概述了车用燃料电池空压机的类型和基本特点，并进一步探讨了燃料电池空压机的现状和发展趋势。

引言

近年来，在能源经济危机和环境进行保护的双重压力下，由于对高效清洁能源的需求，燃料电池信息技术得到了中国迅速提高发展。燃料电池企业技术研究具有燃料多样化、排放清洁、噪声低、环境造成污染小、可靠性和可维护性好等优点。它被认为是一种方法具有一个巨大社会发展应用前景的新型国家能源，其中被认为是世界各国高科技领域的重点建设工程。

新能源燃料电池系统在燃料电池电动汽车的工作中起着至关重要的作用，该系统的运行离不开空压机提供的压缩空气。空气压缩机的性能直接影响到整个燃料电池系统的压缩比、效率、噪声等重要性能指标。

1 燃料电池空压机介绍

1.1 空压机种类

目前，车用氢燃料电池用空气压缩机主要有离心式、螺杆式、罗茨式和涡旋式等。

离心式空压机具有转速高、体积小、重量轻等特点，但存在喘振现象。在变工况下，压缩机的性能会变差，甚至影响压缩机的使用和寿命安全。

螺杆是机械增压的一种，在变化的工况下性能几乎不变，效率高，可靠性高，但噪音大，重量大。

罗茨式因压力值达不到氢燃料动力电池管理工作的**学习效率点，且振动系统噪声大、效率低。

同时，由于无油涡旋空气压缩机的密封方式为聚四氟乙烯密封条结构，密封条磨损严重，使用寿命短，可靠性差。

1.2 基本特性

在空气压缩机的工作过程中，效率和进出压比是重要的性能指标。当用于燃料电池时，空气压缩机需要具备以下特性：

（1）无油。润滑膜覆盖在质子交换膜和催化剂上，使氢气和氧气与电化学反应绝缘。

（2） 小型化和轻量化。汽车内部空间有限，为了提高空气压缩机的压缩能力，通过增加体积或增加轴承速度来使高速小型化是大势所趋。

（3）低噪声。目前我国国内研究很多企业车辆的噪声较大和空压机密切结合相关，噪声源主要原因来自于空气与管道系统之间的摩擦问题以及空压机高机械转动的声音及转动的声音。

（4）动态响应快。

从目前的市场情况来看，有抱负的主机厂面临的**问题是降低成本，考虑到开发成本、市场规模和管理等综合因素，离心空气压缩机成本**，但由于其结构紧、体积***小、物理结构的决定，在未来大容量条件下，其成本降低空间**。

（6） 材料要求高。为了达到压缩机低成本、低噪声和耐久性的目的，有必要为压缩机的关键部件研制低成本、稳定的摩擦磨损涂层和材料。

根据燃料电池的进气压力，燃料电池可分为低压（30kpa）、中压（60ー100kpa）和高压（150ー300kpa）。低压燃料电池一般用于通信电源、备用电源、无人机等。中压燃料电池通常用于公共汽车、后勤车辆等。

由于不同燃料电池系统的性能要求不同，选择时应考虑浪涌线距离、过载工况裕量、环境温度、电源电压、预充电、通信、噪声和冷却等因素。目前常用的空气压缩机有三种:离心式、罗茨式和螺杆式。

另一重要方面，对于氢燃料电池企业来说，由于质子交换膜需要我们保持一个良好的工作特性，这就要求供气系统服务供给燃料电池堆的压缩空气必须具有绝对干净，因此，对空压机技术发展要求学生十分高。

燃料电池空压机的现状及发展趋势

离心空气压缩机通过旋转叶轮对气体起作用，在叶轮和膨胀器流道中，机械工作通过离心增压和降压放大转化为气体内部能量。由于其结构紧凑、响应灵敏、寿命长、效率高，是****的提升方式之一。表1显示了***近开发的燃料电池系统中使用的空气压缩机类型。

表1***近开发的燃料电池系统中使用的空气压缩机类型

随着我国国内氢燃料电池进行汽车企业市场的逐步发展扩大，围绕燃料电池的核心零部件也在加快国产化的步伐。从目前中国国内的氢燃料电池管理市场情况来看，螺杆式空压机所占市场价值份额相对较多，但现在已经有越来越多的燃料电池和系统设计厂商已经开始通过采用离心式空压机替换。

对于一些燃料电池制造商来说，国产空气压缩机在可靠性和使用寿命方面仍然存在缺陷，因此在实际装载方面，进口产品是主要的。

值得我们注意的是，离心式空压机在低流量时会导致发生喘振现象，这会大大发展影响其系统进行性能和空压机的使用网络寿命。

（5）控制系统响应迅速。车辆所需的动力相差很大，所以空气压缩机需要能够及时响应，控制气流。

目前发展来看，国产空压机的优势主要在于性价比和售后管理服务，在依赖中国进口产品核心部件中，空压机率先开始进行国产化的可能性存在很大，但要满足自己未来大批量生产需求，还需在可靠性和使用寿命上进行更深入地开发。

3燃料电池空气压缩机试验方法分析

燃料电池空气压缩机的一般性能测试项目包括: 随机振动、温度循环、温度冲击、盐雾、电磁兼容性、耐久性等。

（1）随机振动试验:模拟车辆在路面行驶时前后、上下、左右方向的颠簸状态，评估空压机的可靠性。振动试验主要由以下几个部分组成:

高压DC电源:向控制器提供额定电压；

冷却系统：向空压机及控制器发展提供具有一定社会压力的冷却水；

压缩空气系统：向空气压缩机提供无油、无水的清洁压缩空气：

振动系统：提供一定的频率，不同方向的振动加速度；

采集信息系统：采集空压机进、出口环境空气进行温度、内部控制温度、冷却水进水温度、进、出口影响空气质量压力、进水压力、出口空气流量；

控制器和软件:控制空气压缩机的速度和监控相关参数。

随机振动进行试验结果如图2所示，振动安装过程如图3所示，振动整体结构示意图如图4所示。

（2）温度周期测试：空气压缩机泰龙用于快速温度变化温度周期测试。评估螺纹内橡胶涂层的温度老化可靠性，如图 5 所示。

（3）温度冲击试验: 检查空气压缩机和控制器在温度急剧变化条件下的环境可靠性，如图6所示。

4 结束语

本文介绍了燃料电池空气压缩机的基本结构、现状及发展趋势、试验方法，供读者参考和借鉴。

一般来说，如何满足高效燃料电池系统中压缩空气压力和气体流量的连续调节，如何降低压缩过程中的功耗以保证可靠性，以及如何恢复燃料电池系统中的残余空气压力，提高整体性能。如何降低燃料电池供气系统的体积、质量和制造成本是今后的主要研究方向。

作者：辛强1，陈侠2

1.中国汽车零部件工业有限公司。

2.苏州中汽检测技术发展服务能力有限公司

来源：汽车燃料电池之家

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