探析新能源车用电动空气压缩机的发展趋势

本文首发《汽车测试报告》4月上刊期，由作者授权发布

摘要：近几年来新能源车辆发展势头迅猛，需求量不断攀升，电动空气压缩机是新能源商用车辆气制动系统核心关键部件之一，处于不断更新换代中，同时，因市场优胜劣汰原则，各电动空气压缩机的生产厂家，正积极寻求发展方向。基于此，结合车用电动空气压缩机的市场应用情况，对车用电动空气压缩机的发展趋势展开分析。

关键词：新能源；新能源汽车；电动空气压缩机

作者简介：
杨柳，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司高级工程师，研究方向为汽车零部件设计；
朱彬，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司工程师，研究方向为汽车零部件设计；
周胜博，瑞立集团瑞安汽车零部件有限公司工程师，研究方向为汽车零部件设计。

当前石油资源日益短缺，城市污染日趋严重，世界各国都在积极推动新能源汽车的发展。我国是能源消耗大国，石油严重依赖进口，故发展新能源汽车已成为我国国家战略，是我国从汽车大国走向汽车强国的必经之路，作为绿色能源代表的新能源商用车应运而生。电驱动空气压缩机作为新能源商用车辆制动系统的核心零部件，其各方面性能直接关系到车辆制动系统的运行性能和可靠性，同时影响到整车的经济、环保、舒适性能。我国是发展中国家，道路设施建设相对落后，道路上行人车辆混行、机动车非机动车混行，交通状况复杂；地理状况复杂，包含山地、高海拔等路段。这些对汽车的制动系统性能提出了更高的要求，也要求气源装置必须提供有更高压力的气源、更加可靠的运行性能、更长的使用寿命等[1]。

1 发展背景

自2012年国务院印发《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》以来，我国坚持纯电驱动战略取向，新能源汽车产业取得了巨大成就，成为世界汽车产业发展转型的重要力量之一。2020年国务院办公厅发布的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》提出，到2025年，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右，力争经过15年的持续努力，我国新能源汽车核心技术达到国际先进水平。纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化，燃料电池汽车实现商业化应用[2]。

电动空气压缩机为车辆气压制动系统、空气悬挂系统或其他辅助用气装置提供压缩空气，是新能源电动汽车必不可少的关键零部件之一，是新能源商用汽车制动系统的核心部件。随着国家推广新能源汽车，应用财政支持政策的推出以及各地新能源汽车地方性政策的推出，都为电动空气压缩机的发展提供了一个巨大的市场，下图为常见传统空压机与电动空气压缩机的对比[3-5]。

2 电动空气压缩机的发展现状

随着新能源商用汽车的发展，电驱动空压机应运而生，市场上出现了多种不同结构类型的电动空气压缩机，根据各汽车厂商近十年来的市场验证，螺杆式空压机、滑片式空压机、涡旋式空压机等机型，由于油气乳化、排气压力低、可靠性差等原因，已经难以满足各车用工况需求，逐步被市场所淘汰，目前国内市场的电动空气压缩机以活塞式空压机为主[6]。

对 比 项

有油活塞式

螺杆式

滑片式

涡旋式

润滑油种类

传统柴油机机油

专用螺杆机油

专用滑片机油

/

润滑油对行车安全性

安全

如果保养不及时、污染用气系统，使其中的橡胶件发胀、老化，容易造成制动系统失效

/

润滑油消耗量

较少

较大

较大

/

润滑油乳化变质

无

极易

极易

/

润滑油环境适应性

与外界接触少

易受外界空气污染

易受外界空气污染

/

油气分离器

不需要

必需

必需

/

油分离器滤芯寿命

/

短

短

/

润滑油温控制

不需要

必需

必需

/

环境湿度影响

较小

较大

较大

/

排气压力

可以短时过载

一般

一般

较低

特殊维护经验要求

无

较高

较高

很高

环境适应性

很好

差

差

差

使用寿命

很好

差

差

差

3 活塞式电动空气压缩机的发展趋势

目前市场上所用的电动空气压缩机基本上还是有油活塞式空压机，其不但需要定期加油、换油维护，而且一旦出现“串油”漏油等故障，还会额外增加不少费用，甚至造成二次污染。因此，开发全无油电动空气压缩机，不但可以为用户节省大笔润滑油的费用，而且全无油电动空气压缩机对用气管路完全无损害，也不会出现油污染、泄露的风险，有助于推动新能源的发展，促进绿色环保。通过这几年的无油空压机市场应用及用户反馈，活塞式电动空气压缩机目前已向着无油空压机的趋势发展[7]。

4 无油空压机的发展现状

4.1 国外相关产品与技术发展概况

国外的无油空压机主要应用在轨道机车上，以大型空压机居多，代表品牌有克诺尔、法维莱、阿特拉斯、英格索兰等，目前新能源车的发展主要在国内，这几家品牌对中国的应用环境缺乏足够理解，再加上生产成本过高，所推出的无油一级压缩产品在该领域还无法形成竞争力。

4.2 国内相关产品与技术发展现状

目前国内用于新能源车的无油电驱动空压机主要是涡旋式空压机，其主要通过两个动静盘上的型线相互贴合来挤压压缩气体，零部件少，效率较高。但是由于动静盘间的密封间隙非常小，因此要求所压缩的气体必须非常洁净，否则气体杂质会造成空压机迅速磨损，导致密封失效，无法压缩气体，而且动静盘一旦损坏，必须整体更换，所占成本达50%左右。新能源车用空压机大多布置在扬尘多、环境潮湿的底盘处，这些对无油涡旋空压机都是非常不利的，并且排气温度高，不符合新国标GB7258的标准，难以满足1MPa以上高压气体的需求，故目前无油活塞式成为发展主流。

4.3各类型无油空压机性能的对比

类型

无油活塞式空压机

无油涡旋式空压机

排气压力

活塞式建高压能力强，轻松满足2017年新国标对1Mpa以上压力的要求

受限于涡旋密封结构，高压密封性能差，导致其排气压力低，高压性能衰减严重长时间难于达到1Mpa

结构密封

采用电机直连式驱动，传动结构简单可靠性高；高压排气衰减小

其运动件之间需保持一定的运动间隙来达到密封效果，导致其对密封件要求高，密封结构复杂，易热变形泄露

环境适应性

环境适应性强，IP67以上防护等级，可在恶劣环境（高温、低温、高原）中工作

动、静盘多为曲面结构，曲面加工精度要求高，动、静盘上下端面密封要求高，导致其对环境要求较高

整机散热

泵头采用风冷/水冷+冷却器方式，散热果好

由于其内部工作腔无法实施外部冷却，使其内部热量难于导出，局部高温严重，排气温度高

维护保养

无需特殊保养维护，只需清理空滤

对密封要求较高，密封件磨损快，导致其对密封件定期保养，而对密封件的保养，需拆整机，保养难度大，动静盘一旦损坏需整体跟换，费用高昂

使用寿命

可靠性高，使用寿命长

由于其特殊密封结构，导致其使用寿命受其工况环境影响很大，且工作时各运动部件长期在高温、高湿、高压环境下，工作寿命很短，导致其整机寿命不长

5 无油活塞式空压机的发展趋势

随着国标GB 7258的实施，商用车对整车制动系统气源压力提出1MPa以上高压气源的要求，各大汽车厂商对节能减排提出了更高的要求，个别汽车厂商更是提出整车气源压力达1.25MPa以上的需求，无油空压机逐步向着两级压缩高效率、高排气压力、低排气温度、长寿命的方向发展。

两级无油活塞式空压机的优势如下：

对比项目

两级无油电动空气压缩机

一级无油电动空气压缩机

排气压力

两级增压，级间冷却最大排气压力可达1.2MPa以上，几乎无衰减

一级压缩效率低，随压力上升排量衰减明显，难以满足1MPa

轴承负荷

两级压缩，低气体作用力，轴承负荷小，辅以原装进口轴承保障使用寿命

一级压缩轴承负荷高，寿命短

自润滑活塞环及导向环

分级压缩，压缩比低，低气体脉动，辅以成熟应用于轨道技术原装进口活塞环，保障使用寿命在8000小时以上，且活塞环、导向环均可更换。

单级压比高，气流脉动，寿命短，胶水粘接导向环易脱落，可靠性差，无法更换

缸孔技术

新型表面处理方式辅以镜面级加工Ra<0.2，低磨损保障使用寿命

粗糙度差Ra>0.8以上，磨损大

传动结构

双曲柄内支撑传动结构可靠性强

  单悬臂结构可靠性差

6 国内外发展趋势展望

目前，新能源商用车电动空气压缩机的市场主要在国内，国际汽车巨头与整车厂逐步加快开发步伐，国内外的发展路线有所差异。国外的汽车厂商趋向于向集成控制器总成模块化发展，辅以水冷路线；国内的主机厂控制器多合一，应用多年，路线成熟，发展趋势为独立压缩机模块。

二者均有朝着高性能小型化发展的趋势，行业龙头厂家提出流量密度指标（排量与质量之比值）与比功率一起构成衡量空压机性能核心指标，如下图。

7 结语

车用电动空气压缩机产业正处于快速迭代的发展阶段，其发展方向决定了后续行业的成长方向。同时，随着各大整车厂对空压机的性能的要求越来越高，各制造商将积极寻求性能更高、寿命更长、更加小型、经济性、舒适性、节能环保的产品，也对车用电动空气压缩机行业提出了更加严峻的考验，急需寻求一个可靠、正确的发展思路。

参考文献：

[1]喻志强,林子良,于洋.国内螺杆压缩机的发展现状[J].通用机械,2006(8):18-20.
[2]陈运来,闫帅林,王浩宇.电动空气压缩机在电动客车上的应用及发展[J].客车技术与研究,2018(6):19-22.
[3]张庶凯,郑金陶.商用车空气压缩机的发展[J].汽车与配件,2008(51):68-69.
[4]相德宝.车用空气压缩机现状及技术发展前景[J].汽车与配件,2017(5):58-59.
[5]赵志强,邹会彦,张蒙生.无油螺杆空压机润滑油含水的成因分析及改进[J].润滑与密封,2011(3):122-124.
[6]李天一,王雯,安震.车辆制动系统螺杆空压机组润滑油防乳化控制方法[J].城市轨道交通研究,2020(4):51-53.
[7]张君.滑片式空气压缩机关键部件的性能分析和研究[D].沈阳工业大学,2012.

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