【壓縮機(jī)網(wǎng)】項(xiàng)目簡(jiǎn)介

 

　　空氣壓縮機(jī)為燃料電池提供電化學(xué)反應(yīng)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(nèi)），有助于提高電堆的功率密度，是燃料電池汽車降低成本、實(shí)現(xiàn)輕量化的重要技術(shù)手段。

 

　　為了滿足燃料電池最高功率，空氣壓縮機(jī)應(yīng)保證足夠的流量，根據(jù)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，燃料電池車用空氣壓縮機(jī)還需要滿足其他要求，包括壓縮氣體絕對(duì)無油，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(duì)啟停、加速、剎車、制冷、供熱等各種工況變化做出準(zhǔn)確、快速響應(yīng)，具有良好的工況適應(yīng)性；在極端工況和氣候條件下，具有良好的可靠性和長(zhǎng)久的壽命，且維護(hù)簡(jiǎn)便；結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。

 

　　對(duì)效率、可靠性、工況與環(huán)境的適應(yīng)性、體積與重量等指標(biāo)的綜合要求，特別是對(duì)壓縮氣體絕對(duì)無油的嚴(yán)格限制，使得燃料電池車用空氣壓縮機(jī)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(zhàn)。

 

　　關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢(shì)或創(chuàng)新性

 

　　為實(shí)現(xiàn)較高的能量轉(zhuǎn)換效率，燃料電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)對(duì)空氣的溫度、濕度、壓力和流量等參數(shù)均有著嚴(yán)格的要求。但目前廣泛應(yīng)用的工業(yè)壓縮機(jī)無法滿足燃料電池空氣供應(yīng)系統(tǒng)的要求。

 

　　因此性能優(yōu)越且能與燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行很好匹配的壓縮機(jī)的研究開發(fā)，對(duì)燃料電池技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。本項(xiàng)目開發(fā)了燃料電池專用的螺桿無油壓縮機(jī)，能完全滿足以下要求：

 

 

　?。?）無油。燃料電池反應(yīng)堆中的質(zhì)子交換膜需要工作在無油條件下，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(jī)在燃料電池空氣壓縮機(jī)中的應(yīng)用，因?yàn)楹芏喙I(yè)用空氣壓縮機(jī)中或是使用了供油軸承，或是使用了噴油方式對(duì)壓縮空氣進(jìn)行冷卻。

 

　　（2）高效。由于燃料電池反應(yīng)堆和空氣壓縮機(jī)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(jī)輸出功率的20～30％被用于空氣壓縮機(jī)，使其成為了除驅(qū)動(dòng)電機(jī)之外最大的耗能單元，若壓縮機(jī)占用較多的輸出電能，必然會(huì)減少汽車的驅(qū)動(dòng)功率，從而影響整車性能。

 

　?。?）小型化和低成本?？諝鈮嚎s機(jī)會(huì)作為燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分被安裝到燃料電池電動(dòng)汽車上，在車載平臺(tái)上，過大的空氣壓縮機(jī)會(huì)占據(jù)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(shù)量；較大質(zhì)量增加了整車慣性，會(huì)在很大程度上影響汽車的啟動(dòng)性能和制動(dòng)性能。不同輸出功率的燃料電池反應(yīng)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(yīng)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(jī)體積在40L以內(nèi)，質(zhì)量在30kg以下。

 

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

 

　　（5）良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。當(dāng)需求功率發(fā)生變化時(shí)，空氣流量和壓力需無延遲地進(jìn)行調(diào)整，以匹配輸出功率的變化。

 

　　市場(chǎng)前景及應(yīng)用

 

　　作為新能源汽車領(lǐng)域的重要部分，燃料電池汽車也是汽車未來的終極目標(biāo)，中國(guó)汽車企業(yè)在氫燃料電池技術(shù)領(lǐng)域也積極布局。據(jù)《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》預(yù)計(jì)，到2020年，我國(guó)燃料電池車輛將達(dá)到1萬(wàn)輛；到2030年，燃料電池車輛保有量將達(dá)到200萬(wàn)輛。屆時(shí)，中國(guó)有望成為全球最大的燃料電池汽車市場(chǎng)。 

 

　　目前，我國(guó)已初步掌握了氫能汽車在電池電堆、關(guān)鍵材料、氫能基礎(chǔ)設(shè)施等方面的核心技術(shù)，基本建立了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，在分布式能源、移動(dòng)通信基站及城市客運(yùn)、物流等商用車型展開了規(guī)模化示范運(yùn)行，開啟了中國(guó)燃料電池汽車商業(yè)化的進(jìn)程。

 

　　本項(xiàng)目產(chǎn)品作為燃料電磁系統(tǒng)核心零部件，具有廣泛地應(yīng)用前景。

 

　　項(xiàng)目專家

 

　　【吳偉烽】（能動(dòng)學(xué)院）

 

 

　　【研究方向】       

 

　　1）壓縮機(jī)及制冷技術(shù)

 

　　2）膨脹機(jī)及能量回收技術(shù)