空气压缩机是燃料电池的核心设备，专业化要求高
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空气循环系统是供气系统的关键设备、是保证燃料电池高效可靠运行的重要组成部分。传统的空气压缩机不能应用于氢能源燃料电池系统，必须应用专门的空气压缩机。美国能源部从1998年开始资助燃料电池供气系统的研究和开发。以压缩机为主要部件的空气管理系统是除负载之外燃料电池最大的能量消耗部件，其综合性能在很大程度上决定了装备燃料电池的电动汽车性能。
空气循环系统主要由压缩机、膨胀机、电机、连接管道等组成。质子交换膜燃料电池（PEMFC）的系统工作原理是：空气通过压缩机增压之后，经过加湿处理送入到燃料电池反应堆，在那里和来自于氢源的氢气发生电化学反应，输出电能用于动力输出。输入气体在消耗了部分氧气之后，压力有所下降，排除反应堆，通过分水，去雾之后，通过膨胀器从压力气体中回收部分压力能，将其转化为机械能反馈到空气压缩机，从而节省供气单元所需要的电能。
空气压缩机工作原理示意图
空气压缩机工作性能的优劣对燃料电池的工作效率主要有以下三方面影响：
第一，氧分压决定了燃料电池的功率密度。在相同电流密度下，随着供气压力的提高，电池的输出电压也出现了相应的升高，从而提高了燃料电池的输出功率。
第二，提高反应压力对于燃料电池内的水／热管理有明显的改进。提高燃料电池入口气体的压力是以消耗燃料电池的输出能量作为前提的。研究表明，在75Kw的燃料电池中，如果入口空气的压力被提高到3bar时，其将消耗20％以上的电堆的输出功率，这足以使供气系统成为燃料电池系统最大寄生能源消费部件。
第三，供气系统需要小型、轻质、低噪、高效。供气系统还将在本已不太宽敞的汽车内部占据一定
的空间，提高了车辆的负载。因此是否能根据燃料电池的工作特性，设计、制造出小型，轻质，低噪，高效的供气系统成为推动燃料电池实际应用的主要问题之一。
空气压缩机技术壁垒高，必须满足无油、小型、高压、低噪和耗功少等要求。由于燃料电池的特殊
要求，供气循环系统有很多需要解决的技术难点，使得目前广泛应用的工业压缩机无法满足燃料电
池电动汽车的需求。一方面，为了保证质子交换膜具有良好的工作特性，要求供气系统供给燃料电池堆的压缩空气绝对干净。另一方面，为了保证PEMFC具有较好的综合性能，要求该子系统能够
根据燃料电池输出功率的大小及时调整供气量与供气压力，并具有结构紧凑，重量轻，噪声低，可靠性高，能量可回收等特点。
燃料电池空气压缩机要解决的关键技术难题
旋转容积式压缩机和涡轮式压缩机是目前最优的技术路线。从下表可以看出，各类压缩机都各具优
势，但都需要对其弱点进行研究并加以克服，从而满足燃料电池的需要。从效率和可靠性来看，涡轮和螺杆空气压缩机是目前被认为最优的两种技术路线。从供应商来看，瑞典OpconAutoRotor公司和美国HoneyWell公司是主要供应商，国内尚处于产学研结合开发阶段。
燃料电池空气压缩机种类
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