高工氢电透露,燃料电池企业对空压机的接受度正在逐步提高,特别是离心式空压机。

从目前市场情况来说,有抱负的主机厂面临的最大的问题就是降成本的问题,考虑开发成本、市场规模和管理等综合因素,离心压缩机的成本最高,但是由于其结构紧密的特性,体量最小,物理结构决定,在未来大批量条件下,其成本下降空间最大。

“随着燃料电池系统对空气供应系统性能要求的提高,离心式空压机或将成为燃料电池用空压机未来发展的主要趋势。”广东一家燃料电池企业的技术总监认为,从高效、小型化和降噪方面考虑,离心式空压机更符合未来的需求。

值得注意的是,离心式空压机在低流量时会发生喘振现象,这将严重影响系统的性能和空压机的使用寿命。

对于有些燃料电池厂商来说,国产空压机在可靠性和使用寿命上还缺乏足够的验证,因此在实际的装车运营方面还是以进口产品为主。

国产VS进口   可靠性和售后服务的比拼

从国外情况来看,霍尼韦尔(盖瑞特)在空压机的技术上表现突出,在功率密度、效率、噪声等方面都有很好的表现,其空压机主要供货本田。但在国内市场,UQM独占鳌头,根据相关公开资料,去年UQM曾在中国市场收获了300万美元的空压机订单。

除此以外,还有Fisher、Hanon、TNE、Vairex等公司能供应燃料电池空压机产品。

“目前世界范围内,尚未有完全成熟的、完全满足用户要求的产品。国外的某些厂家起步稍早,国内外空压机技术水平有一定的距离,但这个距离是我们可以努力追上的。”在谈到跟国外的差距时,上述空压机企业高层表示。

据了解,国内一些传统领域的空压机厂,由于自身有技术储备,在燃料电池蓄势待发的过程中,已经开始了对空压机的研发和样机测试。还有一部分企业长期从事气体压缩领域的工作,通过人才引进及其他方式也制造了属于自己的空压机。

根据相关调研数据,目前国内有近10家空压机企业在给燃料电池企业送样做配套,其中,有好几家已经在小批量供货。

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从世界范围内空压机技术路线来看,螺杆式、离心式、涡旋式和罗茨式各种技术路线百家争鸣,但从中国市场来看,未来使用离心式空压机是主流意见,但是最终大规模产业化来临之前,还需要继续完善。

据行业人士透露,目前单购一台30KW的进口空压机价格在12万左右,单购一台国产空压机只需8万左右,如果是批量采购,价格则会降低一倍以上。

“目前来看,国产空压机最大的优势在于性价比和售后服务。”国内一家燃料电池系统企业负责人认为,目前依赖进口核心部件中,空压机率先进行国产化的可能性很大,在试运营阶段问题还不大,但要满足未来大批量需求,还要在可靠性和使用寿命上下功夫。

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