4月底，四部委發(fā)出的《關(guān)于開展燃料電池汽車示范推廣的通知》（征求意見稿）明確提出，申報(bào)城市或城市群應(yīng)在示范期間實(shí)現(xiàn)核心材料、關(guān)鍵零部件技術(shù)取得突破并產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。 按照技術(shù)攻關(guān)難易程度，對各領(lǐng)域率先突破并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的給予500-1000分/項(xiàng)，積分上不封頂。

經(jīng)過近30年的發(fā)展，我國雖基本形成氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈，但關(guān)鍵零部件環(huán)節(jié)很多依賴進(jìn)口或國產(chǎn)化率很低，如電堆、質(zhì)子交換膜、膜電極、催化劑、氣體擴(kuò)散層、空氣壓縮機(jī)、氫氣循環(huán)泵等。征求意見稿大力支持關(guān)鍵零部件的發(fā)展，積分上不封頂，將加速關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)替代進(jìn)程，國產(chǎn)關(guān)鍵零部件企業(yè)將迎來發(fā)展的春天。

空氣壓縮機(jī)做為氫燃料電池的關(guān)鍵零部件之一，是車用燃料電池陰極供氣系統(tǒng)的重要部件，通過對進(jìn)堆空氣進(jìn)行增壓，可以提高燃料電池的功率密度和效率，減小燃料電池系統(tǒng)的尺寸。但空壓機(jī)的寄生功耗很大，約占燃料電池輔助功耗的80%，其性能直接影響燃料電池系統(tǒng)的效率、緊湊性和水平衡特性。因此，各國的燃料電池項(xiàng)目對空壓機(jī)的研究都非常的重視。

全球空壓機(jī)市場出現(xiàn)了5種技術(shù)路線

1．空壓機(jī)技術(shù)要求

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)對空氣的溫度、濕度、壓力和流量等參數(shù)有著嚴(yán)格的要求。但目前廣泛應(yīng)用的工業(yè)壓縮機(jī)無法滿足燃料電池對空氣的要求，適用于燃料電池的空壓機(jī)需要滿足以下要求：

表1 適用于車用燃料電池的空壓機(jī)需滿足的性能需求

2．5種空氣壓縮機(jī)技術(shù)路線對比

針對不同的燃料電池系統(tǒng)的性能需求，往往需要不同的空壓機(jī)與其匹配，常用的空壓機(jī)類型有羅茨式、螺桿式、渦旋式和離心式等。由于空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，空壓機(jī)的性能優(yōu)勢也不盡相同，整體對比下來，離心式空壓機(jī)綜合評價(jià)******。

表2 空壓機(jī)類型及優(yōu)缺點(diǎn)比較

資料來源：《電源技術(shù)》，香橙會(huì)研究院

全球空壓機(jī)市場競爭格局

全球各大燃料電池汽車生產(chǎn)商對各種類型的空壓機(jī)都進(jìn)行嘗試，離心式空壓機(jī)因在功率密度、效率和噪聲等方面具有******的總體效果而被大多數(shù)車企青睞。比如本田公司旗下Clarity和現(xiàn)代公司旗下ix35燃料電池汽車使用的是離心式空壓機(jī)，戴姆勒旗下******GLC F-Cell燃料電池汽車采用的也是離心式空壓機(jī)。

表3 主要燃料電池汽車廠商空壓機(jī)類型對比

國外的空壓機(jī)技術(shù)較為成熟，典型的是Honeywell的離心式壓縮機(jī)和Opcon的螺桿式壓縮機(jī)，二者已經(jīng)在多款燃料電池系統(tǒng)中進(jìn)行了長時(shí)間的運(yùn)行。目前運(yùn)用于燃料電池的國外空壓機(jī)品牌主要有Honeywell（蓋瑞特）、UQM、Rotrex、豐田自動(dòng)織機(jī)、利勃海爾等。根據(jù)香橙會(huì)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)，提供燃料電池空壓機(jī)還有Fisher、Hanon、TNE、Vairex、Air Squared等企業(yè)。

國內(nèi)燃料電池系統(tǒng)中的空壓機(jī)大部分依賴進(jìn)口或合資企業(yè)，但產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的培育，已有可替代產(chǎn)品問世。

在香橙會(huì)氫能數(shù)據(jù)庫收錄的國內(nèi)外25家空壓機(jī)企業(yè)里，勢加透博、金士頓、雪人股份、廣順新能源研發(fā)的燃料電池專用空壓機(jī)已經(jīng)有部分裝車應(yīng)用，個(gè)別產(chǎn)品性能可比肩國外一流水平，但國產(chǎn)空壓機(jī)市場滲透率依然很低。

表4 國內(nèi)外涉及空壓機(jī)企業(yè)一覽

數(shù)據(jù)來源：香橙會(huì)氫能數(shù)據(jù)庫

據(jù)中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書（2019版）預(yù)測，2020-2025年中國氫燃料電池汽車產(chǎn)銷達(dá)到5萬輛，燃料電池系統(tǒng)比功率達(dá)到3.5kW/L，成本達(dá)到4000元/kW；2026-2030年達(dá)到130萬輛，比功率達(dá)到4.5kW/L，成本800元/kW。按照中值計(jì)算，2023年成本降為4000元/kW，2030年成本降為800元/kW。

表5 中國燃料電池空壓機(jī)成本測算

在滿足燃料電池汽車產(chǎn)銷條件的前提下，未來5年內(nèi)燃料電池車用空壓機(jī)市場規(guī)模將達(dá)到10億元/年（14.4億元@2023E），未來10年內(nèi)市場規(guī)模將達(dá)到100億元/年的量級（124.8@2030E），即到2030年，空壓機(jī)國產(chǎn)替代的市場規(guī)模將達(dá)到百億級別。

6大頭部空壓機(jī)企業(yè)基本介紹和分析

1．UQM

（1）公司簡介

UQM成立于1967年，是250kW以下動(dòng)力范圍馬達(dá)和逆變器的專業(yè)供應(yīng)商和技術(shù)引領(lǐng)者，總部位于美國科羅拉多州Longmont，其在電動(dòng)、油電混動(dòng)、插電混動(dòng)車輛和燃料電池壓縮機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域擁有超過50年的經(jīng)驗(yàn)，主要開發(fā)和生產(chǎn)高功率密度、高效能電動(dòng)馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、電機(jī)功率變流器和燃料電池壓縮機(jī)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于商用卡客車、汽車、船舶和工業(yè)市場。

2019年1月，UQM與丹佛斯達(dá)成協(xié)議，丹佛斯收購UQM，此次金額約為1億美元，UQM此后加入丹佛斯動(dòng)力系統(tǒng)事業(yè)部。至2019年上半年，UQM在中國主要有五家中國客戶和兩家歐洲客戶。

（2）產(chǎn)品及性能

UQM的燃料電池壓縮機(jī)系統(tǒng)采用UQM永磁電機(jī)和控制器，搭配使用伊頓壓縮機(jī)，分為R340和R410兩種型號，結(jié)構(gòu)形式為四葉羅茨式。

圖1 UQM空壓機(jī)

UQM空壓機(jī)性能可滿足市場上大多數(shù)燃料電池汽車的大部分需求，其單價(jià)約15~20萬元/個(gè)（包含關(guān)稅），主要參數(shù)如下。

表6 UQM空壓機(jī)性參數(shù)

（3）產(chǎn)業(yè)化情況

2018年，UQM在中國市場收獲了300萬美元的空壓機(jī)訂單，獨(dú)占中國市場鰲頭。目前為國內(nèi)主流空壓機(jī)供應(yīng)商，為巴拉德的指定供貨商，已向中國重汽集團(tuán)配套供貨。但其曾經(jīng)供貨包括幾個(gè)主要主機(jī)廠的客戶并未停止尋找合適的離心式壓縮機(jī)。

2．蓋瑞特

美國蓋瑞特是全球動(dòng)力增壓解決方案的主要供應(yīng)商，主要開發(fā)適用于高效率內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和混合動(dòng)力系統(tǒng)的增壓設(shè)備。

蓋瑞特研發(fā)生產(chǎn)了氫燃料電池用兩級電動(dòng)壓縮機(jī)，采用離心式結(jié)構(gòu)，該款產(chǎn)品已于2016年搭載于本田新一代燃料電池Clarity上。

圖2 蓋瑞特空壓機(jī)實(shí)物圖

（1）產(chǎn)品性能

蓋瑞特通過采用兩級電動(dòng)壓縮機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)——轉(zhuǎn)子兩端分別為低壓空壓機(jī)和高壓空壓機(jī)——能夠******程度地對空氣進(jìn)行壓縮，為燃料電池堆帶來400千帕壓力、125g/s（該指標(biāo)全球領(lǐng)先）的增壓氣流量，實(shí)現(xiàn)100%無油運(yùn)行，電池堆輸出密度達(dá)到3.1kW/L，壓縮機(jī)******功率可達(dá)103kW，轉(zhuǎn)速為10萬r/min。

（2）產(chǎn)業(yè)化情況

蓋瑞特已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)及商業(yè)化應(yīng)用，已制定出空壓機(jī)到2025年的成本目標(biāo)。目前應(yīng)用在本田Clarity氫燃料汽車上的是一代產(chǎn)品，通過更新設(shè)計(jì)和技術(shù)進(jìn)化，到2021年二代產(chǎn)品的價(jià)格要做到一代產(chǎn)品價(jià)格的三分之一，在生產(chǎn)量上將達(dá)到數(shù)萬臺。同時(shí)規(guī)劃到2025年達(dá)到十萬臺量級以上，空壓機(jī)成本會(huì)降到目前的十分之一左右。

3．利勃海爾

利勃海爾（Liebherr）集團(tuán)在全球范圍內(nèi)以工程機(jī)械設(shè)備、冷藏冷凍設(shè)備和鐵路航天設(shè)備而著名。利勃海爾專注于制冷領(lǐng)域研發(fā)，對壓縮機(jī)具備雄厚技術(shù)儲(chǔ)備。

圖3 利勃海爾渦輪壓縮機(jī)樣機(jī)

利勃海爾離心式空壓機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，為上海捷氫科技有限公司（以下簡稱“捷氫科技”）供應(yīng)商，簽約供貨量達(dá)數(shù)千臺，主要用于捷氫科技P390燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品，該產(chǎn)品搭載于上汽躍進(jìn)FKY311/FKY312的市政環(huán)衛(wèi)車，為政府采購用車。

4．豐田自動(dòng)織機(jī)

豐田自動(dòng)織機(jī)是豐田集團(tuán)的起源公司，成立于1926年，2019年被美國商業(yè)雜志Fortune評為“最受尊敬的汽車零部件供應(yīng)商”，其為豐田Mirai燃料電池系統(tǒng)零部件供應(yīng)商。

（1）產(chǎn)品及性能

豐田自動(dòng)織機(jī)產(chǎn)品為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，其葉輪呈現(xiàn)螺旋狀，技術(shù)完全自有。

圖4 豐田羅茨式空壓機(jī)

******輸出功率為20kW，******轉(zhuǎn)速可達(dá)12500r/min。低負(fù)荷時(shí)效率達(dá)50%以上，高負(fù)荷時(shí)效率達(dá)60%以上。低負(fù)荷時(shí)空氣流量約為0.1N·m3/min，高負(fù)荷時(shí)空氣流量5N·m3/min，******壓縮比為3。

（2）產(chǎn)業(yè)化情況

豐田自動(dòng)織機(jī)僅向豐田汽車供應(yīng)空壓機(jī)，由于豐田自動(dòng)織機(jī)與豐田汽車有股權(quán)關(guān)系，采購價(jià)格不詳。

2019年6月28日，Mirai第10000輛正式下線，其空氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，實(shí)車裝機(jī)量亦超過萬臺。

5．勢加透博

（1）公司簡介

勢加透博（北京）科技有限公司（以下簡稱“勢加透博”）于2011年1月創(chuàng)立，主要從事高性能透平機(jī)械技術(shù)開發(fā)、工程服務(wù)、測試服務(wù)及解決方案。經(jīng)過近9年創(chuàng)業(yè)卓越發(fā)展，目前已成為國內(nèi)高性能透平機(jī)械核心技術(shù)研制服務(wù)和創(chuàng)新研發(fā)的領(lǐng)軍品牌。

勢加透博在2017年提出了Turbo+創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，基于無油高速葉輪機(jī)械共性技術(shù)，結(jié)合氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，將多年積累的核心技術(shù)，創(chuàng)新地應(yīng)用于清潔能源和清潔動(dòng)力兩大領(lǐng)域。突破了高效低比轉(zhuǎn)速壓氣機(jī)、動(dòng)壓氣浮軸承、高速電機(jī)控制等核心關(guān)鍵技術(shù)，成功研發(fā)了XT-FCC系列氣懸浮空壓機(jī)，覆蓋25kW-150kW燃料電池系統(tǒng)需求。2019年公司產(chǎn)品已有批量交付，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國內(nèi)燃料電池?zé)o油離心空壓機(jī)的空白。

（2）產(chǎn)品及性能

勢加透博已完成XT-FCC燃料電池?zé)o油離心空壓機(jī)系列化研制，全方位覆蓋30-150kW燃料電池系統(tǒng)需求，是國內(nèi)少數(shù)能夠匹配60kW以上燃料電池系統(tǒng)的公司。

以XT-FCC300空壓機(jī)為例介紹各項(xiàng)性能參數(shù)。機(jī)組由兩級離心葉輪、高速永磁同步電機(jī)和車用級動(dòng)壓氣浮軸承組成，用于為燃料電池系統(tǒng)提供潔凈無油的壓縮空氣。額定點(diǎn)的流量為108g/s，壓比2.5；功耗比傳統(tǒng)解決方案少1/3（比目前市場上所有國內(nèi)外同類競品降低功耗10%以上），噪聲指標(biāo)低40dBA以上（比高速直驅(qū)同類競品噪聲指標(biāo)低5dBA）。

其產(chǎn)品可靠性和耐久性方面，已開展耐隨機(jī)振動(dòng)和耐沖擊試驗(yàn)，在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)符合GB/T 31467.3-2015要求；已開展啟停測試，啟停壽命20萬次，遠(yuǎn)超行業(yè)常用標(biāo)準(zhǔn)。

圖5勢加透博空壓機(jī)

（3）產(chǎn)業(yè)化情況

從2018年6月首臺樣機(jī)進(jìn)入評測和優(yōu)化迭代以來，已經(jīng)累計(jì)完成5000多小時(shí)臺架測試，啟停壽命考核、振動(dòng)與沖擊考核、環(huán)境試驗(yàn)考核、道路工況耐久運(yùn)行考核等DV測試。

2018年12月底開始國內(nèi)外10多家客戶樣機(jī)測試，XT-FCC300（匹配50-90kW系統(tǒng)）、XT-FCC160（匹配30-50kW系統(tǒng)）、XT-FCC400（匹配90-150kW系統(tǒng)）均以優(yōu)異性能獲得了高度好評。

目前已簽訂單客戶有新源動(dòng)力、億華通、上海重塑、江蘇清能、中車、中汽研、武漢長海電堆等。2019年已簽訂單550臺，截至2020年2月新增在手訂單250臺，合計(jì)800臺。截至目前已經(jīng)交付100多套，2020年保守估計(jì)可交付500臺。

國產(chǎn)自研技術(shù)是勢加透博的一個(gè)重要標(biāo)簽。同時(shí)，在大功率、重載領(lǐng)域，勢加透博空壓機(jī)在國內(nèi)無太多競爭對手。

2020年，隨著關(guān)鍵客戶的訂單釋放，勢加透博的行業(yè)領(lǐng)先地位將進(jìn)一步確立。