江苏毅合捷汽车科技股份有限公司技术总监黄建军作主题演讲

8月25日，由中国电池工业协会、电池中国网联合主办的“2023氢能与燃料电池技术及应用国际峰会”在中国上海隆重举行。中国电池工业协会理事长刘宝生、中国工程院院士彭苏萍、中国科学院院士孙世刚、上海市嘉定区副区长李峰等出席峰会，来自行业主管部门、高校、科研机构和产业链知名企业，以及外宾代表共300余人与会。

江苏毅合捷汽车科技股份有限公司技术总监黄建军在会上作主题演讲。

以下是发言内容实录，未经嘉宾审阅：

黄建军：我今天给大家做的报告内容是关于燃料电池空压机，更多是关于增压技术创新应用的讲座。

开始演讲前，我想让大家猜一下下面三个设备大概是什么东西。第一款是一款汽油增压发动机，第二款是一款氢内燃机、第三款是燃料电池系统（燃料电池发动机），它们最大的特点也是我报告的主角，背后都需要空气增压器（涡轮增压器）给它提供清洁的空气。

接下来带大家近距离看一下燃料电池的空压机和涡轮增压器产品的一些具体结构。从图上大家可以看出来其实这两个产品特别相似，左边的是配内燃机的涡轮增压器，右边的图的话就是配我们燃料电池系统的空压机，从图片上大家可以看出来，他们都有一个压气机在左侧，右侧都有一个膨胀机（空压机），未来也都会有一个膨胀机，中间都有一个轴承系统，稍微有差别的话就是右边燃料电池空压机中间加了一个电机，需要电机驱动压气机这是唯一的差异，所以说我们可以下这样一个结论，我们燃料电池空压机技术来源传承于涡轮增压器。

我们再看一下我们燃料电池空压机它的需求有什么样的变化，我这边列了一个图X轴的话，就是空压机空气流量的需求，Y轴的话就是空压机空气压比的需求，图上面某一个点就是我们收集的某个燃料电池系统，它在最大功率点需要的空气流量和压比。从图上大家可以看得出来，我们的流量需求越来越大，从50g/s增加到现在应该接近于350g甚至于400g/s的需求，压比的话大概从2.0增加到3.5，甚至于有一些系统要3.5以上的压比，所以说我们的空压机的流量跟压比会越来越大，他会带来什么样的挑战。

第一个挑战就是我的空压机的功耗会越来越大，从图上可以看得出来我的空压机的功耗从最小的10千瓦或者10千瓦不到，到现在的我们空压机越做越大要到60千瓦，60千瓦是什么概念？接近一台小型的汽油发动机的功率，所以说功耗特别大。

下面是关于其他几个技术指标，最终这两三年或者三四年空压机的一些变化，我们归纳成如下几点：

第一点流量压比我们刚才说过了，在前面4年之内我们的空压机流量按比至少增加了4倍或者说4倍以上。

第二点的话我们空压机的功耗同样也增加了4倍甚至于更多。

第三点的话，空压机的寿命客户也给我们提出了要求，可能三年前、四年前空压机达到1万小时甚至8000小时就可以了，但是现在肯定不行的，我们至少达到2万到3万小时工作寿命。

第四点价格也是有很大的变化，几年以前空压机确实蛮贵的，现在的话空压机的价格是原来的至少四分之一甚至于降得更多了。它给我们空压机带来的挑战，我们的空压机应对措施，怎么样更好满足客户用户的需求，针对流量压比，我们在空压机的开发上有更多创新的一些系统架构。

第二点的话，关于空压机的功耗，怎么样更有效的降低空压机的功耗，所以我们会有一个膨胀机。

第三点针对寿命，更多的是在开发的时候，我们怎么样有效的来做好我们的产品实验验证，保证我们产品在应用但不会出可靠性的问题。

关于价格的话，不管是设计单还是我们靠规模经济持续降本，这是我今天报告覆盖的四部分内容。

第一部分关于空压机的价格，我这下面列了六种类型，从图片上大家可以看得出来，其实空压机可以有不同形式的，有单极增压的，有两极增压的，还有单极增压加膨胀机，两极增压加膨胀机，还有涡轮发电机，直接利用电堆的尾气发电。

基本上6种架构提供了不一样的特点，最终的目的就是我们来满足客户的系统堆的不一样的需求。

第二个话题，我们简单介绍一下膨胀机，膨胀机可以帮助我们系统来降低功耗，看看我们膨胀机怎么样实现这样的目的的。我们想带大家做一个简单的物理题，上面的图片就是我们燃料电池空压机示意图，右边的话就是我的膨胀机，也就是说我的膨胀机接受的是来自于燃料电池系统排出来的尾气，也就是说私空气，它给我的质量流量叫MT。

我们看一下回溯的大概是怎么计算的，我们摘录了这样一个公式，P膨胀机，就是我这个燃料电池空压机能回收的最大功率，后面的就是说我进来的这些气体的状态参数，我们来看一个典型的系统，大概它能提供多少功率，回收多少功率。

这边我是借用了240千瓦的一个系统功率的燃料电池系统，它的尾排的参数大概是这样子，水气的质量、流量大概是300个每秒，温度大概80度或者85度，堆出来的空气压力大概是2个Bar，进到我的膨胀机里面，然后我的膨胀机效率大概是70%，大家可以猜一下，这里面的答案已经有了。

这样一个状态燃料电池的排气进入膨胀机，我能回收多少功率，大概是14.5千瓦的功率。对于240千瓦这个系统功率或者说300千瓦的电堆功率，我回收14.5千瓦，也就是相当于我提升了整个系统的效率差不多5个点，那5个点系统效率提升其实是一个很明显的收益。

接下来再提供一下关于膨胀机的匹配，因为膨胀机在燃料电池的匹配上，其实还是有很多可以需要讨论的点，这里面我们列了一个应用案例，某个点去表示工情膨胀机出来的尾气的参数，它的流量跟膨胀比，跟它的流量，我们可以选择不同的方案来匹配这个系统的需求。

第一个方案，就是我们选择一个大的流通能力的涡壳，来匹配燃料电池系统。

第二个方案，我们选择一个小流通能力的涡壳，来匹配这个燃料电池系统的需求。

第三个方案，我们选择一个可便鞋的VGT这个方案，也许在的人熟悉这个内燃机涡轮增压器，可能大家也听说过这个所谓的可变界面，不管是VNT也好，还是VGT也好，最终这3个方案匹配下来，我们简单看一下它回收大概功率比较，最上面这根线就是我不带膨胀机我的空压机功耗，下面三根线就是我带了不同方案的膨胀机它的功耗比较。

简单来说，我匹配上可便界面的膨胀机，它的功耗是最低的，也就是说它的能量回收是最大的，带着固定界面的膨胀机，它的侧重点不一样，如果你的涡壳大，就是大流量回收的功率多一些，如果你的涡壳小，那就是说中小流量回收的流量多一些，大流量会放掉一部分气，也就是说回收效率会差一些。

关于空压机的可靠性跟它的耐久性，涡轮增压器是我们的主业，更多的我们是把燃料电池的空压机的开发，也是借用涡轮增压器开发流程，也就是说在开发的早期我们做了大量的仿真分析，来确认我们的这些指标能被满足。

后面在产品端，我们会做比较严谨的试验，不管是单体的，还是系统级的，然后在应用端PE试验，我们要结合客户的整车，来做很多耐久的试验，来保证我们这个产品在应用端不会有那些意外的风险发生。

接下来我们给大家介绍一下我们毅合捷公司的产品，目前我们毅合捷公司有两个产品，一个是涡轮增压器，左边就是示意图。右边我们刚才前面已经提过了，燃料电池空压机，这是我们毅合捷公司目前的两个主要产品，他们产品背后的一些技术特点确实有很多共性的地方，我们简单看一下。

第一点，确实都是液冷机械，而且是一个高速转子机械，它都带有膨胀机跟涡轮机，被压缩做工提供空气，然后膨胀机可以提供发电也好，或者提供机械的助能也好。

第二点，他们都是一个特别高转速的转子机械，涡轮增压机的转速至少要20万这样每分钟以上，然后燃料电池空压机将近10万转或者10万转以上的转速。

第三点，他们都是一个高精密加工的工艺，或者很精密的一个装配工艺。我们举一个简单的例子，涡轮增压器这个轴承的间隙或者说燃料电池空压机轴承的间隙，它达到什么样的一个精细程度，大概人的头发是直径的1/7，也就是说这个设备确实很精密的一个设备，虽然它工作的环境很恶劣，工作环境到底多恶劣我们下面有介绍，像主编的涡轮增压器最高的工作温度要1000度以上，它是工作在高温的甚至于高压的工作环境之下。

我们这个燃料电池空压机或者涡轮增压器，它是要配合整车应用，有一些商用车的应用它振动的极值要接近于25个G，那是相当高的一个振动，也就是说我们这个产品是工作在相对恶劣的工作环境之中。

下面一页我想给大家介绍一下我们毅合捷公司在转子机器我们的核心技术跟我们的一些制造工艺的技术，关于核心技术我们列了这四五个点，第一个就是空气动力学，因为这两个转子机器跟空气动力学是完全结合到一起去的，空气动力学决定了我们这个产品性能的一个核心技术之一。

第二个就是转子动力学，我们刚才提到了它的转速特别高，起点都是10万转每分钟的转速。第三个就是结构强度和疲劳，因为我们这个设备它的工作环境特别有挑战，所以说这个结构强度和疲劳也是我们的核心技术之一。

第四点就是高速电机跟电控，尤其对燃料电池空压机，因为转速太高了，它是我们主机电机转速的10倍甚至10倍以上，所以说高速电机电控也是我们的核心技术之一。关于制造端、工艺端我们有下面这几个核心技术：

第一，高精密加工和装配工艺。

第二，高速动平衡技术，这也是我们生产线一个很关键的技术。

第三，供应链和质量管理，因为我们是汽车行业服务于整车厂的，所以说这个供应链包括我们的质量管理是特别关键的。

第四，数字化或者柔性化的生产技术，也是帮助我们做好这个产品，服务好客户的一个关键的技术。

下面给大家展示一下目前我们毅合捷公司在燃料电池空压机里面，我们已经开发出来或者正在开发的产品型谱，从图上可以看到空压机几乎可以覆盖目前市面上所有的电堆的需求，从小到1.5千瓦这种微型的燃料电池系统，我们有一个微型的风机来配合使用，最大可以满足300千瓦这个系统功率电堆的空压机，我们也有适配的产品。

简单的再总结一下：

第一，燃料电池空压机它的技术是传承于涡轮增压器，空压机是涡轮增压器里面我们有10年以上的行业经验，所以我们的核心技术是相通的。

第二，燃料电池空压机它的流量越来越高，我的功率会越来越高，所以说我们需要膨胀机来帮助我们减少这个公告，所以这个膨胀机技术也是未来燃料电池空压机可能必备的技术之一。

第三，我们空压机公司还会继续深耕增压技术的创新应用，来服务好我们这个行业的客户。

我的报告就这么多，感谢大家。