燃料電池羅茨式鼓風(fēng)機(jī)：厚積薄發(fā) 金士頓燃料電池空壓機(jī)憑實(shí)力飛躍

　　氫能時(shí)代剛至，燃料電池行業(yè)混沌初開(kāi)，關(guān)鍵零部件空壓機(jī)正處于紛爭(zhēng)激烈的“春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期”。

　　技術(shù)摸索過(guò)程中，離心式、螺桿式、羅茨式、渦旋式等各種技術(shù)路線并存，國(guó)外企業(yè)搶先一步，國(guó)內(nèi)企業(yè)快速跟進(jìn)，都意圖在潛力廣闊的燃料電池市場(chǎng)一展身手。投入燃料電池空壓機(jī)的“戰(zhàn)爭(zhēng)”，既是向空壓機(jī)行業(yè)最高技術(shù)致敬，更賦予了推動(dòng)燃料電池產(chǎn)業(yè)前行的重要?dú)v史意義。

　　在這場(chǎng)“戰(zhàn)爭(zhēng)”中，有一家國(guó)內(nèi)企業(yè)值得尊敬。它依托自身多年技術(shù)積累，堅(jiān)定自主開(kāi)發(fā)難度較高的核心部件及集成技術(shù)，選擇了被認(rèn)為是今后發(fā)展主流方向的離心式空壓機(jī)技術(shù)路線，并且是處于國(guó)際先進(jìn)水平的采用空氣軸承的無(wú)油離心空壓機(jī)。

　　在目前燃料電池行業(yè)參與者多、市場(chǎng)容量尚小的情況下，它的產(chǎn)品配套燃料電池系統(tǒng)領(lǐng)軍企業(yè)，已成功上車應(yīng)用300多臺(tái)，通過(guò)燃料電池系統(tǒng)500小時(shí)的匹配測(cè)試，單臺(tái)已隨同系統(tǒng)裝車完成4萬(wàn)公里測(cè)試，主要應(yīng)用于申龍客車、福田客車、宇通客車和吉利客車等多個(gè)主機(jī)廠。它，就是石家莊金士頓軸承科技有限公司。

　　國(guó)產(chǎn)空壓機(jī)自2020年開(kāi)始陸續(xù)裝車試用，前期應(yīng)用較早的是傳統(tǒng)容積式空壓機(jī)。而涉及學(xué)科更多、研發(fā)難度更大的離心式空壓機(jī)大多是國(guó)外知名品牌（如霍尼韋爾、利勃海爾等）也有少量系統(tǒng)研發(fā)、裝車實(shí)驗(yàn)及示范運(yùn)營(yíng)，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)能夠自主研發(fā)無(wú)油空壓機(jī)且實(shí)際配套裝車的企業(yè)基本沒(méi)有。

　　而金士頓憑借多年來(lái)在空氣軸承、高速永磁電機(jī)以及流體機(jī)械行業(yè)的自主核心技術(shù)積累，在空壓機(jī)廠家當(dāng)中獨(dú)樹(shù)一幟。值得一提的是，金士頓早在多年前突破國(guó)際封鎖的空氣軸承技術(shù)，彼時(shí)就是自主國(guó)產(chǎn)化的典型代表。如今已延伸至燃料電池空壓機(jī)領(lǐng)域，是在熱愛(ài)技術(shù)、立足核心部件技術(shù)的基礎(chǔ)上，將自身技術(shù)在新能源領(lǐng)域的延伸拓展。

　　從空浮風(fēng)機(jī)到空壓機(jī)的華麗蛻變

　　金士頓成立于2007年，成立之初就專注于軸承產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售。并于2010年開(kāi)始研發(fā)空氣軸承產(chǎn)品，由于空氣軸承產(chǎn)品的特殊性，在2020年自主開(kāi)發(fā)能夠應(yīng)用空氣軸承配套的高速電機(jī)，就為了能夠?qū)⒑诵募夹g(shù)轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。

　　后來(lái)金士頓成功研發(fā)采用空氣軸承和高速永磁電機(jī)等核心技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品——空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)，用于污水處理和涉及物料、粉塵輸送等行業(yè)，成為真正意義上的國(guó)內(nèi)首家空氣懸浮離心鼓風(fēng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化、系列化和批量化生產(chǎn)制造商。

　　在空氣軸承及高速電機(jī)領(lǐng)域長(zhǎng)期的技術(shù)沉淀，憑借在流體機(jī)械行業(yè)豐富的工程化應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，金士頓“厚積薄發(fā)”，瞄準(zhǔn)日益茁壯的氫燃料電池產(chǎn)業(yè)，精準(zhǔn)發(fā)力，以燃料電池?zé)o油空壓機(jī)為主打產(chǎn)品，開(kāi)始了在新能源領(lǐng)域的新征程。

　　但燃料電池空壓機(jī)比鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高、體積小很多，因此技術(shù)難度也高很多。金士頓在2020年就開(kāi)始內(nèi)部立項(xiàng)，對(duì)燃料電池空壓機(jī)進(jìn)行研發(fā)攻關(guān)，并于2020年推出了完全國(guó)產(chǎn)化的采用空氣軸承的無(wú)油離心空壓機(jī)。

　　值得一提的是，金士頓燃料電池空壓機(jī)的控制器也屬于自主開(kāi)發(fā)。這與其當(dāng)初不得不開(kāi)發(fā)高速電機(jī)的原因類似，在國(guó)內(nèi)能夠控制高轉(zhuǎn)速電機(jī)的控制器是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，彼時(shí)市場(chǎng)上沒(méi)有現(xiàn)成的商用化控制器產(chǎn)品，因此在2020年公司決定開(kāi)發(fā)無(wú)油空壓機(jī)項(xiàng)目的同時(shí)，提前布局，組建了專門開(kāi)發(fā)控制器的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并且實(shí)現(xiàn)了控制器和空壓機(jī)的完美匹配。

　　“我們從最初做軸承零部件，就這樣一步一步轉(zhuǎn)型成機(jī)電一體化環(huán)保設(shè)備生產(chǎn)制造商，再到涉足新能源領(lǐng)域成為汽車零部件供應(yīng)廠家，對(duì)于整個(gè)公司來(lái)說(shuō)，也在不斷的蛻變、成長(zhǎng)?！苯鹗款D副總經(jīng)理王青峰說(shuō)，由于研發(fā)涉及的學(xué)科領(lǐng)域不斷拓寬，從最初簡(jiǎn)單的機(jī)械加工到轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、整機(jī)控制等，在這過(guò)程中研發(fā)團(tuán)隊(duì)也逐步擴(kuò)大。

　　現(xiàn)在金士頓有230多人，其中研發(fā)團(tuán)隊(duì)就有四十多人，在研發(fā)和工程化應(yīng)用研究過(guò)程中，金士頓依靠自身的絕對(duì)領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，陸續(xù)成立和組建了“河北省空氣軸承及應(yīng)用工程技術(shù)研究中心”、“河北省企業(yè)技術(shù)中心”及院士工作站等多個(gè)處于技術(shù)領(lǐng)先水平的研發(fā)平臺(tái)。

　　核心技術(shù)之花在氫能領(lǐng)域怒放

　　從發(fā)展歷程來(lái)看，金士頓空壓機(jī)不是“橫空出世”，也不是“后來(lái)居上”。早期在各種宣傳泛濫之時(shí)，金士頓一直在默默進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證，性能提升，匹配測(cè)試。因?yàn)榻鹗款D人明白，要想做好空壓機(jī)，單純只關(guān)注產(chǎn)品自身是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要結(jié)合系統(tǒng)和整車綜合性能考慮，只有拿到最真實(shí)，最全面的各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)，不斷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，做出的空壓機(jī)才是真正經(jīng)得起考驗(yàn)的、質(zhì)量過(guò)硬的產(chǎn)品。

　　“樹(shù)高千尺賴根深”金士頓憑借嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难邪l(fā)態(tài)度，科學(xué)的產(chǎn)品驗(yàn)證，真實(shí)豐富的數(shù)據(jù)采集等基礎(chǔ)工作，才使得公司和產(chǎn)品得到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。

　　“2020年空壓機(jī)產(chǎn)品出來(lái)以后，為了更好的滿足和響應(yīng)系統(tǒng)集成商對(duì)空壓機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)要求，與燃料電池系統(tǒng)做了非常多的匹配驗(yàn)證工作。目前公司的空壓機(jī)已經(jīng)完全滿足上車各項(xiàng)要求，公司空壓機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)從30kW-100kW系統(tǒng)功率全覆蓋?！蓖跚喾逋嘎?。

　　從技術(shù)路線角度來(lái)看，很多企業(yè)與金士頓的想法相同，看好離心式空壓機(jī)技術(shù)路線。這是因?yàn)椋嚎諝廨S承離心式空壓機(jī)體積小巧、能耗小、噪音小無(wú)需再匹配降噪設(shè)備，在助力提升燃料電池系統(tǒng)功率密度上比較理想。本田、現(xiàn)代等國(guó)際主流燃料電池車企都已更新?lián)Q代離心式空壓機(jī)，被認(rèn)為是今后汽車行業(yè)發(fā)展主流方向。

　　國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)布局離心式空壓機(jī)，一部分采用增速方式，這種方式依然存在噪聲大、含油、能耗高等問(wèn)題，而空氣軸承式則可以徹底杜絕含油問(wèn)題，在未來(lái)更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；另一部分布局空氣軸承空壓機(jī)企業(yè)，因?yàn)樘幱诎l(fā)展初期，大多在最為關(guān)鍵的空氣軸承、高速電機(jī)、控制器等核心部件或多或少依賴外部采購(gòu)。這讓掌握核心部件技術(shù)的金士頓競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更加凸顯。

　　手握空氣軸承、高速永磁電機(jī)、控制器等三大核心技術(shù)部件“殺手锏”，同時(shí)自主設(shè)計(jì)葉輪，讓金士頓有實(shí)力為我們的客戶做到真正意義上的“量身定制”，這一點(diǎn)對(duì)于處于起步階段、產(chǎn)品工藝尚未完全定型的燃料電池系統(tǒng)企業(yè)而言，特別重要。

　　雖然通過(guò)多年努力已經(jīng)取得了一些收獲，但金士頓深知，從軸承單品生產(chǎn)商進(jìn)入到汽車零部件供應(yīng)商行列，對(duì)于金士頓來(lái)說(shuō)既是機(jī)會(huì)也是挑戰(zhàn)。

　　為了應(yīng)對(duì)汽車行業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求，金士頓正按照16949質(zhì)量管理體系快速推進(jìn)質(zhì)量管理體系和供應(yīng)商管理體系的升級(jí)，同時(shí)從生產(chǎn)各環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控，保證產(chǎn)品的品質(zhì)提升，力爭(zhēng)打造新能源汽車領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)品牌，助力我國(guó)氫燃料電池技術(shù)的推廣和普及，早日實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)完全市場(chǎng)化。

燃料電池羅茨式鼓風(fēng)機(jī)：燃料電池用空氣壓縮機(jī)（空壓機(jī)）發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)路線及代表廠商分析

　　燃料電池是一種將燃料和氧氣結(jié)合起來(lái)產(chǎn)生電力的電化學(xué)裝置。因?yàn)槠湓趯⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程中產(chǎn)生的大部分是水，有害氣體較少，因此對(duì)環(huán)境污染較小。同時(shí)它的能量轉(zhuǎn)換由于不經(jīng)過(guò)燃燒，理論上轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90%以上，實(shí)際可達(dá)到60%。燃料電池沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件，因此也不會(huì)產(chǎn)生噪音。燃料電池系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)的適應(yīng)能力也比火力發(fā)電強(qiáng)，燃料電池發(fā)電處理變動(dòng)率可達(dá)每分鐘66%，調(diào)節(jié)范圍教大，應(yīng)答速度快，運(yùn)行平穩(wěn)。

　　燃料電池汽車八大核心部件構(gòu)成

　　資料來(lái)源：公開(kāi)資料

　　燃料電池系統(tǒng)主要由燃料電池堆、空氣循環(huán)系統(tǒng)、供氫系統(tǒng)、水/熱管理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)這五大系統(tǒng)構(gòu)成。而空壓機(jī)則是空氣循環(huán)系統(tǒng)中的重要組成部分，燃料電池用的氧氣基本來(lái)源于空氣，而空氣則需要鼓風(fēng)機(jī)（低壓燃料電池）或空壓機(jī)（高壓燃料電池）將空氣泵入燃料電池堆。同時(shí)空壓機(jī)還能利用消耗了部分氧氣排出反應(yīng)堆的輸入氣體轉(zhuǎn)化的機(jī)械能，從而節(jié)省電能。

　　燃料電池整車成本構(gòu)成

　　資料來(lái)源：立鼎產(chǎn)業(yè)研究中心

　　燃料電池系統(tǒng)成本構(gòu)成

　　資料來(lái)源：立鼎產(chǎn)業(yè)研究中心

　　立鼎產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2020年版全球及中國(guó)空壓機(jī)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢(shì)研究報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，目前燃料 電池的成本中占比最大的是燃料電池堆，占到總成本的61%，其次就是空氣循環(huán)系統(tǒng)，占到總成本的15%。而空壓機(jī)則是空氣循環(huán)系統(tǒng)中極為重要的組件之一，降低空壓機(jī)的成本可以在一定程度上降低空氣循環(huán)系統(tǒng)在燃料電池總成本中的比例，從而降低燃料電池總成本。

　　燃料電池汽車五大系統(tǒng)構(gòu)成

　　資料來(lái)源：立鼎產(chǎn)業(yè)研究中心

　　燃料電池進(jìn)氣工作示意圖

　　來(lái)源：豐田Mirai

　　燃料電池空壓機(jī)通過(guò)對(duì)進(jìn)堆空氣進(jìn)行增壓，可以提高燃料電池系統(tǒng)的效率和緊湊性。為使燃料電池保持良好的工作特性和工作效率，適用于燃料電池的空壓機(jī)還需要滿足以下幾點(diǎn)特性：

　　無(wú)油且有一定濕度：傳統(tǒng)壓縮機(jī)中往往使用潤(rùn)滑油，但潤(rùn)滑油會(huì)污染電堆內(nèi)芯，使電堆中毒降低反應(yīng)活度。

　　較高能量轉(zhuǎn)換率：空壓機(jī)的效率會(huì)直接影響燃料電池的效率。高效的空壓機(jī)可以有效提高燃料電池的效率。

　　動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力高：空壓機(jī)可以隨著需求功率變化及時(shí)調(diào)整輸出功率。

　　低噪聲：空壓機(jī)的噪聲是燃料電池噪聲的主要來(lái)源，因此需要盡可能減小空壓機(jī)的噪聲。

　　小型化且低成本：空壓機(jī)的體積、質(zhì)量和成本大大影響整個(gè)燃料電池的體積、質(zhì)量和成本，小型化且低成本的空壓機(jī)有利于未來(lái)燃料電池的發(fā)展，從而推動(dòng)燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化。

　　盡管國(guó)內(nèi)目前空壓機(jī)種類繁多，但缺少效率高而且能夠?yàn)槿剂想姵靥峁┣鍧崯o(wú)油氣體的空壓機(jī)，其中阻礙適用燃料電池的空壓機(jī)發(fā)展的最主要因素之一就是需要保證壓縮氣體絕對(duì)無(wú)油。由于燃料電池需要絕對(duì)無(wú)油的空氣這一特點(diǎn)，傳統(tǒng)的空氣壓縮機(jī)并不能用于燃料電池系統(tǒng)，因此需要開(kāi)發(fā)燃料電池專用的無(wú)油壓縮機(jī)。

　　目前燃料電池系統(tǒng)使用的空壓機(jī)類型主要有離心式、渦旋式、螺桿式。離心式壓縮機(jī)效率較高，響應(yīng)較快；渦旋式壓縮機(jī)效率也較高，噪聲低，質(zhì)量輕；螺桿式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單較為可靠，都具有較好的發(fā)展前景。目前代表性車企使用的以離心式和羅茨式為主，其中離心式業(yè)界評(píng)價(jià)較高。

　　目前代表性燃料電池車企使用的空壓機(jī)類型

　　來(lái)源：公開(kāi)資料i

　　離心式壓縮機(jī)在功率密度、效率、噪聲等方面具有最好的綜合效果，被業(yè)界認(rèn)為是較有前途的燃料電池空氣增壓方式之一。豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)目前是搭配的六葉螺桿羅茨式空壓機(jī)，由豐田自動(dòng)織機(jī)公司開(kāi)發(fā)。從目前國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展方向來(lái)看，離心式和羅茨式空氣壓縮機(jī)或?qū)⑹墙窈笾髁鞯陌l(fā)展方向。同時(shí)，隨著燃料電池系統(tǒng)對(duì)空氣供應(yīng)系統(tǒng)性能要求的提高，離心式空壓機(jī)與渦輪匹配工作也將成為燃料電池用空壓機(jī)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。

　　燃料電池空壓機(jī)技術(shù)路線對(duì)比

　　來(lái)源：公開(kāi)資料i

燃料電池羅茨式鼓風(fēng)機(jī)：生動(dòng)盤點(diǎn)丨19張動(dòng)圖帶你走進(jìn)燃料電池用各類空壓機(jī)

　　導(dǎo)讀：如果燃料電池堆是燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的“大心臟”，那么空壓機(jī)就是強(qiáng)勁的“肺”，燃料電池系統(tǒng)的高性能輸出需要強(qiáng)大的“心-肺功能”。可以這樣形容，目前空壓機(jī)是國(guó)內(nèi)除了燃料電池堆以外最為核心的關(guān)鍵零部件。燃料電池空壓機(jī)可分為離心式、羅茨式、螺桿式、渦旋式、活塞式和滑片式等。本推送幫助讀者從動(dòng)圖直觀理解燃料電池用各類空壓機(jī)結(jié)構(gòu)。

　　主要燃料電池汽車廠商空壓機(jī)類型對(duì)比

　　全球各大燃料電池汽車生產(chǎn)商為空氣供應(yīng)系統(tǒng)選擇的空壓機(jī)類型也不盡相同。比如豐田2002款FCHV和2008款FCHV-adv燃料電池汽車搭載了渦旋式空壓機(jī)，Mirai燃料電池汽車搭載六葉螺旋羅茨式空壓機(jī)。本田公司Clarity燃料電池汽車用兩級(jí)電動(dòng)離心式空壓機(jī)取代了螺桿式空壓機(jī)。戴姆勒旗下最新GLC F-Cell燃料電池汽車采用離心式空壓機(jī)，而在前幾代中，A-class采取螺桿式空壓機(jī)和膨脹機(jī)結(jié)合的形式，B-Class和F-Class采用螺桿式空壓機(jī)。

　　各類空壓機(jī)對(duì)比

　　雖然燃料電池用空壓機(jī)的設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)增壓器相似，但兩者在使用環(huán)境、工作范圍和要求上有著較大差別。燃料電池用空壓機(jī)需要滿足無(wú)油、低噪聲、低成本、小型化、工作范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)。某種程度上，燃料電池用空壓機(jī)代表了空氣壓縮機(jī)行業(yè)的最高水平，涉及到空氣動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械、電子、材料、電控和NVH等眾多學(xué)科。上表為幾種燃料電池用空壓機(jī)的簡(jiǎn)單對(duì)比。可以發(fā)現(xiàn)，各型空壓機(jī)均有其特有的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，離心式空壓機(jī)綜合評(píng)分最高。下面將從離心式空壓機(jī)開(kāi)始，依次從動(dòng)圖出發(fā)介紹各型空壓機(jī)。

　　1. 離心式空壓機(jī)

　　離心式空壓機(jī)在功率密度、效率和噪聲等方面具有最好的總體效果，被視為未來(lái)最有前途的空氣壓縮方式之一。主要工作原理為通過(guò)葉輪對(duì)氣體做功，在葉輪和擴(kuò)壓器的流道內(nèi)，利用離心升壓作用和降速擴(kuò)壓作用，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能。拒相關(guān)資料顯示，從目前國(guó)內(nèi)外燃料電池空壓機(jī)的開(kāi)發(fā)方向來(lái)看，離心式空壓機(jī)將是今后的主流方向。目前，本田公司旗下Clarity和現(xiàn)代公司旗下ix35燃料電池汽車使用的正是離心式空壓機(jī)。注意，本田公司旗下Clarity燃料電池汽車采用的是兩級(jí)電動(dòng)增壓方式。

　　離心式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖一

　　離心式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖二

　　離心式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖三

　　離心式空壓機(jī)葉輪

　　本田Clarity燃料電池兩級(jí)電動(dòng)增壓

　　離心空壓機(jī)也有一些缺點(diǎn)，比如不適合氣體流量太小及壓比過(guò)高的場(chǎng)合，工作區(qū)較窄，經(jīng)濟(jì)性較差，效率較低等。如下圖所示，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)匹配空壓機(jī)往往工作在中等流量范圍，工作范圍較大；燃料電池用空壓機(jī)工作范圍窄且靠近喘振邊界。據(jù)相關(guān)資料顯示，離心式空壓機(jī)與渦輪機(jī)的搭配可能成為燃料電池用空壓機(jī)未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，比如博格華納(BorgWarner)開(kāi)發(fā)的FCAS渦輪增壓空壓機(jī)。

　　傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)與燃料電池用空壓機(jī)工作范圍對(duì)比

　　博格華納渦輪增壓空壓機(jī)

　　2. 螺桿式空壓機(jī)

　　螺桿式空壓機(jī)可分為單螺桿式和雙螺桿式。螺桿式空壓機(jī)在汽缸內(nèi)裝有一對(duì)互相嚙合的螺旋形陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子，兩轉(zhuǎn)子都有幾個(gè)凹形齒，兩者互相反向旋轉(zhuǎn)。主轉(zhuǎn)子又稱陽(yáng)轉(zhuǎn)子或凸轉(zhuǎn)子，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，另一轉(zhuǎn)子稱陰轉(zhuǎn)子或凹轉(zhuǎn)子，由主轉(zhuǎn)子端和凹轉(zhuǎn)子端的同步齒輪驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)過(guò)程中理論上沒(méi)有金屬接觸。通用汽車和戴姆勒旗下燃料電池汽車層搭載過(guò)螺桿式空壓機(jī)。

　　單螺桿式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖

　　雙螺桿式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖一

　　雙螺桿式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖二

　　雙螺桿式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖三

　　注意，戴姆勒旗下燃料電池汽車GLC F-CELL已經(jīng)用電動(dòng)增壓器(離心式)取代了傳統(tǒng)的螺桿式壓縮機(jī)。

　　3. 羅茨式空壓機(jī)

　　羅茨式空壓機(jī)屬于容積回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，這種壓縮機(jī)靠轉(zhuǎn)子軸端的同步齒輪使兩轉(zhuǎn)子保持嚙合。轉(zhuǎn)子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積，在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過(guò)程找那個(gè)從吸氣口帶走氣體，當(dāng)移到排氣口附件與排氣口相連通的瞬時(shí)間，因有較高壓力的氣體回流，此時(shí)工作容積中的壓力突然升高，然后將氣體輸送到排氣通道。兩轉(zhuǎn)子互不接觸，靠嚴(yán)密控制的間隙實(shí)現(xiàn)密封，故排出的氣體不受潤(rùn)滑油污染。

　　羅茨式空壓機(jī)葉輪形狀

　　羅茨式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖一

　　羅茨式空壓機(jī)工作原理分解

　　羅茨式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖二

　　豐田公司旗下Mirai燃料電池汽車搭載了全新開(kāi)發(fā)的六葉螺旋羅茨式空壓機(jī)。與傳統(tǒng)羅茨式空壓機(jī)中葉輪與軸向平行不同，豐田紡織開(kāi)發(fā)的羅茨式空壓機(jī)，葉輪呈現(xiàn)螺旋形狀。上汽集團(tuán)開(kāi)發(fā)的燃料電池汽車也層搭載過(guò)羅茨式空壓機(jī)。羅茨式空壓機(jī)的優(yōu)勢(shì)主要有：轉(zhuǎn)速較低，不必使用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空氣軸承；高效運(yùn)行區(qū)較寬；技術(shù)相對(duì)成熟。

　　Mirai六葉螺旋羅茨式空壓機(jī)

　　4. 渦旋式空壓機(jī)

　　渦旋式空壓機(jī)由一個(gè)固定的漸開(kāi)線渦旋盤和一個(gè)呈偏心回旋平動(dòng)的漸開(kāi)線運(yùn)動(dòng)渦旋盤組成的可壓縮容積壓縮機(jī)，由兩個(gè)雙函數(shù)方程型線的動(dòng)、靜渦盤相互咬合而成。在吸氣、壓縮、排氣工作過(guò)程中，靜盤固定在機(jī)架上，動(dòng)盤由偏心軸驅(qū)動(dòng)并由防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制約，圍繞靜盤基圓中心，作很小半徑的平面轉(zhuǎn)動(dòng)。氣體通過(guò)空氣濾芯吸入靜盤的外圍，隨著偏心軸的旋轉(zhuǎn)，氣體在動(dòng)靜盤噬合所組成的若干個(gè)月牙形壓縮腔內(nèi)被逐步壓縮，然后由靜盤中心部件的軸向孔連續(xù)排出。

　　渦旋式空壓機(jī)轉(zhuǎn)子

　　渦旋式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖一

　　渦旋式空壓機(jī)工作原理動(dòng)態(tài)圖二

　　豐田公司在2002版FCHV和2008版FCHV-adv燃料電池汽車上均曾搭載了渦旋式空壓機(jī)。

　　5. 往復(fù)式空壓機(jī)

　　往復(fù)式空壓機(jī)通過(guò)氣缸內(nèi)活塞或隔膜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)使剛體容積周期變化并實(shí)現(xiàn)氣體增壓和輸送，屬于容積型空壓機(jī)。根據(jù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件分為活塞式和隔膜式空壓機(jī)。

　　活塞式空壓機(jī)動(dòng)態(tài)圖一

　　優(yōu)點(diǎn)：1.熱效率高、單位耗電量少；2.加工方便，對(duì)材料要求低，造價(jià)低廉；3.裝置簡(jiǎn)單；4.設(shè)計(jì)、生產(chǎn)早，制造技術(shù)成熟；5.應(yīng)用范圍廣。

　　缺點(diǎn)：1.運(yùn)動(dòng)部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修工作量大；2.轉(zhuǎn)速受限制；3.活塞環(huán)的磨損、氣缸的磨損、皮帶的傳動(dòng)方式使效率下降很快；4.噪音大；5.控制系統(tǒng)的落后，不適應(yīng)連鎖控制和無(wú)人值守的需要。

燃料電池羅茨式鼓風(fēng)機(jī)：許思傳：車用燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

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　　2020年9月23日，“2020中國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展高峰論壇暨車企與動(dòng)力電池企業(yè)技術(shù)交流會(huì)”在張家港盛大召開(kāi)。本屆會(huì)議由電動(dòng)汽車資源網(wǎng)攜同江蘇天鵬電源有限公司聯(lián)合張家港市發(fā)展和改革委員會(huì)、張家港市科技局共同舉辦，來(lái)自政府主管部門、行業(yè)權(quán)威專家學(xué)者、新能源整車企業(yè)、動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)等，共計(jì)600余業(yè)界精英齊聚一堂。同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心教授、博士生導(dǎo)師許思傳做重要演講，許思傳教授的演講主題為“車用燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)”。

　　同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心教授、博士生導(dǎo)師許思傳

　　以下是電動(dòng)汽車資源網(wǎng)整理許思傳教授演講內(nèi)容如下：

　　各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家上午好！今天很高興有機(jī)會(huì)跟在座的各位專家和領(lǐng)導(dǎo)探討燃料電池系統(tǒng)當(dāng)中的有關(guān)問(wèn)題，今天我也很高興主持人給我這樣的機(jī)會(huì)，在這樣一個(gè)動(dòng)力電池的論壇上，讓我介紹燃料電池的情況。其實(shí)與剛剛陳老師還有趙部長(zhǎng)介紹的一樣，燃料電池汽車是我們國(guó)家新能源汽車當(dāng)中的一種主要的形式，我代表我們同濟(jì)大學(xué)新能源汽車工程中心，也是國(guó)家燃料電池汽車及動(dòng)力系統(tǒng)工程中心做一個(gè)介紹，我大概分幾個(gè)部分向各位專家做一下介紹。

　　關(guān)于全球的挑戰(zhàn)，大家都比較清楚，我們簡(jiǎn)單地過(guò)一下。大家知道，目前交通的模式，主要是依賴于傳統(tǒng)的汽車，應(yīng)該說(shuō)無(wú)論是從能源和環(huán)保這兩個(gè)方面都不具有可持續(xù)性，這里面我想說(shuō)關(guān)于能源的問(wèn)題，我們國(guó)家的石油依存度逐年增加，特別是石油車的保有量增加，對(duì)于石油的需求會(huì)越來(lái)越大，而且我們石油進(jìn)口對(duì)外的依存度達(dá)到了60%。

　　那么對(duì)于這種能源的情況，環(huán)境污染也對(duì)我們國(guó)家造成了極大的挑戰(zhàn)，我們大家知道對(duì)于二氧化碳的排放，在杭州G20峰會(huì)上遞交了我們的承諾，低碳化一定是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于汽車而言，還有二氧化碳的排放，消耗能源是很重要的一個(gè)原因。

　　基于這樣的情況，未來(lái)汽車的發(fā)展，我們認(rèn)為是能源的多樣化。對(duì)于能源多樣化而言，電動(dòng)汽車或者說(shuō)汽車的電氣化一定是今后的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。這里面我想說(shuō)，可以從兩個(gè)方面來(lái)講，第一個(gè)方面我們說(shuō)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)化，我們知道采用了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)化以后，自動(dòng)回饋，使驅(qū)動(dòng)效率得到了很大的提高。右邊的表格當(dāng)中典型城市行駛工況牽引與制動(dòng)能量消耗，采用驅(qū)動(dòng)電動(dòng)化才可以把制動(dòng)的能量進(jìn)行回收，提高效率。

　　那么第二個(gè)方面就是能源的多元化，大家知道，由于我們國(guó)家對(duì)外石油資源的依存度越來(lái)越高，所以國(guó)家的能源安全就越來(lái)越重要，保證我們國(guó)家的能源安全，最有效的方法就是能源的多元化。那么對(duì)于能源多元化來(lái)說(shuō)，對(duì)汽車工業(yè)一定要找到一個(gè)中間的載體，中間的能源，這樣對(duì)于汽車工業(yè)的發(fā)展就會(huì)至關(guān)重要，目前比較理想的中間的載體一個(gè)就是電，第二個(gè)就是氫氣，所以目前的純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車成為國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相發(fā)展的重點(diǎn)。

　　今天的主要是動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車，我這里做了一個(gè)比較，這個(gè)觀點(diǎn)應(yīng)該說(shuō)得到了比較大多數(shù)的專家的認(rèn)可，就是說(shuō)未來(lái)的新能源汽車主要是純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車兩種。一般來(lái)說(shuō)在里程比較短的情況下，采用純電動(dòng)汽車比較多，而在行駛里程比較長(zhǎng)采用燃料汽車比較多，這個(gè)表格也給出了各種主要的新能源汽車二氧化碳排放的情況。從這個(gè)表格當(dāng)中我們可以看出，無(wú)論是純電動(dòng)汽車，還是燃料電池汽車都會(huì)極大降低二氧化碳的排放，這是第一個(gè)方面，由于前面兩位嘉賓都做了詳細(xì)的介紹，我就簡(jiǎn)單概括。

　　第二個(gè)方面我們介紹一下燃料電池汽車，做一下燃料電池汽車的簡(jiǎn)介，今天在座有很多的企業(yè)家，我介紹一下燃料電池汽車的有關(guān)方面，希望引起各位企業(yè)家、各位領(lǐng)導(dǎo)的重視，加大燃料電池汽車方面的投入。燃料電池汽車最基本的或者是核心的部分，我們叫它燃料電池系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)我們也稱之為燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，它和動(dòng)力電池的最大不同就是利用了氫氧反應(yīng)產(chǎn)生電，這個(gè)方面來(lái)說(shuō)類似于我們傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，不是一個(gè)電池，是一個(gè)發(fā)電的裝置。燃料電池汽車比較有代表性的事例，豐田的Mirai(參數(shù)|圖片)在2020年12月15日在日本上市，無(wú)論是價(jià)格和性能都在國(guó)內(nèi)外引起了強(qiáng)烈的反響。這是一個(gè)比較典型的例子。

　　緊接著在2020年的3月份，本田發(fā)布了他的FCV(參數(shù)|圖片) Clarity(參數(shù)|圖片)汽車，這個(gè)基本和豐田的類似，各種指標(biāo)某一些方面甚至超過(guò)了豐田的指標(biāo)，其實(shí)本田的汽車應(yīng)該說(shuō)是最早實(shí)現(xiàn)，大概在2007年豐田的第一代汽車以租賃的方式供用戶進(jìn)行駕駛。第三個(gè)就是現(xiàn)代ix35(參數(shù)|圖片)，韓國(guó)現(xiàn)代起步比較晚，應(yīng)該說(shuō)跟我們國(guó)家基本上類似，大概大量的投入也是在2000年左右，但是現(xiàn)在的汽車發(fā)展的比我們國(guó)家快很多，應(yīng)該說(shuō)現(xiàn)代汽車應(yīng)該比豐田發(fā)布還要早，豐田是2020年的12月份，現(xiàn)代是2020年的4月份已經(jīng)正式開(kāi)始銷售。

　　我們做的工作，主要是在同濟(jì)大學(xué)期間完成的，2000年開(kāi)始研究燃料汽車，最早做的超越一號(hào)，超越二號(hào)，超越三號(hào)，后來(lái)跟有關(guān)的汽車廠研究了一些轎車，2008年的奧運(yùn)會(huì)，總共給上海大眾生產(chǎn)了24輛的轎車，在這以后又在美國(guó)的加州進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)半年的試行。第二個(gè)事件是上海的世博會(huì)，我們跟有關(guān)的整車廠，一汽、上汽、奇瑞等等，推出了90輛的燃料電池汽車，推出了100輛的燃料電池場(chǎng)館車，所以總共是193輛的燃料電池汽車在上海世博會(huì)上進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)半年的運(yùn)行。這是燃料電池整個(gè)汽車的情況。

　　今天我重點(diǎn)介紹一下燃料電池系統(tǒng)，特別是燃料電池系統(tǒng)當(dāng)中的關(guān)鍵的部件和系統(tǒng)當(dāng)中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。剛剛趙總也提到，我們國(guó)家燃料電池技術(shù)在關(guān)鍵部件、關(guān)鍵材料和國(guó)外的差距還是比較大的。這有一個(gè)示意圖，最主要的部件就是燃料的電堆，為了使它正常的工作，就要源源不斷地提供空氣，提供氫氣，所以我們需要一個(gè)氫氣的供應(yīng)體，所以我們就需要一個(gè)空氣的供應(yīng)體，另外我們說(shuō)燃料電池在工作的時(shí)候氫氧反應(yīng)生成水，這個(gè)水一方面有可能堵塞，另外一方面又起到濕潤(rùn)燃料電池電堆當(dāng)中的電解質(zhì)，也就是膜的作用。所以對(duì)電堆而言，既是必不可少的又有一定的危害，所以說(shuō)燃料電池的水熱管理系統(tǒng)，對(duì)電堆的冷卻，第二方面對(duì)產(chǎn)生水的回收和對(duì)氫氣對(duì)空氣的加濕，這個(gè)是燃料電池系統(tǒng)主要的一個(gè)原理。

　　這個(gè)表格是顯示的美國(guó)GOE統(tǒng)計(jì)的，目前燃料電池的系統(tǒng)主要的技術(shù)指標(biāo)和2020年的發(fā)展目標(biāo)，從這個(gè)表格當(dāng)中我們可以得到這么一個(gè)結(jié)論，目前在國(guó)際上，包括日本、美國(guó)、德國(guó)，燃料電池的技術(shù)已經(jīng)成熟，下一個(gè)階段，燃料電池的技術(shù)主要是集中在降低成本產(chǎn)業(yè)化的階段，這個(gè)表格當(dāng)中也可以看出來(lái)，燃料電池汽車跟傳統(tǒng)的汽車有突出的優(yōu)點(diǎn)，效率比較高，這里面目前的最高的效率已經(jīng)達(dá)到了60%，而2020年將會(huì)達(dá)到65%，我們大家知道對(duì)于傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)像豐田普銳斯(參數(shù)|圖片)發(fā)布的，效率達(dá)到的60%，這個(gè)在汽油車當(dāng)中已經(jīng)是最高了。所以說(shuō)燃料電池顯著的優(yōu)點(diǎn)可以看出來(lái)，這個(gè)是關(guān)于簡(jiǎn)介。

　　第三部分我介紹一下燃料系統(tǒng)當(dāng)中的一些關(guān)鍵的部件，這里面特別是希望能夠供有關(guān)的企業(yè)家們進(jìn)行參考。我們認(rèn)為燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，主要是有4個(gè)，第一個(gè)是電堆，我們說(shuō)燃料電池系統(tǒng)、燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)是燃料電動(dòng)汽車的心臟，而電堆又是燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵的一點(diǎn)，電堆我們說(shuō)就是把空氣系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)輸入的氫氣和空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電，這個(gè)是我們國(guó)內(nèi)外的一個(gè)主要的電堆，其中比較有名的就是豐田和本田他們最近發(fā)布的電堆，他這個(gè)電堆體積比功率已經(jīng)達(dá)到了每升3.1千瓦，我們國(guó)內(nèi)做的產(chǎn)品級(jí)的大概每升在1.2千瓦左右，實(shí)驗(yàn)室上做到每升2千瓦左右，所以能夠看出我們跟國(guó)外的差距還是比較大的。另外在這樣的一個(gè)關(guān)鍵部件當(dāng)中，又涉及到很多的關(guān)鍵材料，這里面主要是催化劑、膜、碳石、GDL（音），這幾個(gè)在我們國(guó)家基本來(lái)說(shuō)是空白的，或者是有一些個(gè)別的企業(yè)研發(fā)，產(chǎn)品的可靠性耐久性和國(guó)外的差距比較大，基本上在應(yīng)用當(dāng)中用的比較少，關(guān)鍵材料絕大部分是國(guó)外的產(chǎn)品，這也導(dǎo)致了我們國(guó)家燃料電池的成本要比國(guó)外高很多。

　　這個(gè)表格是給出了目前電堆在2020年達(dá)到了一個(gè)具體的狀態(tài)，美國(guó)DOE在2020年要達(dá)到的一個(gè)技術(shù)目標(biāo)。

　　第二個(gè)部件是氫氣循環(huán)系統(tǒng)，或者說(shuō)是氫氣循環(huán)泵。我們大家知道，燃料電池用的燃料是氫氣，那么氫氣的電堆為了提高它的化學(xué)反應(yīng)速度，我們希望增加氫氣在電堆當(dāng)中的濃度，增加它的壓力，所以說(shuō)我們就希望能夠在電堆當(dāng)中的氫氣循環(huán)起來(lái)，這里面會(huì)帶來(lái)很多的好處，這個(gè)好處一是可以提高功率密度，二是可以減輕補(bǔ)水，所以氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣循環(huán)泵是很關(guān)鍵的部件。目前對(duì)氫氣循環(huán)大概是有這么幾種情況，第一是不循環(huán)，這個(gè)是在我們國(guó)家十一五、十二五絕大部分的樣機(jī)采用，第二個(gè)是引射器，第三種氫氣循環(huán)泵，這個(gè)是主要的特點(diǎn)，今后應(yīng)該說(shuō)主要以氫氣循環(huán)泵為主，在個(gè)別的情況下對(duì)引射器和氫氣循環(huán)泵相結(jié)合。

　　第三個(gè)關(guān)鍵的部件是加濕器。剛剛已經(jīng)提到了電堆當(dāng)中的電解質(zhì)是一個(gè)質(zhì)子交換膜，在工作的時(shí)候這個(gè)膜要保持濕潤(rùn)狀態(tài)，一方面是供氫的質(zhì)子傳遞作用，另外一方面可以降低內(nèi)阻，保持電堆內(nèi)部的水動(dòng)態(tài)平衡，提高電堆性能和耐久性，這個(gè)部分就是加濕器。加濕器的發(fā)展經(jīng)歷了很多的過(guò)程。在以前有用寒冷法，有用噴水加濕，現(xiàn)在是利用排氣對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行加濕，目前在國(guó)內(nèi)這一塊基本是空白，主要是美國(guó)的公司、韓國(guó)的公司提供的產(chǎn)品當(dāng)中有。這個(gè)是我們說(shuō)給加濕器的具體要求。

　　下面一個(gè)關(guān)鍵的部件是空氣壓縮機(jī)，或者說(shuō)是我們叫它燃料電池的專用壓縮機(jī)，它的作用很簡(jiǎn)單，就是為電堆提供一定溫度、一定壓力、一定流量的空氣。我們國(guó)內(nèi)目前的壓縮機(jī)這個(gè)行業(yè)應(yīng)該說(shuō)是比較齊全的，為什么在燃料電池當(dāng)中不能應(yīng)用呢？燃料電池有一個(gè)特殊的要求，就是要無(wú)油，也就是說(shuō)空氣當(dāng)中的油不允許存在，這樣的話目前的傳統(tǒng)壓縮機(jī)不能用在燃料電池系統(tǒng)當(dāng)中，所以說(shuō)我們就要開(kāi)發(fā)燃料電池專用的無(wú)油壓縮機(jī)。那么這個(gè)圖是目前我們做的，所謂的無(wú)油潤(rùn)滑的高速壓縮機(jī)，為了車用我們說(shuō)燃料電池的壓縮機(jī)一定要體積小、重量輕，所以為了滿足這樣的要求，我們采用離心式的壓縮機(jī)，軸承采用空氣軸承，而電機(jī)采用高短速，短速達(dá)到10萬(wàn)轉(zhuǎn)，國(guó)內(nèi)上基本是10萬(wàn)-15萬(wàn)轉(zhuǎn)之間，這個(gè)燃料電池專用壓縮機(jī)在國(guó)內(nèi)僅僅有個(gè)別的廠家在研發(fā)，實(shí)際上跟國(guó)外的差距還是比較大的。

　　這張圖是給出了目前主流燃料當(dāng)中汽車當(dāng)中采用的壓縮機(jī)的主要的形式，從這里面可以看到，除了豐田他用的是羅茨式的其他都是離心式，當(dāng)然現(xiàn)在也有鼓風(fēng)機(jī)是采用的低壓式的，豐田為什么采用羅茨式的壓縮機(jī)呢？大家知道豐田原來(lái)是豐田紡織，這個(gè)里面他的羅茨壓縮機(jī)在紡織上有大量的應(yīng)用，所以豐田積累了大量的技術(shù)，他把這個(gè)技術(shù)移植到這個(gè)當(dāng)中。但是采用這樣的壓縮機(jī)也帶來(lái)一定的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題就是有油潤(rùn)滑，盡管密封做的很好，但是有少量的油有可能漏到里面去，特別是隨著使用的時(shí)間越長(zhǎng)，漏油情況越嚴(yán)重，所以說(shuō)豐田也正在跟有關(guān)的零部件供應(yīng)商在合作開(kāi)發(fā)，所以基于這個(gè)方面，我們認(rèn)為還是利用離心式空氣軸承式的高速壓縮機(jī)是比較適合。這個(gè)是對(duì)空氣壓縮機(jī)的技術(shù)要求。

　　燃料電池剛剛提到4個(gè)技術(shù)，第一個(gè)是水熱管理技術(shù)，燃料電池當(dāng)中電解質(zhì)質(zhì)子交換膜在工作的時(shí)候需要保持濕潤(rùn)的狀態(tài)，否則這個(gè)氫離子的傳遞會(huì)很難傳遞，另外一方面電內(nèi)阻會(huì)增大，另外一方面氫氧反應(yīng)在生成水，如果管理不當(dāng)?shù)那闆r下會(huì)把這個(gè)流道堵住，所以阻止氧氣和氫離子的進(jìn)入，所以功率會(huì)下降。水熱管理的目標(biāo)就是保證這個(gè)膜濕潤(rùn)，從此就防止了在陰極和陽(yáng)極堵水的可能。豐田在發(fā)布Mirai最近的這個(gè)車當(dāng)中，應(yīng)該說(shuō)它的核心的關(guān)鍵技術(shù)就是在它的水管理當(dāng)中做的工作，這個(gè)工作應(yīng)該發(fā)布以后引起了各大車廠的轟動(dòng)，他把水管理做到極致，具體來(lái)講他把加濕器取消掉了，原來(lái)空氣系統(tǒng)進(jìn)行加濕，他把這個(gè)取消，豐田的這個(gè)目的是為了降低成本，沒(méi)有這個(gè)加濕器了，他的成本會(huì)大大下降，他是怎么做到的呢？應(yīng)該說(shuō)采用了幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)，一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是他把這個(gè)膜做的很好，原來(lái)的是在20個(gè)微米以上，而豐田的這個(gè)膜采用了10個(gè)微米，那么這個(gè)膜變薄了以后就有利于陰極向陽(yáng)極的水傳遞，和陽(yáng)極向陰極的水傳遞，這個(gè)是第一個(gè)措施。第二個(gè)措施是空氣和氫氣采用逆流的方式，流動(dòng)正好是相反，第三個(gè)措施就是把這個(gè)熱管理控制在空氣入口這邊，溫度比較低，出口的溫度比較高，這樣在溫度比較低的時(shí)候，由于空氣不加濕，溫度比較低，隨著蒸發(fā)量的下降，膜就不容易變干，這是第三個(gè)。第四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是氫氣采用很大的循環(huán)量進(jìn)行循環(huán)，做了這樣的技術(shù)就實(shí)現(xiàn)了所謂的自增濕的技術(shù)，怎么實(shí)現(xiàn)的呢？我可以簡(jiǎn)單說(shuō)一下。

　　先看空氣這一側(cè)，開(kāi)始的時(shí)候他沒(méi)有水，但是隨著反應(yīng)進(jìn)行在空氣出口的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的水，這個(gè)時(shí)候因?yàn)檫@邊的濃度比較高，就會(huì)從空氣側(cè)向氫氣側(cè)傳遞，這個(gè)時(shí)候我們說(shuō)氫氣在流動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中把水分從入口帶到出口，由于空氣這一側(cè)濃度比較低，所以說(shuō)又從陽(yáng)極向陰極傳遞，就實(shí)現(xiàn)了所謂的自增濕的情況，這個(gè)是豐田在這一輪當(dāng)中的過(guò)程，另外一方面系統(tǒng)大大的簡(jiǎn)化，成本降低，所以說(shuō)號(hào)稱這個(gè)車賣700萬(wàn)日元。另外一個(gè)降低成本的技術(shù)是原來(lái)的氫瓶是碳纖維，后來(lái)跟廠家合作，把碳纖維的要求降低，成本下降，氫瓶當(dāng)中碳纖維不要要求那么高，這個(gè)是豐田降低成本兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)。

　　第二個(gè)是低溫冷起動(dòng)，對(duì)于新能源汽車，即使是純電動(dòng)汽車，低溫起動(dòng)仍然是有挑戰(zhàn)性，動(dòng)力電池在低溫下的性能應(yīng)該是比常溫下要差很多，燃料電池也面臨著同樣的挑戰(zhàn)，他的挑戰(zhàn)是什么呢？我們說(shuō)對(duì)于燃料電池汽車來(lái)說(shuō)反應(yīng)的快，零下的時(shí)候水會(huì)結(jié)冰，如果結(jié)冰的量比較多的話，我們說(shuō)這個(gè)電解質(zhì)的這層膜很薄，10個(gè)微米，冰碴子會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。所以說(shuō)低溫起動(dòng)在燃料電池當(dāng)中有一個(gè)核心的關(guān)鍵技術(shù)，那么目前應(yīng)該說(shuō)豐田的Mirai、本田等等都實(shí)現(xiàn)了在零下30度的起動(dòng)，我們國(guó)內(nèi)的上汽通用做到了零下25度。這個(gè)是怎么做到的呢？主要是從這三個(gè)方面考慮，第一個(gè)方面是說(shuō)在停機(jī)的時(shí)候要想辦法把它產(chǎn)生的水分從陽(yáng)極和陰極排除掉，這樣減少了結(jié)冰的數(shù)量。第二個(gè)措施就是保溫，這樣的話減緩溫度降低的速率，第三個(gè)是起動(dòng)的時(shí)候加熱，它這個(gè)加熱應(yīng)該說(shuō)不是依賴于動(dòng)力電池的加熱，而是利用燃料電池本身的一個(gè)自加熱，也就是說(shuō)這個(gè)圖可能是比較專業(yè)，這個(gè)是工作圖，1.4-1.0的區(qū)間是產(chǎn)生熱，絕大部分的氫氣是變成了電，在低溫啟動(dòng)的一瞬間，通過(guò)控制的措施，在工作的這個(gè)點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候是大量的產(chǎn)生熱，而這個(gè)小量的產(chǎn)生電，產(chǎn)生這個(gè)電只要維持壓縮機(jī)和燃料電池系統(tǒng)自身工作需要的電就可以了，而大量的這個(gè)熱把電堆快速地從零下20度，零下30度加熱到零上就可以順利起動(dòng)，所以這樣的技術(shù)應(yīng)該說(shuō)在國(guó)外的主要的廠家都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在零下30度甚至可以做的更低，這一點(diǎn)應(yīng)該說(shuō)比動(dòng)力電池在低溫起動(dòng)上面解決的更好。去年我們到日本豐田進(jìn)行交流的時(shí)候，我們也問(wèn)他，為什么在燃料電池汽車當(dāng)中不采用鋰電池而是鎳鋅電池？他們說(shuō)鋰電池在低溫啟動(dòng)上沒(méi)有得到解決，而鎳鋅電池已經(jīng)得到了解決。

　　第三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)我們叫它系統(tǒng)的控制技術(shù)，燃料電池大家知道，它的耐久性是很關(guān)鍵的問(wèn)題，目前在國(guó)際的先進(jìn)水平上，在轎車上可以運(yùn)行20萬(wàn)公里，或者說(shuō)5000小時(shí)，功率衰減不超過(guò)10%，那么在客車上，可以做到1萬(wàn)個(gè)小時(shí)，這個(gè)耐久性是怎么做的呢？一方面在關(guān)鍵的材料，關(guān)鍵的部件，很大的一部分在控制，經(jīng)過(guò)大量的研究，影響燃料電池壽命的關(guān)鍵因素有這么幾個(gè)，動(dòng)態(tài)工況，起動(dòng)，連續(xù)怠速，低溫儲(chǔ)存和起動(dòng)，經(jīng)過(guò)這幾個(gè)影響耐久性的關(guān)鍵的因素，如何來(lái)對(duì)咱們的系統(tǒng)進(jìn)行控制是比較關(guān)鍵的問(wèn)題。

　　這個(gè)圖是我們中心基于耐久性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性考慮的一個(gè)控制策略圖，從起動(dòng)過(guò)程，運(yùn)行過(guò)程、故障改善做的。另外現(xiàn)在空氣控制系統(tǒng)都是中壓或者是高壓系統(tǒng)，我們要把空氣的供應(yīng)和壓力分別進(jìn)行控制，進(jìn)行壓力和流量的節(jié)流。另外就是這邊是氫氣供應(yīng)系統(tǒng)，這邊是空氣供應(yīng)系統(tǒng)，剛剛已經(jīng)提到了電解質(zhì)的膜很薄，豐田就10個(gè)微米，如何來(lái)保證這個(gè)空氣和氫氣它們之間的壓差？這個(gè)壓差如果大的話，會(huì)把這個(gè)膜去掉，我們目前要限制空氣這一側(cè)和氫氣這一側(cè)的壓差不超過(guò)0.5，這個(gè)我們就可以通過(guò)一個(gè)控制的方法來(lái)使得這個(gè)氫氣系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)隨動(dòng)，這個(gè)是比較關(guān)鍵的。

　　燃料電池汽車的發(fā)展趨勢(shì)

　　最后簡(jiǎn)單提一提今后燃料電池的發(fā)展方向。我們認(rèn)為未來(lái)主要的做的工作是壽命、成本、可靠性這幾個(gè)方面需要做大量的工作。這個(gè)是我們國(guó)家在十三五燃料電池的支持，燃料電池去年已經(jīng)支持了一個(gè)比較大的項(xiàng)目，一個(gè)是關(guān)于電堆，一個(gè)是關(guān)于材料，還有一個(gè)今年要起動(dòng)的對(duì)于燃料電池系統(tǒng)方面的支持，現(xiàn)在本來(lái)已經(jīng)發(fā)布，預(yù)計(jì)在今年的11月份，12月份馬上就可以起動(dòng)。

　　好，謝謝大家！

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