【壓縮機網(wǎng)】項目簡(jiǎn)介

 

　　空氣壓縮機為燃料電池提供電化學(xué)反應所需要的氧氣。將空氣壓縮到一定壓力（通常在1.3~3.2bar范圍內），有助于提高電堆的功率密度，是燃料電池汽車(chē)降低成本、實(shí)現輕量化的重要技術(shù)手段。

 

　　為了滿(mǎn)足燃料電池最高功率，空氣壓縮機應保證足夠的流量，根據估算，100 kW的電堆功率大約需要300 Nm3·h-1的空氣。除了保證一定的壓力和流量外，燃料電池車(chē)用空氣壓縮機還需要滿(mǎn)足其他要求，包括壓縮氣體絕對無(wú)油，以防止催化劑中毒；壓縮效率高，減少壓縮氣體需要的額外能耗；能對啟停、加速、剎車(chē)、制冷、供熱等各種工況變化做出準確、快速響應，具有良好的工況適應性；在極端工況和氣候條件下，具有良好的可靠性和長(cháng)久的壽命，且維護簡(jiǎn)便；結構緊湊，體積小，重量輕。

 

　　對效率、可靠性、工況與環(huán)境的適應性、體積與重量等指標的綜合要求，特別是對壓縮氣體絕對無(wú)油的嚴格限制，使得燃料電池車(chē)用空氣壓縮機的產(chǎn)品研發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化存在不可忽視的技術(shù)挑戰。

 

　　關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢或創(chuàng )新性

 

　　為實(shí)現較高的能量轉換效率，燃料電池內部的化學(xué)反應對空氣的溫度、濕度、壓力和流量等參數均有著(zhù)嚴格的要求。但目前廣泛應用的工業(yè)壓縮機無(wú)法滿(mǎn)足燃料電池空氣供應系統的要求。

 

　　因此性能優(yōu)越且能與燃料電池系統進(jìn)行很好匹配的壓縮機的研究開(kāi)發(fā)，對燃料電池技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。本項目開(kāi)發(fā)了燃料電池專(zhuān)用的螺桿無(wú)油壓縮機，能完全滿(mǎn)足以下要求：

 

 

　?。?）無(wú)油。燃料電池反應堆中的質(zhì)子交換膜需要工作在無(wú)油條件下，否則將會(huì )引起質(zhì)子交換膜失效，因此需要作為氧化劑的壓縮空氣中不能含有任何油成分。這就限制了很多工業(yè)用空氣壓縮機在燃料電池空氣壓縮機中的應用，因為很多工業(yè)用空氣壓縮機中或是使用了供油軸承，或是使用了噴油方式對壓縮空氣進(jìn)行冷卻。

 

　?。?）高效。由于燃料電池反應堆和空氣壓縮機之間能量相互關(guān)系，相關(guān)研究表明，燃料電池發(fā)動(dòng)機輸出功率的20～30％被用于空氣壓縮機，使其成為了除驅動(dòng)電機之外最大的耗能單元，若壓縮機占用較多的輸出電能，必然會(huì )減少汽車(chē)的驅動(dòng)功率，從而影響整車(chē)性能。

 

　?。?）小型化和低成本?？諝鈮嚎s機會(huì )作為燃料電池發(fā)動(dòng)機的一部分被安裝到燃料電池電動(dòng)汽車(chē)上，在車(chē)載平臺上，過(guò)大的空氣壓縮機會(huì )占據了大量的空間，從而影響到乘員乘坐舒適性和可裝載貨物數量；較大質(zhì)量增加了整車(chē)慣性，會(huì )在很大程度上影響汽車(chē)的啟動(dòng)性能和制動(dòng)性能。不同輸出功率的燃料電池反應堆所需要的壓縮空氣質(zhì)量流量具有較大差別，50kw燃料電池反應堆需要最大空氣質(zhì)量流量為95g/s(4.5m3/min)，100kw燃料電池需要155g/s(7.3m3/min)的空氣流量，同時(shí)要求壓縮機體積在40L以?xún)?，質(zhì)量在30kg以下。

 

　?。?）低噪聲?？諝鈮嚎s機所產(chǎn)生的噪音是燃料電池系統最大的噪聲源之一，為提升整車(chē)運行過(guò)程中的舒適性，壓縮機的振動(dòng)噪音需得到有效抑制。

 

　?。?）良好的動(dòng)態(tài)響應能力。當需求功率發(fā)生變化時(shí)，空氣流量和壓力需無(wú)延遲地進(jìn)行調整，以匹配輸出功率的變化。

 

　　市場(chǎng)前景及應用

 

　　作為新能源汽車(chē)領(lǐng)域的重要部分，燃料電池汽車(chē)也是汽車(chē)未來(lái)的終極目標，中國汽車(chē)企業(yè)在氫燃料電池技術(shù)領(lǐng)域也積極布局。據《中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書(shū)（2016）》預計，到2020年，我國燃料電池車(chē)輛將達到1萬(wàn)輛；到2030年，燃料電池車(chē)輛保有量將達到200萬(wàn)輛。屆時(shí)，中國有望成為全球最大的燃料電池汽車(chē)市場(chǎng)。 

 

　　目前，我國已初步掌握了氫能汽車(chē)在電池電堆、關(guān)鍵材料、氫能基礎設施等方面的核心技術(shù)，基本建立了具有自主知識產(chǎn)權的燃料電池汽車(chē)動(dòng)力系統技術(shù)平臺，在分布式能源、移動(dòng)通信基站及城市客運、物流等商用車(chē)型展開(kāi)了規?；痉哆\行，開(kāi)啟了中國燃料電池汽車(chē)商業(yè)化的進(jìn)程。

 

　　本項目產(chǎn)品作為燃料電磁系統核心零部件，具有廣泛地應用前景。

 

　　項目專(zhuān)家

 

　　【吳偉烽】（能動(dòng)學(xué)院）

 

 

　　【研究方向】       

 

　　1）壓縮機及制冷技術(shù)

 

　　2）膨脹機及能量回收技術(shù)