潍柴动力——氢能专篇2·空压机全球领先⭕

一、氢燃料电池之肺-空压机

高工产研氢电研究所（GGII）调研数据显示，2018-2020年氢燃料电池空压机出货量分别为1800台、3790台、4068台。2021年上半年出货量为3230台，预计今年全年出货量相比去年会有较大幅度的增长。随着空压机市场需求逐年提升，参与企业越来越多，同时该领域技术路线变迁较快，被淘汰和替换的概率较大。

截止目前整个氢能产业链公司总计约2250家，一片蓝海，气势磅礴。

二、潍柴重资布局空压机

2021年2月，山东省发展改革委对潍柴动力股份有限公司收购瑞士飞速燃料电池空压机股份有限公司49%股权项目予以备案。

2021年3月25日，潍柴动力股份有限公司（以下简称潍柴动力）与瑞士飞速集团（FISCHER Spindl e Group Lt d）进行战略合作，投资入股其燃料电池空压机业务并在中国设立合资公司，共同打造成为全球领先的燃料电池空压机提供商。

通过本次战略合作，潍柴动力将进一步纵向延伸燃料电池产业链布局，提高燃料电池动力总成的核心竞争力。在此之前，潍柴动力已战略投资氢燃料电池全球领导者巴拉德、固态氧化物燃料电池全球领导者锡里斯，且均为第一大股东。此次战略布局燃料电池空压机技术，潍柴动力向“新能源业务引领全球行业发展”的目标又迈进坚实一步。

燃料电池空压机被喻为燃料电池动力系统的“肺”，其性能将直接影响燃料电池动力系统的运行指标。它也是电堆之外成本最高的第二大核心零部件。目前，我国氢燃料电池发动机在这方面还存在短板。

瑞士飞速集团主营高速高精密轴及燃料电池空压机业务，是国际一流的燃料电池空压机公司，其产品在功率密度、等熵效率和可靠性等关键指标上处于领先地位。

通过本次合资合作，双方将充分发挥潍柴动力新能源动力总成、整车整机等供应链及产业资源优势，以及瑞士飞速集团在高速、高精密旋转系统领域的研发优势，强化离心式燃料电池空压机产品开发和市场开拓，将在山东布局工程化、大批量生产的投资计划，为全球客户提供高性能、高质量、高性价比的燃料电池空压机产品解决方案。

潍柴动力董事长兼CEO谭旭光表示：“瑞士飞速集团作为一家拥有近百年历史的企业，燃料电池空压机产品以高质量、高性能被业内广泛认可。双方通过合资合作携手打造长期战略合作伙伴关系，有助于双方产业资源的深度协同。非常期待未来能与飞速集团共赢全球燃料电池空压机产品市场。我相信凭借目前潍柴动力全球领先的氢燃料电池发动机技术，快速推动燃料电池空压机在山东的投资落地，将为中国氢燃料电池发动机的发展提供重要技术支撑，也将对山东省新旧动能转换产生重要影响。”

瑞士飞速集团股东及执行总裁托比亚斯·莫瑟（Tobias Moser）表示：“燃料电池将在全球交通及发电零排放计划中发挥重要作用。潍柴动力作为商用车行业的领导者，瑞士飞速集团作为燃料电池空压机产品的领导者，双方目标一致、相互信任，必将成为强有力的长期战略合作伙伴，为成为全球技术领先的燃料电池空压机产品提供商共同努力。”

潍柴动力致力于2030年新能源业务引领全球行业发展，目前在新能源动力总成领域已全面完成氢燃料电池和固态氧化物燃料电池的核心技术布局，关键技术指标在商用车和能源电力领域全球领先。

今年，潍柴动力披露非公开发行方案，募集资金20亿元加自有资金17亿，总计37亿用于加速燃料电池产业链的研发能力和制造能力提升。围绕新能源汽车“三纵三横”的技术路线，建立差异化的技术优势；围绕2030年碳达峰和2060年碳中和目标，建成全球领先的燃料电池产业链基地，引领全球新能源行业发展。

三、空压机公司成立

2021.4.29日新公司注册成立，潍柴合计控股比例69.4%。

文件谈判
· 于2019年1月签署股权出售协议
· 于2019年12月完成交割

交易亮点

· 通过合同谈判，达到有利于股东的最终买价和条款。
· 卖方保留部分小股权，持续强力支持公司发展；买方一举实现新能源动力总成布局。

2019年12月16日，潍柴动力宣布，已完成对德国ARADEX股份有限公司(以下简称“德国ARADEX”)的战略收购。

德国ARADEX公司自1989年成立以来，致力于工业及交通运输行业用电机、电控和电源的研究开发工作，是大功率变频和电源设备的技术领先者，拥有多种数控机床用伺服电机和驱动器、新能源商用车用电机控制器、电机、燃料电池DC/DC变换器等产品的设计开发和系统集成能力，产品设计寿命达3万小时以上，已有数百种成功应用案例。

四、科普篇

空压机，在燃料电池系统中负责为电堆输送特定压力及流量的洁净空气，为电堆反应提供必需的氧气，是燃料电池系统除电堆外最核心的零部件。那么要让燃料电池系统拥有强大的“心-肺功能”，对燃料电池系统的空压机有什么需求呢？

答案是：效率高，体积小，无油，工作流量及压力范围大，噪音小，耐振动冲击、动态响应快等。针对这些需求，常见的空压机类型有螺杆式、罗茨式、离心式压缩机等。主要特点分别如下：

螺杆式空压机通过电机驱动汽缸内一对互相啮合的螺杆旋转在螺杆之间形成压缩腔，从而产生压缩空气。螺杆压缩机的排气量几乎不受排气压力的影响，在宽广范围内能保证较高的效率，缺点是噪声很大，体积大。

罗茨式空压机的主要零件包括转子、同步齿轮、机体、轴承密封件等。罗茨式空压机工作过程为：由于转子不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间内，再经排气口排出。罗茨式空压机工作范围宽广，结构简单、维修方便，使用寿命长、振动小，缺点是体积大，噪音很大，空气出口需要配备专门的消音装置。

离心式压缩机又称透平式压缩机，其工作原理是，当叶轮高速旋转时，在离心力作用下，气体被甩到后面的扩压器中去，而在叶轮处形成真空地带，这时外界的新鲜气体进入叶轮。叶轮不断旋转，气体不断地吸入并甩出，从而保持了气体的连续流动。

离心式空压机在效率、噪音、体积、无油、功率密度等方面具有良好的综合效果，被认为是最有前途的空气机类型之一。目前，本田、通用、现代以及上汽在燃料电池系统中使用的空压机类型都为离心式空压机。

因此，我们专门对离心式空压机做详细介绍。

典型的高速离心式空压机主要特征有：

叶轮在蜗壳中高速旋转，并通过扩压器提升气体压力后输出。常见的包括单级压缩和双级压缩；

高速电机转子直接驱动叶轮旋转压缩气体；

高速电机转子由空气轴承进行支撑；

冷却液流经电机定子外侧的冷却液流道对空压机的本体进行冷却。

离心式空压机用高速电机转子直接驱动叶轮，无机械传动装置，因此可做到系统噪音小、传动效率高和整机体积小。

空气轴承

燃料电池对空压机输出的空气具有较高的清洁度要求，若使用滚动轴承或油滑动轴承，来自轴承中的润滑油会污染电堆，引起其“中毒”。要想解决这个问题，最好的办法就是不使用润滑油，而空气轴承使用空气润滑，正好满足这个要求。

当转子高速旋转时，在转子和空气轴承内表面之间便会形成一层气膜，气膜的压力随着转速的升高而增加，当气膜压力足够大时便可将转子抬离轴承表面，此时转子便“起飞”了。

此时的转速即为 “起飞”转速。在低于“起飞”转速时，转子和轴承表面之间会存在接触摩擦，因此，必须在轴承内表面镀上一层固体润滑材料，降低转子启停时转子和轴承表面的磨损。转子启停时的磨损会对空压机的耐久性产生重要影响。

电机转子

我们在玩摩天轮的时候，最担心的就是是否会被甩出去，好在安全带牢固，被甩出去的概率很小。同样，空压机在高速旋转时，转子的永磁材料不能承受巨大的离心力，因此必须对永磁体也加装“安全带”，常用的有碳纤维捆扎和安装合金护套。同时电机转子多设计为细长型，减小将其甩出去的离心力。

地球除了会自转以外，还会绕太阳公转，空压机的转子同样如此。只可惜地球绕太阳公转产生了美妙的春夏秋冬，空压机的转子公转只会带来不良的振动。转子系统的振动量会对轴系的稳定性、可靠性以及NVH性能产生很大的影响，因此，必须尽可能地降低转子振动。降低转子的振动主要从以下三个方面考虑。

对转子进行动平衡，使转子的偏心尽可能小。

设计阶段时准确计算转子的临界转速，使空压机的工作转速避开转子的临界转速。

对轴承的气膜和弹性支撑结构进行耦合求解和优化，得到轴承最佳的刚度和阻尼，尽可能的降低转子的次同步振动。

冷却系统

万物都有正反面，凡事都是双刃剑。离心式空压机由于转速高给自身带来诸多好处的同时，也给自己惹来了不少麻烦。由于转速高，定子绕组电流频率高，电机的各项损耗与常速电机相比都有较大的增加，这会使电机的散热非常困难。如果散热不好，会缩短电机绕组寿命，使永磁体发生不可逆退磁，也会对空气轴承的长期稳定运转产生影响。

设计一个良好的冷却系统，是空压机长期稳定运行的关键。在燃料电池用离心式空压机中，一般有水冷和空气冷却两路冷却。水冷却路主要对电机的定子以及控制器进行冷却，空气冷却路主要对空气轴承以及转子进行冷却。

综上，离心式空压机在效率、噪音、体积、无油、功率密度等方面具有良好的综合效果，被认为是最有前途的空气机类型之一。

离心式空压机在电机转子强度、转子系统动力学、高速轴承、冷却系统与温升设计以及控制器的研制等方面存在特殊关键问题，其设计是一个集计算流体力学、电磁场、转子强度、转子动力学、温度场等多物理场多次迭代的综合设计过程。

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氢能板块

一、上游，氢能。

【制氢】：宝丰能源、隆基股份、鸿达兴业、华昌化工、美锦能源、滨化股份、金通灵、深冷股份、中泰股份、航天工程。【氢气储运】：鸿达兴业、深冷股份、华昌化工、中泰股份。【加氢站】：鸿达兴业、华昌化工、东华能源、金通灵、厚普股份、雄韬股份、美锦能源、雪人股份、卫星石化、嘉化能源、金固股份、浙能电力。

二、应用端，燃料电池

1.燃料电池上游，核心材料。染料电池电堆+空压机占据燃料电气系统约一半的成本，其中18%【催化剂】：贵研铂业4%【质子交换膜】：腾龙股份、南都电源、百利科技12%【双极板】：安泰科技【气体扩散层】：安泰科技

2.燃料电池中游，电池电堆。

【电池系统】：亿华通、潍柴动力、新源动力（腾龙股份、南都电源）、雄韬股份、大洋电机、德威新材、全柴动力、东方电气。

【电堆】：潍柴动力、新源动力（腾龙股份、南都电源）

【膜电极】：雄韬股份、新源动力（腾龙股份、南都电源）、美锦能源、科力远、道氏技术、星云股份。

【空气供应系统】：汉钟精机、雪人股份、冰轮环境

【氢气循环系统】：汉钟精机

【DC转换器】：英威腾。

【储氢罐】：富瑞特装、中材科技、京城股份

3.下游整车

美锦能源、中通客车、宇通客车、康盛股份、福田汽车、潍柴动力、金龙汽车。

三、氢产业链的龙头上市公司

制氢设备:隆基股份、潍柴动力。

制氢:宝丰能源、中国石化。

氢燃料电池:潍柴动力，上海神力（亿华通-U的子公司），上海重塑（大洋电机参股）。