1 前言
空氣（陰極） 供應系統是燃料電池系統的子系統之一，其功能是提供滿足燃料電池工作
所需要的壓力、流量、溫度、濕度等條件，其中空氣壓縮機是實現空氣供應系統壓力、流量
功能的核心部件。
按照綠程 2.0《高壓比空氣壓縮機技術研究》 項目策劃， 現對行業內燃料電池汽車用空氣
壓縮機的應用情況進行調研和分析， 明確本項目采用的空氣壓縮機的方案，支持項目后續工
作的開展。
2 調研總結和建議
1） 3 家已經實現燃料電池汽車商品化的國外車企，除豐田采用了羅茨式空壓機方案外，本田
和現代均采用的是離心式空壓機方案。另外，豐田放棄了早期的渦旋式空壓機方案，本田放
棄了早期的螺桿式空壓機方案。

2） 6 家國外的燃料電池汽車用空壓機開發商中， 采用離心式方案的有 3 家， 2 家采用羅茨式
方案， 1 家采用螺桿式方案。 其中瑞典 OPCON 為老牌的螺桿壓縮機開發商，美國 UQM 使用
的也是老牌羅茨壓縮機開發商 EATON（伊頓）的產品， 二者均屬于利用自身的傳統優勢技術，
拓展開發燃料電池汽車用空壓機產品。

3） 目前國內進行燃料電池汽車用空壓機開發的企業還較少，而且基本處于起步階段， 產品方
案以離心式為主。

4） 從調研信息分析來看，離心式壓縮機相比其他方案的壓縮機在壓比、體積、質量、 噪聲、
效率等方面均有優勢，更加符合整車的使用需求（比如增壓能力、布置空間、整車減重、 NVH
降噪等）。

離心式壓縮機在應用時也存在一些需要注意的問題，首先與羅茨式和螺桿式壓縮機相比，
其運轉速度更高，因此對軸承的潤滑護理更加重要，目前國外的產品采用了空氣軸承技術，
從根本上解決燃料電池對空壓機的“無油”需求； 第二個問題是離心式壓縮機存在“喘振”
現象， 但離心式壓縮機作為一種常用的設備，在其他領域得到了大量的實踐應用（比如廢氣
渦輪增壓發動機）， 可以通過匹配設計， 使其操作點避開“喘振” 線。（一定轉速下，當氣體
流量減小到一定程度后，氣體在葉輪或擴壓口處出現邊界層分離，導致氣體回流， 分離渦流
迅速擴展到空壓機的其他部分，氣流出現強烈震蕩，引起葉輪強烈震動，產生很大噪聲，這
一現象稱為喘振， 嚴重時會影響空壓機的性能和壽命； 喘振線是指空壓機性能 map 圖的左邊
界， 在這條線左邊的區域，工作狀況是不穩定的， 表現出壓力波動和振動噪聲）
另外， 中國汽車工程學會編著的《節能與新能源汽車技術路線圖》 也指出，“小型化、低
功率高速空氣壓縮機是實現高比功率燃料電池的關鍵核心零部件，以氣浮軸承、磁浮軸承、
陶瓷軸承等無油高精密承載部件為傳動部件的渦輪式高速空氣壓縮機是目前研究的重點方
向”。
綜上，建議選擇離心式方案的空氣壓縮機作為本項目研究的對象。
燃料電池汽車用空氣壓縮機調研報告 J8353-04

3 三種空壓機結構和工作原理簡介
3.1 三種壓縮機示意圖
離心式壓縮機 羅茨式壓縮機 螺桿式壓縮機
3.2 離心式壓縮機
主要工作部件是高速旋轉的葉輪和通流面積逐漸增加的擴壓器。通過葉輪對氣體作功，
在葉輪和擴壓器的流道內，利用離心升壓作用和降速擴壓作用，將機械能轉換為氣體壓力能。
首先，氣體在流過葉輪時，高速旋轉的葉輪使氣體在離心力的作用下，一方面壓力有所提高，
另一方面速度也極大增加，即將原動機的機械能轉變為氣體的靜壓能和動能，此后，氣體在
流經擴壓器的通道時，流道截面逐漸增大，前面的氣體分子流速降低，后面的氣體分子不斷
涌流向前，使氣體的絕大部分動能又轉變為靜壓能，也就是進一步起到增壓的作用。
離心式壓縮機工作原理示意圖
3.3 羅茨式壓縮機
羅茨式壓縮機是由兩個相同的、對稱的反向旋轉轉子在殼體中工作，并通過一組齒輪同
步。 其工作原理是通過兩個轉子旋轉來推動氣體通過，從而抽進和壓縮氣體。 壓縮在完全的
反壓力下進行（當壓縮室與出口接觸時，壓縮空氣從壓力側流回到殼體中，當壓縮室的容積
隨著連續旋轉進一步減小時，進一步發生壓縮）， 導致噪聲水平較高。
燃料電池汽車用空氣壓縮機調研報告 J8353-04

羅茨式壓縮機工作原理示意
3.4 螺桿式壓縮機
螺桿式壓縮機是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子（或稱螺桿）在氣缸內轉動，使轉子齒
槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，
實現螺桿式空壓機的吸氣、 壓縮和排氣的全過程�？諌簷C的進氣口和出氣口分別位于殼體的
兩端，陰轉子、陽轉子被主電機驅動而旋轉。
螺桿式壓縮機工作原理示意圖
4 調研詳述
當前包括空壓機在內的燃料電池汽車領域關鍵部件的行業信息透明度不足，國外燃料電
池汽車用空壓機開發商對產品技術信息和配套情況對外展示有限，國內燃料電池汽車用空壓
機開發商和產品也屈指可數。 針對國外企業/產品的調研主要以網絡檢索的方式進行， 針對國
內企業/產品的調研采用網絡檢索+技術交流的方式進行。
4.1 國外燃料電池汽車車企調研
目前， 以豐田、本田、現代為代表的國際先進車企已逐步完成燃料電池汽車技術儲備，
先后進入示范運行和商品化推廣階段：
豐田從 1992 年開始進行燃料電池汽車技術開發， 2014 年 12 月豐田 MIRAI 燃料電池汽車在
燃料電池汽車用空氣壓縮機調研報告 J8353-04

日本上市銷售；
本田從 20 世紀 80 年代開始進行燃料電池基礎研究， 1996 年開始原型車開發， 2016 年 3 月
本田 CLARITY 燃料電池汽車在日本上市銷售；
現代從 1998 年開始燃料電池汽車概念樣車開發， 2005 年開始原型車開發， 2014 年 4 月現代
Ix35 FCEV 燃料電池汽車在韓國上市銷售， 2018 年現代第二代燃料燃料電池汽車 NEXO 開始
銷售；
現代 Ix 35 FCEV 豐田 MIRAI
本田 CLARITY 現代 NEXO
4.1.1 豐田（MIRAI）
豐田 MIRAI 使用的空壓機為羅茨式空壓機， 供應商為豐田織機， 采用了世界首創的六葉
扭轉轉子設計。 豐田早期開發的燃料電池樣車采用過渦旋式壓縮機方案。
豐田 MIRAI 用羅茨式空氣壓縮機及其六葉扭轉轉子
4.1.2 本田(CLARITY)
本田早期開發的燃料電池樣車采用的是螺桿式空氣壓縮機方案，但空壓機的噪音問題得
不到較好的解決， 同時本田認為如果要進一步實現燃料電池的小型化和高性能， 開發高壓比
燃料電池汽車用空氣壓縮機調研報告 J8353-04

的空氣壓縮機非常重要。因此，本田在 CLARITY 車型上新開發了一個電動兩級離心式空壓機，
供應商為蓋瑞特（霍尼韋爾）。 該空壓機采用空氣軸承，轉速可以達到 100000 轉/分鐘， 空壓
機的尺寸更加緊湊，但性能提升了 1.7 倍，可提供更高的空氣壓力和流量， 可滿足更寬泛工
作范圍， 既可滿足怠速工況也可滿足嚴苛的爬坡和高速巡航工況需求，而且工作過程非常安
靜。 本田分析認為，與螺桿式和羅茨式空壓機相比， CLARITY 使用的電動兩級離心式空壓機
在體積、質量、壓比、流量、噪音、成本等指標上均表現優異。

燃料電池汽車用空氣壓縮機調研報告 J8353-04

豐田織機開發的羅茨式空氣壓縮機及其六葉扭轉轉子
豐田織機早期開發過渦旋式空氣壓縮機，應用于 2002 年的豐田 FCHV 項目上。后來也對
渦旋式壓縮機進行了持續改進，應用于 2008 年的豐田 FCHV-adv 項目上。但由于渦旋式壓縮
機結構本身的問題（壓縮范圍小，限制供氣量），豐田織機轉向了結構簡單的羅茨式壓縮機開
發。 圍繞流量、 NVH、響應、效率等進行了大量的全新開發工作，其中包括設計開發了世界
首創的六葉扭轉轉子。豐田織機認為目前羅茨式可能是最好的選擇， 但圍繞縮小尺寸、降低
重量、提高性能和降低成本仍有許多工作需要去做。
4.2.2 蓋瑞特
蓋瑞特（霍尼韋爾交通運輸板塊拆分出來成為獨立上市公司） 利用其在汽車和航天領域
的增壓技術能力為本田 CLARITY 燃料電池汽車開發了一種新型的電動兩級離心式空壓機。該
空壓機產品高度集成化設計，輕便緊湊，最大壓比 4， 最大流量 125g/s，最高轉速 100000rpm，
重量＜13kg， 采用先進的空氣軸承技術， 從根本上解決燃料電池的“無油”需求，另外，其
成本和質量可以滿足汽車應用。
蓋瑞特開發的兩級離心式空氣壓縮機
4.2.3 HANON
韓國零部件企業，為現代 Ix35 FCEV 燃料電池汽車供應空氣壓縮機、高壓冷卻模塊、 PTC
加熱器、 HVAC 系統等產品。所供應的空壓機為離心式結構，最高轉速＞110000rpm。
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HANON 開發的離心式空氣壓縮機
HANON 認為，與螺桿式和羅茨式壓縮機相比，離心式壓縮機在工作效率、 NHV 性能、
尺寸、 成本等指標上均有明顯優勢。
HANON 對不同方案的燃料電池汽車用空壓機分析對比

4.2.4 OPCON
瑞典企業，其子公司 SRM 是螺桿式壓縮機的鼻祖（1935 年發明了螺桿壓縮機），上個世
紀 90 年代 OPCON 成立了 AUTOROTOR 品牌，開始為汽車售后市場提供增壓器產品， 2005
年起， AUTOROTOR 品牌開始專注燃料電池汽車空氣壓縮機市場。 奔馳、通用、現代、本田
等車企、 BALLARD、 POWERCELL 等燃料電池企業以及一些科研機構均應用過 OPCON 的螺桿
式燃料電池用空壓機。 2015 年國內企業福建雪人股份有限公司收購了 OPCON 兩個子公司
SRM 和 OES 100%股權，以及 AUTOROTOR 品牌。
雪人股份是一家以壓縮機為核心產業， 國內領先的制冰、 制冷設備制造商。 近幾年，開
始布局新能源領域，尤其是燃料電池汽車市場。 2015 年收購瑞典 OPCON 壓縮機業務，同時
獲得了燃料電池汽車用空氣壓縮機技術； 2017 年認購加拿大燃料電池開發商 Hydrogenics
17.6%的股權，合作發展燃料電池電堆以及水電解制氫和加氫站相關技術。 目前雪人股份正
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在開展兩款螺桿式燃料電池空壓機的國產化工作。

4.2.5 UQM
美國零部件企業， 電動機、發電機和電力電子控制器開發商與制造商，為電動汽車、混
合動力汽車、插電式混合動力汽車提供產品。 2015 年從 ROUSH 收購了燃料電池壓縮機業務，
開始進軍燃料電池汽車壓縮機領域，主要為加拿大燃料電池開發商 BALLARD 提供壓縮機產品
和服務。
燃料電池汽車用空氣壓縮機調研報告 J8353-04

UQM 開發的羅茨式空氣壓縮機
UQM 的空氣壓縮機產品采用的是 UQM 自己的電機、控制器和美國 EATON（伊頓） 的羅
茨式壓縮機（TVS 技術， 4 葉扭轉轉子設計）。 目前有 R340 和 R410 兩個產品， 最大壓比 2.2，
流量范圍 28-138g/s，工作電壓 270-800VDC，適用于 50-150kW 燃料電池的中型和商用客車
使用。
4.2.6 BOSCH
BOSCH 在燃料電池汽車領域業務布局和規劃主要涉及燃料電池電堆、燃料電池輔助系統
關鍵零部件（空氣壓縮機、氫氣噴射裝置、氫氣循環裝置、燃料電池系統控制器等）、燃料電
池發動機等產品。
BOSCH 的空氣壓縮機產品采用的是離心式方案，最大壓比 3.5，最大流量 150g/s，預計
2021 年 SOP。
BOSCH 燃料電池汽車領域產品規劃
小結：
6 家國外的燃料電池汽車用空壓機開發商中，采用離心式方案的有 3 家， 2 家采用羅茨
式方案， 1 家采用螺桿式方案。其中瑞典 OPCON 為老牌的螺桿壓縮機開發商，美國 UQM 使
用的也是老牌羅茨壓縮機開發商 EATON（伊頓）的產品，二者均屬于利用自身的傳統優勢技
術，拓展開發燃料電池汽車用空壓機產品。
燃料電池汽車用空氣壓縮機調研報告 J8353-04

4.3 國內燃料電池汽車用空壓機零部件企業調研
受資金和市場規模的限制， 以及基礎研究、 材料工藝、 制造能力等制約， 目前國內的燃
料電池汽車用空氣壓縮機開發商屈指可數。
4.3.1 廣順新能源
廣順電器， 成立于 1997 年， 主要從事醫用制氧設備、 微型無油空氣壓縮機等產品研發。
2010 年成立廣東廣順新能源動力科技有限公司，切入新能源汽車行業， 是國內較早進行燃料
電池汽車用空氣壓縮機開發的企業，其開發的離心式空氣壓縮機， 目前已形成小批量生產能
力。
廣順新能源開發的單級離心式空氣壓縮機及控制器
廣順新能源離心式空壓機技術參數

4.3.2 康諾
安徽康諾新能源汽車技術有限公司是國內較早從事燃料電池汽車領域技術開發的企業，
團隊核心人員自 2003 年起長期與國內高校、企業開展燃料電池汽車領域合作， 參與了十五
燃料電池汽車用空氣壓縮機調研報告 J8353-04

到十二五期間國家燃料電池汽車領域的重大科研項目。目前公司業務主要包括燃料電池系統
集成、核心部件（空壓機、供氫部件）和工程服務。 其開發離心式空氣壓縮機為擁有自主知
識產權的產品，已經發布了兩代產品 FAC-40-D 和 FAC-50-D， 第三代產品（FAC-80-D）已完
成樣件開發，目前處于測試驗證階段，計劃 2019 年一季度完成耐久測試，進行產品發布。
FAC-40-D/FAC-50-D 離心式空氣壓縮機
FAC-80-D 離心式空氣壓縮機
康諾離心式空壓機技術參數

4.3.3 勢加透博
2011 年成立， 主要業務是高性能透平機械核心技術研制服務， 核心團隊研發成員 30 余
名、制造團隊 80 余名。 公司現設有北京總部、上海清潔能源/動力技術研發中心（勢加能源）、
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成都西南研發測試基地、西安制造基地（勢加動力）。 結合國家氫能和燃料電池產業大發展，
勢加透博研發了 XT-FCC 系列氣懸�。�空氣軸承）燃料電池離心式空壓機， 目前產品處于樣
件測試驗證階段。
勢加透博 XT-FCC210（M） 單級離心式空氣壓縮機
勢加透博 XT-FCC300 兩級離心式空氣壓縮機
勢加透博離心式空壓機技術參數

小結：
目前國內開發的燃料電池汽車用空氣壓縮機以離心式方案為主，總體處于起步階段， 與
國外同類產品相比在產品性能指標上還存在一定的差距。