1.综述：奖补政策推动产业规模化，行业降本拓宽未来空间
1.1黎明已至,当下燃料电池正如-锂电池
燃料电池产业与锂电产业发展路径十分类似，前期技术突破瓶颈后，依靠政府政策推动实现规模放大与成本下降，后续产业通过内生驱动成本下降，扩大规模。不同的是，锂电池经历过消费电池产业化，成本已有较大幅度下降，而燃料电池发展时间较短，仍处于早期。燃料电池具备高功率密度、长续航，适用于重载车；与锂电池乘用车互为补充。
中国燃料电池产业目前与-年锂电池极为相似。政策自上而下支持，技术达到产业化条件，产业开启有条件的商业化运营，产业链国产化迅速，企业加快布局速度，资本市场投融资热度持续上升。我们判断，中国燃料电池产业处于产业上行初期，伴随成本下降，3-5年内将进入高速成长期。
1.2国家政策支持力度加大，行业规模预计提升数倍
中国对于燃料电池发展支持处于循序渐进状态，我国从年就确立了“计划电动汽车重大专项”项目，确定三纵三横战略，以纯电动、混合电动和燃料电池汽车为三纵，以多能源动力总成控制、驱动电机和动力蓄电池为三横。近期随着燃料电池产业发展逐渐成熟，中国在燃料电池领域的规划纲要和战略定调已经出现苗头，支持力度逐渐加大。
9月21日，财政部、工信部、科技部和能源局等联合下发《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知（财建〔〕号）》，对燃料电池汽车的购置补贴政策调整为燃料电池汽车示范应用支持政策，对符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励，形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展新模式。根据燃料电池汽车城市群示范目标和积分评价体系，示范城市补贴上限分最多可以拿到1.7万分，1分奖励10万元，对应奖励总额17亿元。参考电动车曾经的十城千辆，假设最终示范城市有10个，则国家总奖励可达到亿（4年），平均每年奖励42.5亿元，而年燃料电池汽车产辆辆，对应国补总金额11.3亿元，燃料电池产业实际补贴总额将迎来大幅提升，相应产业规模也将迎来数倍提升。
全国以富氢优势、弃电较多或者产业领先为代表的地区重视燃料电池发展，多地市兴建氢能产业园区，氢能小镇和产业集群等，推动燃料电池公交、物流车示范运营，目前已有18城市群申报氢能示范城市。
北京、上海和广东等多地先后发布最新氢能产业规划《北京市氢燃料电池汽车产业发展规划(-年)》提出年前，培育5-10家具有国际影响力的氢燃料电池汽车产业链龙头企业，力争实现氢燃料电池汽车累计推广量突破1万辆，氢燃料电池汽车全产业链累计产值突破亿元；《上海市燃料电池汽车产业创新发展实施计划》提出到年，上海燃料电池汽车产业发展实现“百站、千亿、万辆”总体目标，规划加氢站接近座并建成运行超过30座，形成产出规模约0亿元，推广燃料电池汽车接近00辆。《广东省加快氢燃料电池汽车产业发展实施方案》提出开展氢燃料电池汽车规模化推广应用，加快推进加氢站规划建设和多渠道增加氢源供应。
1.3燃料电池成本下降超预期，长期行业规模将达万亿
中国燃料电池产业链国产化进入快速通道，年燃料电池系统国产化程度30%，仅掌握系统集成、双极板、和DCDC，其他零部件均依赖进口，年燃料电池系统国产化程度60%左右，电堆、膜电极、空压机和增湿器均自主可控；氢循环泵、气体扩散层、催化剂和质子交换膜环节均处于加速研发中，国产化率有望继续提升。
得益于燃料电池产业链国产化，燃料电池成本与售价迅速下降，年10月，电堆龙头国鸿氢能发布会提到，公司鸿芯G1电堆给到战略合作伙伴的售价为元/kW，价格降幅大超预期。根据测算，年行业燃料电池系统和电堆平均成本分别为元/kW、元/kW；预计年系统和电堆平均成本分别为元/kW、0元/kW，期间成本降幅60%左右。
燃料电池前中期应用于商用车，远期应用场景涵盖交通、储能和发电等领域，远期市场规模达到万亿级别。氢燃料电池的发展离不开加氢站普及，商用车线路固定，加氢站需求少，是最适合发展燃料电池的应用场景，氢燃料电池将首先起量在商用车，中长期看商用车的柴油发动机完全可以被氢燃料电池替代，远期应用将拓展至交通（乘用车、商用车、轮船和列车）、发电和储能领域。根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》，氢能未来将成为中国能源体系的重要组成，预计到年氢能需求量接近万吨，年经济产值超过10万亿元。
2.整车：重卡时代将要来临
2.1产销仍处于小规模，车型功率持续提升
燃料电池汽车产销仍处于小规模，预计年将达到万台级规模。根据中汽协数据，年燃料电池汽车产量辆，同比增长86%；年因为奖补政策直到9月23日出台，示范城市审批结果预计年底或者21年出才能出台，1-9月燃料电池汽车产销分别完成辆和辆，同比分别下降56.7%和53.7%；伴随奖补政策逐渐落地，预计年燃料电池汽车将迎来万台级产销。
年目录上榜车型燃料电池功率大多集中在30KW，年的车型功率集中在40KW-50KW，年车型功率大多在60KW-80kW区间，年车型将以80kW功率为主。
据交强险数据口径，年国内燃料电池汽车上牌数目合计台。分车型看，燃料电池运输车共计搭载台，占比39%，配套系统装机总量39.6MW，单车配套系统功率均值31.8kW；燃料电池客车搭载台，占比37%，配套系统总装机49.2MW，单车系统均值41.8kW；此外保温车、冷藏车等专用车型共计搭载燃料电池系统台，装机量合计37.6MW。
交强险数据显示年中通客车全年上牌量辆，占比达到34%，为全国首位；上海申龙全年上牌量辆，占比27%，居于次席；此外上汽大通、佛山飞驰、郑州宇通、金龙汽车（包含厦门金龙、厦门金旅联合、南京金龙、金龙联合）上牌数均超过百辆，北汽福田、金华青年、中植汽车、南通皋开上牌量超过50辆。
2.2商业化运营规模持续扩大
截止目前投入运营车辆约辆，其中公交辆左右，物流车约辆，轻客89辆。其中，燃料电池物流车在上海已经商业化运营超过2年时间，目前在运营数量达到辆左右（加氢站限制），运营里程超过0万km，用户包括京东、申通快递、盒马鲜生、宜家等物流用户。
2.3重卡车型将成为主流
燃料电池具备高能量密度，长续航历程，运营阶段零排放的特点，是目前重载领域电动化的最优方案。国内燃料电池汽车推广由公交及轻卡物流车等商用车型切入，公交客车、轻卡物流车是目前国内燃料电池汽车产销、运营的主力车型。重卡对系统功率提出更高要求，目前国内多家系统厂商产品功率超过百千瓦，使用寿命多突破00h，提供了重卡车型的国产化前提，重卡车型成为FCV整车推广的新鲜面孔。年9月，江铃汽车SXQJ1A2FCEV重汽牵引车成为国内首款进入工信部《道路机动车辆生产企业及产品公告》的燃料电池重卡，搭载江苏清能联合上海杰宁新能源合作开发的95kW燃料电池系统，续航里程超过km，第一批车辆在年1月投放宝钢运营。10月，3辆氢能源集卡车在山东青岛投入实景测试运营，开启国内重卡港口运营模式的尝试。截止目前，已有佛山飞驰、上汽红岩、陕汽集团、江苏奥新等燃料电池重卡车型亮相，系统功率多在百千瓦上下，续航里程在~km左右。此外，年12月，由潍柴动力、中国氢能联盟与国家能源集团联合研发的国产吨以上氢燃料电池混合能源矿用自卸车成功下线，充分体现了氢能在重载领域的应用潜力，也证明了国内企业已经初步具备在重载、超重载领域实现燃料电池对柴油机的替代能力。
奖补政策鼓励车型朝大功率与重载方向发展。根据燃料电池汽车城市群示范目标和积分评价体系，对于货车和客车来说，功率和载重越大，对应的国家奖励金额则越多。以年积分标准测算，50kW车型，奖励13万/辆，80kW12吨车型奖励22.9万/辆，kW25吨+车型奖励47.3万/辆，kW31吨+车型奖励54.6万；假设地补1:1的话，则50kW总补贴26万；80kW12吨总补贴45.8万；kW25吨+总补贴车94.6万；kW31吨+总补贴车.2万。一方面燃料电池适用于重载领域，另一方面奖补政策的鼓励进一步刺激产业链企业向燃料电池重卡方向发展，我们预计未来燃料电池主要应用车型将是重卡。
3.中游燃料电池：国产化率达到70%，技术与成本优势企业有望提升市占率
3.1系统集成显现国际化竞争力，行业格局将在未来三年奠定
系统产业链国产化达到70%，成本快速下降，预计到年成本下降至元/kW。中国燃料电池产业化历经三年时间，产业链国产化程度从的30%提升至目前的70%，电堆、空压机、DCDC、加湿器均实现不同程度的国产化，同时燃料电池系统成本也随之快速下降，-预计燃料电池系统平均售价分别为元/kW、元/kW、、元/kW。
技术水平持续提升，国际化竞争力开始显现。中国燃料电池系统在功率密度、冷启动温度方面不逊色于国外一流企业，亿华通YHTG60SS、重塑科技镜星11系统功率密度达到W/kg，超越Ballard和Hydrogenics产品；在寿命方面也与国外产品差距不大，重塑科技CAVEN系列产品达到1.2万小时，超越Hydrogenics产品寿命。中国燃料电池系统产品竞争力强劲，开始拓展海外市场，年第46届东京车展上，三菱扶桑卡车和公共汽车公司（MitsubishiFusoTruckandBusCorporation）展示其首款氢燃料电池轻型卡车FUSOVisionF-Cell，车辆系统由中国燃料电池系统龙头重塑科技提供。日本为全球燃料电池技术的领头羊，三菱扶桑选择重塑科技作为系统供应方，充分说明了商用车燃料电池系统领域里，国产龙头的技术已经可以媲美国际领先水平。
具备先发、技术和成本优势企业将赢得长跑。燃料电池系统行业资金壁垒较低，年产业开始急速升温，创业企业大量增加，产能也随之快速上升，根据统计年国内燃料电池系统产能超过1.6万套；然而产业尚处于导入期，规模化应用时期尚未到来，燃料电池系统产能短期相对富余，但并不严重。
当前燃料电池系统产业格局初显，但是各企业之间差距并不巨大，系统环节仍处于充分竞争的阶段，未来三年后龙头企业有望和其余企业拉开数千台级别装机差距，彼时行业格局将要奠定。当前具备先发优势的龙头企业上海重塑装机量超过辆车，紧随其后的亿华通装机量辆左右，其余企业装机量大多在百台级或者数十台量级，行业龙头和后续企业量级差距在数百台，差距并不十分明显；未来伴随产业发展，国内燃料电池汽车有望在年达到万台产销量级别，行业二梯队企业和龙头企业可能会有数千辆的装机差距，产业将形成寡头格局。
成本、可靠性和寿命，是系统环节最重要的比拼指标。产业前期，上游供应链并不完全成熟，各家系统企业面临相同的上游供应链，比拼的主要是各企业对系统和燃料电池的理解，具备强研发能力的企业可以率先研发出高可靠性的系统，然后凭借稳定性优势扩大下游运营规模。在产业中后期，系统公司将会切入上游电堆、DCDC、空压机、氢循环泵等核心零部件环节，以图提升价值量和上游壁垒，此时各企业成本和性能会有明显差异，龙头企业将会明显垄断市场。
3.2电堆实现国产替代，强者恒强
技术路线方面，石墨板电堆和金属板电堆技术研发并行发展；应用层面，石墨板电堆占据绝对主流。当前中国燃料电池产业链成本较高，加氢站基础设施缺乏，商用车兼具补贴较高和加氢站依赖程度相对较低优点，是目前主要商业化应用场景。石墨板电堆因为耐腐蚀，具备长寿命优点，当前因为应用场景主要集中于商用车，所以石墨板电堆在下游应用占据绝对份额；金属板电堆体积功率密度高，启动快，但因为燃料电池弱酸环境下，寿命相对较短，更加适合于乘用车。考虑到燃料电池应用商业模式，我们认为石墨板电堆将在未来5-10年时间仍是主流地位；金属板电堆将在年后逐步放量。
国产电堆功率密度快速上升，可靠性和寿命仍待观察。提高电堆功率密度一方面有利于降低成本，另一方面有利于车型配套，目前国内金属板电堆功率密度达到3.1kW/L，和丰田Mirai电堆功率密度一致；国内新一代石墨板功率密度较高者达到3kW/L以上，部分企业在研发石墨板电堆功率密度超过4kW/L，相对巴拉德9ssl电堆1.7kW/L有大幅提升。国产电堆的短板主要是在可靠性和寿命方面，国产石墨板电堆寿命大部分在1万小时左右，低于巴拉德9ssl电堆；国产金属板电堆寿命基本不超过小时，电堆寿命和可靠性仍需跟踪。
技术引进实现国产替代，国鸿氢能占据市场绝大部分份额。目前国内电堆厂商主要有两类：（1）自主研发，以上汽捷氢、新源动力、神力科技和氢璞创能等为代表；（2）引进国外成熟电堆技术，以广东国鸿和潍柴动力为代表。自年开始，国鸿氢能引进寿命超过2万小时巴拉德9ssl电堆生产技术，国产电堆开始实现国产化。年燃料电池电堆出货48.6MW，国产化率达到80%；年燃料电池电堆出货量达到95MW，国产化率达到95%；得益于9ssl电堆的高可靠性和长寿命，国鸿氢能连续两年市占率超过70%，成为国内市场龙头企业。
电堆创业公司大量增加，将迎来激烈竞争，成本优势龙头将持续提升市占率。电堆行业具备资金壁垒不高和技术壁垒高特点；年产能1万台电堆产线资本开支在1亿左右，伴随海内外燃料电池创业人才增加，近两年国内电堆创业企业大量增加，截止年国内燃料电池电堆公司数量超过20家。目前先行公司如国鸿氢能、上汽捷氢、氢璞创能和江苏清能等，实现批量供货，国鸿氢能和年市占率达到70%左右；其余大部分公司产品在小批量验证和路测阶段，预计在年绝大部分公司产品完成可靠性验证，届时电堆产业竞争将进入异常激烈时刻。电堆是燃料电池系统最重要部件，成本占比最高，可靠性和成本是下游评价主要指标，我们认为具备成本优势的企业市占率将持续提升。
3.3膜电极国产化开启，年开始批量供货
年膜电极国产化元年，各家企业经历小批量验证，年将开始批量供货，实现国产替代。年国内主要三家膜电极企业鸿基创能、擎动科技和武汉理工氢电均投产了卷对卷涂布产线，武汉理工氢电1月14日产线投产，膜电极产能达到2万平米/年；苏州擎动2月23日自主研发的“卷对卷直接涂布法”膜电极生产线正式投产，膜电极年产能万片；鸿基创能膜电极产线3月27日竣工，发布HyKey1．0产品。三家膜电极企业产品均开始批量供货，理工氢电膜电极长期供给国外PlugPower叉车系统；擎动膜电极已经供给国内氢璞创能等电堆公司，搭载擎动膜电极的奥新燃料电池物流车在年5月份投入德州运营；鸿基创能膜电极年8月份开始投产，产品已经经过下游电堆厂家验证，性能出色。
国产膜电极功率密度突破1W/cm2，替代进口后有望驱动电堆成本下降30%和电堆功率密度提升。三家企业膜电极功率密度普遍超过1W/cm2，高于国外巴拉德膜电极，铂金载量低于0.3mg/cm2，预期寿命普遍在-0小时区间，实际情况仍需装车检验。膜电极占电堆成本达到60%以上，过去国内膜电极主要是进口巴拉德、庄信万丰等企业，产品价格居高不下，伴随国内膜电极产品导入，年电堆成本下降30%。
当前MEA生产工艺主要是CCM法，制备方法由喷涂走向涂布。膜电极技术经历了三代发展，大体上可以分为热压法、CCM（catalystcoatingmembrane）法和有序化膜电极三种类型。目前大部分厂商选择第二代CCM三合一膜电极技术，年以前国内绝大部分企业采用喷涂法制备CCM，年开始，领先企业转换用涂布法制备CCM。有序化膜电极是当下工艺发展趋势。有序化膜电极能兼顾超薄电极和结构控制，拥有巨大的单位体积的反应活性面积及孔隙结构相互贯通的新奇特性，可以达到高效三相传输、高Pt利用率、高耐久性，使其成为了PEMFC领域的研究热点，也是下一代膜电极制备技术的主攻方向。
3.4质子交换膜主要依赖进口，国产产品性能与寿命仍有提升空间
质子交换膜是质子交换膜燃料电池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）的核心部件，对电池性能起着关键作用。它不仅具有阻隔作用，还具有传导质子的作用。
全氟磺酸膜是主流质子交换膜。质子交换膜根据含氟情况进行分类主要包括全氟磺酸膜、非全氟化质子交换膜、无氟化质子交换膜和复合膜。目前世界上主流质子交换膜是全氟磺酸膜，全氟磺酸聚合物具有聚四氟乙烯结构，其碳-氟键的键能高，使其力学性能和化学稳定性优异，其聚合物膜的使用寿命远远好于其他膜材料的使用寿命，其次分子链上的亲水性磺酸基团具有优良的氢离子传导特性。全氟磺酸膜也是目前在PEMFC中唯一得到广泛应用的质子交换膜，如美国杜邦的Nafion膜、陶氏公司的Dow系列质子交换膜、日本旭化成公司的Aciplex膜和日本旭哨子公司的Flemion膜，其中Nafion膜应用最广泛。
质子交换膜国产企业有在持续研发，国内东岳集团可量产DF系列膜，但是目前主要依赖进口。目前市场上主要生产全氟磺酸膜的企业主要来自于美国、日本、加拿大以及中国，其中戈尔的Select复合膜广泛应用于燃料电池，丰田Mirai、本田Clarity和现代ix35均采用戈尔Select系列膜。除此以外，质子交换膜还有杜邦的Nafion系列膜、陶氏化学（DowChemical）的Xus-B膜、3M的全氟磺酸膜、日本旭化成的Alciplex系列膜、旭硝子的Flemion系列膜、加拿大Ballard的BAM膜和比利时Solvay的系列膜。
在国内，山东东岳集团质子交换膜性能出色，具备规模化生产能力。4年，东岳集团联合上海交通大学研发出质子交换膜，经日本丰田公司和德国Fuma.Tch公司分别检测，东岳公司生产的质子交换膜性能出色不逊于同类产品。目前，东岳DF膜厚度做到15um，在OCV情况下耐久性大于小时；膜运行时间达到小时；在干湿循环和机械稳定性方面，循环次数都超过2万次。东岳DF膜技术已经成熟并已定型量产，11月18日，东岳质子交换膜万平米质子交换膜生产线一期工程投产。
3.5催化剂仍需进口，国内企业正在起步
催化剂是燃料电池的关键材料之一，其作用促进氢、氧在电极上的氧化还原过程。目前最好的催化剂仍是Pt和Pt基催化剂，当前铂金用量已经降至可接受水平，根据DOE数据，年Pt含量达到0.16g/kw，质量比活性大于0.5A/mg。目前，本田FCV和丰田二代Mirai燃料电池催化剂Pt含量降至0.12g/kw。
考虑到铂金昂贵和稀有，降低Pt用量一直是催化剂研究主要方向。对于质子交换膜燃料电池Pt用量的降低，一方面通过提高催化剂的催化活性来实现Pt用量降低，Pt质量比活性可以通过提高表面Pt的面积比活性来改善，改变表面Pt面积比活性的重要理论指导是Pt与其他金属发生相互间作用后，Pt原子的几何结构和电子结构发生改变。主要研究方向有Pt合金催化剂、Pt单层催化剂、Pt纳米管和Pt核壳等；另一方面寻找替代Pt的催化剂，包括钯基催化剂和非贵金属催化剂。
催化剂海外企业领先，国内正起步。在燃料电池催化剂领域，海外企业处于领先地位，已经能够实现批量化生产，而且性能稳定，其中英国JohnsonMatthey和日本田中（本田燃料电池车Clarity催化剂供应商）是全球铂催化剂的巨头。国内企业尚处于研究阶段，有三类机构：（1）催化剂创业企业，如上海济平、喜马拉雅等；（2）膜电极企业，如苏州擎动、鸿基创能等；（3）研究机构，大连化物所等。
3.6国内气体扩散层还处于小规模生产
多孔气体扩散层将膜电极组合体夹在中间，主要起气体扩散的作用。多孔扩散层的主要功能包括：①实现气体在催化层表面的扩散；②提供机械支撑；③导通电流；④排除反应生成水。扩散层的材质是经疏水材料处理的碳基材料（碳纸或碳布）。疏水材料的作用是防止水在扩散层孔中积聚，影响气体扩散。
气体扩散层材料按照基材的不同主要有碳纤维纸基材，碳布基材和金属基材等类型。其中碳纤维纸凭借制造工艺成熟、性能稳定、成本相对较低和适于再加工等优点，成为目前商业化的首选材料。
气体扩散层是目前燃料电池堆各部件中技术条件最成熟，商业化利用潜力最好的产品。目前，气体扩散层面临的主要挑战除了大电流密度下水气通畅传质的技术难点外，还存在缺乏大量生产的问题，这使得其成本在燃料电池堆的总成本中仍占相当一部分。DOE基于巴拉德（Ballard）动力系统公司生产的GDL进行成本估算，如大量生产（每年批量生产50万个电堆），其价格可下降到4.45美元/m2。因此，在研究提高扩散层的性能的同时，开发扩散层大规模生产工艺同样是研究重点。
目前碳纸产品主要由几个国际大生产商垄断，包括日本东丽（Toray）和德国SGL等。东丽目前占据较大的市场份额，且拥有的碳纸相关专利较多，生产的炭纸具有高导电性、高强度、高气体通过率、表面平滑等优点。国内产品尚处于小规模生产。上海河森公司和上海济平公司有小批量碳纸产品，台湾碳能科技公司的碳纸产品价格较低，获得了一定市场认可。
3.7石墨双极板实现国产化，金属板小批量供货
双极板是电堆中的“骨架”，与膜电极层叠装配成电堆，在燃料电池中起到支撑、收集电流、为冷却液提供通道、分隔氧化剂和还原剂等作用。双极板材料主要包括石墨、金属以及复合材料三类。石墨基双极板在燃料电池的环境中具有非常良好的化学稳定性，同时具有很高的导电率，是目前质子交换膜燃料电池研究和应用中最为广泛的材料。金属材料相比石墨材料具有更好的导电和热传导性能，同时金属材料良好的机加工性能会大大降低双极板的加工难度。复合材料双极板能较好地结合石墨板与金属板的优点，使电堆装配后达到更好的效果。
石墨双极板因为耐久性长，广泛应用于商用车，基本实现国产化。石墨基双极板的主流供应商有美国POCO、美国SHF、美国Graftech、日本FujikuraRubberLTD、日本KyushuRefractories、英国Bac2等。石墨双极板难度较低，基本已实现国产化，国产厂商主要有上海弘枫、杭州鑫能石墨等。
乘用车燃料电池具有高能量密度需求，金属双极板相较于石墨及复合双极板具有明显优势。如日本丰田Mirai燃料电池汽车用金属双极板PEMFC模块的功率密度达到3kW/L，英国IntelligentEnergy的新一代EC-金属双极板燃料电池模块的功率密度达到5kW/L。金属双极板使PEMFC模块的功率密度大幅提升，金属双极板已成为乘用车燃料电池的主流双极板。目前金属双极板主要供应商有瑞典Cellimpact、德国Dana、德国Grabener、美国treadstone等。国内上海治臻、佑戈等已经开发了包括氢空/氢氧、空冷/水冷等适用于各种环境的多款量产金属双极板，治臻金属板已经小批量供给上汽捷氢金属板电堆。
复合材料双极板近年来也开始有应用,如石墨/树脂复合材料、碳/碳复合材料等，国内具备研制能力。
3.8空压机：中低端空压机国产替代，价格大幅下滑
空压机向系统供应压缩空气，是燃料电池系统关键零部件之一，其性能直接影响燃料电池系统的效率、紧凑性和水平衡特性。燃料电池的化学反应对空气的温度、湿度、压力和流量等参数有着严格的要求，普通的工业压缩机无法满足燃料电池的工作要求，因此性能优越且与燃料电池系统匹配良好的空压机，对于燃料电池系统至关重要。无油、高效、小型化、低成本、低噪声、喘振线在小流量区和良好的动态响应能力等是对燃料电池系统专用空压机的基本要求。
燃料电池空压机领域主流技术路线分别是机械式（罗茨式、螺杆式）和离心式，离心式空压机又分机械轴承与空气轴承两种方案。
罗茨式空压机属于容积回转压缩机，这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程找那个从吸气口带走气体，当移到排气口附件与排气口相连通的瞬时间，因有较高压力的气体回流，此时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道。两转子互不接触，靠严密控制的间隙实现密封，故排出的气体不受润滑油污染。丰田Mirai使用高效六叶螺旋罗茨方式空压机，在低负载时流量约为L/min，在高负载时约为L/min，最大压比约为3。DOE与美国伊顿公司基于P级和R级罗茨式压缩机研制了新型空气供应系统。改进后的压缩机可以提供压比2.5、流量92g/s的压缩空气，并由电机和膨胀机联合驱动，通过调整峰值效率点，使其适用80kW燃料电池系统。罗茨式空压机在做功能力、功率密度以及经济性等方面具有较大的优势。
螺杆式空压机利用螺杆间的空气槽压缩空气，使用脂润滑轴承的无油螺杆压缩机能够保证供气中绝对无油。它能够提供可变压比，在燃料电池低负载时，可以保持水平衡特性。喷水螺杆压缩机可以提供系统部分用水，还可以降低供气温度，避免水平衡由于环境或者温升而破坏，提高压缩机的效率，增加燃料电池系统的能量密度，是比较理想的燃料电池专用空压机。
离心式空压机具有结构紧凑、响应快、寿命长和效率高等特点。它通过旋转叶轮对气体做功，利用离心升压和降速扩压作用，将机械能转换为气体压力能，但在低流量时发生的喘振现象，会严重影响系统性能和使用寿命。本田公司Clarity燃料电池汽车、现代ix35燃料电池汽车和戴姆勒GLCF-Cell燃料电池汽车均采用离心式空压机，其中本田公司旗下Clarity燃料电池汽车采用的是两级电动增压方式。
国产空压机突破，价格断崖式下跌。在年以前，国内氢燃料电池空压机市场基本被国外品牌所垄断，主要进口美国UQM,美国盖瑞特等企业产品，进口空压机价格居高不下，单台价格超过10万/台。年以后，随着国产空压机技术提升，空压机开始迅速国产化，用于商用车的中低端空压机基本使用国产品牌，高端乘用车空压机仍需进口，伴随国产产品导入，空压机价格也快速下跌，单台价格在2-5万区间。目前国产空压机厂商可分为两类，一类是传统的压缩机厂商，通过并购或者自主研发切入燃料电池空压机领域，如雪人股份、汉钟精机、金通灵和冰轮环境等；一类是燃料电池专用空压机研发厂商，如势加透博、广顺新能源等。
雪人股份开发的空压机具有重量轻、耐磨性好、效率高、体积小、防腐蚀、高精度等特点。其中OA型空压机最大空气流量可达g/s，压比可达2.8，具有IP67的防护等级，达到国际先进水平。
势加透博公司开发的XTFCC离心空压机，采用两级增压，压比达到2.5，流量g/s，应用空气箔片轴承，具有超过10万次的启停寿命。
3.9氢气循环设备：氢循环泵是当前主流，引射器并行发展
在质子交换膜燃料电池中，保持质子交换膜的水平衡对电堆的寿命有重要意义。一方面，水含量过低会产生干膜现象，妨碍质子的传输；另一方面，水含量过高会产生水淹现象，阻碍多孔介质中气体的扩散，导致电堆输出电压降低。此外，从阴极侧穿透到阳极的杂质气体不断累积，也会对电堆的性能造成影响。
针对以上堵水和气体渗透的问题，通常采用排氢的方法，将电堆内部生成的水和累积的杂质气体排出。排氢频率太低，容易导致堵水和杂质气体累积，从而导致电堆性能下降；排氢频率太高，则既浪费了氢气，又带来潜在危险。为保证PEMFC稳定高效运行，同时提高氢气利用率，通常采用氢气循环的方法，即氢气把电堆内部生成的水带出后，经水气分离装置将液态水分离，再将氢气循环送回到电堆阳极重复使用，同时对新鲜氢气进行加湿。
目前主要的氢气循环设备有氢循环泵和引射器两类设备，具体方案可采取单级引射器、双级引射器并联、单级循环泵、引射器和循环泵并联等。
传统循环泵在涉氢涉水环境下，易发生“氢脆”，氢循环泵在结构和材料的设计上不同于传统循环泵，技术难度要高很多，氢循环泵需要具备密封设计好（氢气容易泄露）、耐水性强（经过电堆反应后剩余的氢气带有少量水蒸气）、流量大（适应大功率电堆）、压力输出稳定（低压转为高压）、无油（保证氢气纯度）等特点。氢循环泵难度较大，目前国内产品处于研发验证阶段，尚不成熟，国内系统企业主要是进口德国普旭氢循环泵，普旭在中国市占率达到90%。
引射器利用高速喷射工作流体造成的压差将喷出的气体不断吸入并再喷出，相比氢气循环泵，这种装置无移动部件、结构简单、运行可靠，而且无寄生功率，是实现燃料电池氢气循环利用的理想装置。已有的质子交换膜燃料电池(PEMFC)系统引射器设计多采用开环设计，无法体现其应用于实际系统时的工作特性。引射器的设计工况点通常为最佳工况点，通过优化引射器的设计尺寸改变其工作特性和最佳工况点。设计上，引射器的最佳工作区间应该能够覆盖PEMFC系统的全部工作区间。以往的研究大多采用增加引射器移动部件或采用引射器与循环泵并联的方法实现设计目标。
国内企业涉足氢气循环泵的主要有雪人股份、大洋电机、思科涡旋、艾尔航空、汉钟精机、济南思明特、浙江恒友、伯肯节能等。思科涡旋产品主要是涡旋式氢气循环泵，今年4月15日，公司收到东风（武汉）工程咨询有限公司组织的东风汽车集团股份有限公司技术中心《FCEV-回氢泵采购3》项目的《中选通知书》；艾尔航空开发出爪式氢气循环泵，实现小批量供货。
3.10燃料电池DCDC
DC/DC是新能源汽车中不可或缺的辅助性电子设备，是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，也称为直流斩波器。在新能源汽车领域，分小功率DC/DC和大功率DC/DC两种应用场景。其中小功率DC/DC作为高压转低压装置及12V电压稳定器使用。大功率DC/DC的作用为高压升压器，燃料电池汽车在国内当前的电电混合技术路线下，大功率DC/DC是必不可少的器件。
在燃料电池轿车的实际应用中,一方面考虑到目前燃料电池价格较高,而单节燃料电池电压较低(0.7V左右),且工作电压大小因负载而定,因此有必要将燃料电池输出电压与负载正常工作电压之间进行合理转换。另一方面,考虑到在燃料电池氢气和空气供给过程中出现的一些扰动会使燃料电池堆的输出电压发生波动,从而母线电压也会产生一定幅度的波动,如果在母线和用电器之间没有抗扰动装置的话,燃料电池轿车上用电器的工作电压可能处于过压或者低压状态,长时间运行的话,会影响所配设备的寿命,这就要求所配降压DC/DC具有较好的抗干扰性能,当负载突然变化时,输出电压能够尽快恢复平衡。
燃料电池系统DC/DC除了实现功率变换功能以外，具备以下特殊性：1）实现整车能量分配控制，优化整车动力性和经济性；2）弥补燃料电池电气特性，实现宽范围电压输入和稳定输出；3）快速提升燃料电池温升，实现低温快速启动；4）在线诊断燃料电池状态，延长电堆寿命。
DC/DC效率差距不大，功率密度和一致性等落后于日韩，成本依赖半导体行业降本。燃料电池DC/DC代表企业主要有美国Victor、lucent、日本Cosel、本田和现代等；国内燃料电池DC/DC企业有欣锐科技、英威腾、合康动力、中科绿能等。国产企业效率普遍在95%以上，与日韩先进产品差距不大，但是体积功率密度上远低于日韩先进企业，国内DC/DC体积功率密度低于1.6kW/L，而日韩产品功率密度可达8kW/L以上，此外国内产品一致性和可靠性有待提升。降本方面，燃料电池汽车采用的DC/DC依托于半导体行业的发展。
4.氢气：降本路径明确
4.1氢气制取：区域禀赋决定制氢方式
我国氢气来源广泛且低廉，目前年制氢量0万吨左右，是全球第一大产氢国，当前氢气主要来源为化石能源制氢，占比96%，水电解制氢占比4%
当下燃料电池汽车规模较小，主要制氢依靠工业副产氢，制氢成本14.3-16.5元/kg；随着燃料电池车规模的提升，天然气/煤制氢可以提供大规模、低成本的氢气供应（6.6-16.5元/kg）；未来弃风弃光电解制氢将成为最洁净环保的能源利用方式，电解水制氢成本与电价高低密切相关。
4.2储运：短期气氢拖车运输，中长期液氢远距离运输
气氢拖车是目前及未来一段时间的主要运输方式。20MPa长管拖车是当下主流运氢方式，百公里充装及运输成本达到8.8元/kg，km运输成本达30.8元/kg；接下来长管拖车会升级到45MPa储氢瓶车。
中期将使用液氢罐车进行中长距离储运，液氢运输能力是气氢拖车的十倍以上，配合大规模可再生能源或者核电的弃电，是燃料电池大规模部署后的氢气解决方案；液氢百公里运输成本达到8.36元/kg（包括液化和运输），km运输成本达到10.34元/kg。
管道氢气运输运营成本低、运输规模庞大，但最致命的缺点是投资成本高且只能点对点，因此在一段时间内很难成为主流；
有机和固态储氢材料是未来氢气储存与运输的重要研究方向，目前都处于研究或者小规模实验状态。
5.加氢站：成本快速下降，建设速度加快
5.1加氢站构成
依据土建方式不同，加氢站可分为移动式加氢站与固定式加氢站：
1）移动式加氢站：多为撬装形式，压缩机等加氢站设备集成安装于整体底座上，占地面积小，安装工作量小，便于移动迁移。除移动撬装式加氢站外，集成储氢及加注设备的加氢车也是移动式加氢站的一种。
2）固定式加氢站：与普通加油站形式类似，加氢站设备需在现场安装固定，设备分散分布，占地面积大，加氢噪声小，通常固定式加氢站储氢量及日加注能力大于移动式加氢站。早期国内固定式加氢站多数专门提供氢气加注功能，近年来中石化、中石油加入加氢网络构建进程，将原有加油站改建为油氢合建站，年新建成佛山樟坑、浙江嘉兴、上海西上海、安智共4座加油加氢合建站，提供了传统能源供应企业利用原有能源补给网络建设加氢站的可行方案。除油氢合建站外，油气氢电综合供能站也是针对未来车辆能源多样化供应的合理方案，年建成油气氢电综合供能站1座，在建1座。
依据氢气来源不同，加氢站可分为站内制氢加氢站与外供加氢站：
1）站内制氢加氢站（制氢加氢一体站）：于站内配套电解水制氢、天然气重整制氢等制氢设备生产氢气，经压缩机增压后完成氢气加注等后续环节。站内制氢加氢站额外增加制氢设备，但减省氢气运输、卸气环节。目前德国、日本已批量建成制氢加氢一体站，年雄韬股份于山西大同建成国内首座站内制氢加氢站——大同经雄制氢加氢一体站，设计加注能力kg/d。
2）外供氢加氢站：无需现场制氢，氢气由氢源外运，经过加压后完成加注、存储。不同氢气运输形式下，加氢站设备同样存在差异：对于高压气氢运输方式，加氢站需配置卸气柱及与长管拖车气压匹配的氢气压缩机组；当采用液氢运输，需要在站内增设气化器等配套设施，完成液氢气化。
3）混合式加氢站：将站内制氢与外供氢气结合，双重氢源保证供氢可靠性。日本、德国等地曾建成多座混合式加氢站。
目前国内加氢站以气氢拖车外供氢加氢站为主，氢气通过管束槽车运输至加氢站，经氢气压缩机增压后储存至站内的高压储罐中，再由加氢机为燃料电池汽车加注氢气，具体流程包括：
1）氢气运输：氢气运输环节通常由制氢企业或气体公司承担，运输管束槽车储氢管束中氢气压力维持于20MPa左右，典型拖车配置管束储氢量0Nm3，约合~kg。氢气运输方式、运输距离对到站氢气价格影响显著，目前百公里运氢成本约4.5元/kg，超过km以后，氢气成本快速增加，km时，运氢成本超过26.8元/kg。
2）卸气增压：氢气运至加氢站后，借助站内氢气压缩机增压存至站内储氢瓶组。国内燃料电池汽车车载储氢瓶储气压力多为35MPa，配套加氢站储氢压力通常在45MPa上下，高于车载管束氢气（20MPa），氢气从低压侧流向高压侧需要借助氢气压缩机做功。在进气压力低于拖车管束内氢气压力时，氢气可从管束内流出。受压缩机进气压力约束，管束内氢气有效卸气量占比在70~80%，约合~kg。氢气加注过程中当站内储氢罐的压力降低至设定值时，控制系统将启动氢气压缩机对储氢罐重新充装增压。
3）分级储存：加氢站氢气储存于专用储氢罐或储氢瓶组，气氢拖车管束也可作为站点储氢装置。为降低压缩机功耗，优化加氢控制过程，GB—《加氢站技术规范》推荐储氢环节采取二级或三级储氢，即多个储氢罐/储气瓶组分组设置不同压力等级。
4）氢气加注：氢气加注是加氢流程最后一个环节，由储氢配合加注系统完成。加氢机氢气输入端与储氢设备、氢气压缩机排气口互连，加氢控制系统可依据储氢瓶组储氢量、储氢压强等选择合适瓶组或直接从氢气压缩机获取氢气完成加注。
5.2压缩机、储氢瓶、加氢机为加氢站三大核心设备
（一）氢气压缩机
氢气压缩机是将拖车管束内氢气卸装，加压至储氢目标压强的关键设备。依据工作原理差异，主流氢气压缩机可分为往复隔膜式压缩机、活塞式压缩机。由于燃料电池汽车对氢气纯度要求较高（≥99.99%），隔膜式压缩机能够较好保证气体纯净度，是目前的主流选择。
隔膜式压缩机由液压系统及气体压缩系统组成，膜片将两大系统完全隔离。工作状态下，液压系统中由电机驱动压缩机曲轴，推动活塞在液压缸内往复运动，产生液压油压力，推动膜片往复振动完成进气、压缩、排气。由于压缩气体不与任何润滑剂、摩擦副接触，可以最大限度保证压缩气体纯净度。
加氢站对氢气纯度要求严格且排气压力较高（45~90MPa），当前氢气压缩机供应商仍以海外为主，如美国PDCMachine、英国Howden等。国内氢能产业高速发展，自主压缩机品牌逐步推出适用于加氢站的氢气压缩机产品，并在国内加氢站应用，代表企业包括中鼎恒盛、北京天高、京城压缩机、恒久机械等。
PDCMachine：PDCMachine于年开始制造往复隔膜式压缩机，公司与全球领先的氢气供应商、科研院校合作，形成完善的氢压缩解决方案，持续促进氢能商业化应用。PDC专门为燃料电池汽车、公交车和物料运输设备的氢能装置提供全面的氢压缩解决方案。公司压缩机产品线和压缩系统设计交钥匙工程，满足从小型示范到大型商用氢燃料加注站的各种应用要求。目前，PDC在全球共有超过台氢气压缩机应用于加氢站中。
豪顿：英国豪顿集团创建于年，为全球领先的压缩机制造厂商。公司业务范围覆盖全球，年10月设立豪顿华工程有限公司进入中国市场。豪顿压缩机涵盖螺杆式、往复式、离心式多类别，年公司下属研发成功全球首台金属隔膜式压缩机，可确保任何气体的无污染、无泄漏压缩，开创了压缩机市场的新领域。年6月27日，豪顿与国内加氢站建运及加氢站设备供应商上海氢枫合作研发的45Mpa高性能氢气隔膜压缩机正式落地。
中鼎恒盛：成立于8年，隔膜压缩机为公司核心业务。早期公司氢气压缩机在精细化工领域已有应用，面向加氢站用氢气压缩机为公司新的业务方向，目前中鼎恒盛能够提供45MPa、70MPa的加氢站隔膜压缩机，其中45MPa加氢站隔膜压缩机流量最大能够做到0kg/天。目前公司已向多个加氢站提供了压缩机设备，包括武汉雄众、安徽明天氢能、佛山荔村、上海金山化工园区等。
（二）储氢罐
加氢站是利用站内储氢容器和车载氢瓶间的压差实现氢气加注，要求站内储氢压力高于车载供氢系统。目前车载氢瓶压强分为35MPa及70MPa两类，相应35MPa加氢站设计压力在45MPa上下，70MPa加氢站储气压力在90MPa附近。为降低卸气过程压缩机能耗，提升氢气加注过程可控性，加氢站储氢罐或储氢瓶组通常按照2~3级压力分级设置，如35MPa加氢站可选择配置45+22MPa储氢罐组合，70MPa加氢站则可配置90+65+40MPa组合。
以35MPa加氢站为例，卸气过程中若仅配置45MPa储氢罐，卸气过程中氢气压缩机需要将拖车管束中20MPa氢气全部增压至45MPa；若配置45MPa+22MPa的储氢罐组合，部分拖车管束20MPa氢气仅需增压至22MPa，减小压缩机做功。加注过程中，通常自22MPa低压氢罐开始，当车载储氢系统氢气压力达到设定值，切换至45MPa高压氢罐。整个加注过程储氢罐与车载氢瓶间的压差控制在合理范围，相较仅采用45MPa储罐加注更易控制氢气加注速率。
目前国内储氢罐建设周期相较储氢瓶组更长，且造价高约40%。内加氢站储氢设备供应企业包括中集安瑞科等。
中集安瑞科：国内能化与食品装备业内具有领先地位的集成业务服务商与关键设备制造商。公司发挥压力容器制造领域的经验优势，在氢能储运、加注环节着力布局。年，公司为上海世博会提供45MPa加氢车、加氢站储氢瓶组；年，为深圳大运会提供45MPa加氢车、加氢站储氢瓶组，并成功研制出国内首台m高真空多层结构液氢贮罐；年，m液氢贮罐成功交付海南文昌卫星发射基地；年，完成25MPaⅢ型车载氢气瓶开发，启动45MPa氢气压缩机开发；年，参与建设国家项目国内首座70MPa加氢站，设计制造的87.5MPa缠绕大容积储氢容器填补国内空白。
（三）加氢机
加氢机由控制系统、计量系统、加氢枪三大核心环节构成，完成氢气加注的最终环节。设备层面看，包括：氢气入口、双电磁阀单元、流量计、控制器、显示器（显示流量、压力、温度、金额、气量）、压力感受器、温度感受器、手动截止阀、加注口等。加氢机在整个氢气加注过程中，与多级储氢系统配合，各个储氢罐加注优先级由容器实时储氢压力、储量、车载氢瓶实时压力、压缩机工况等因素决定。海外加氢机供应商众多，包括Nel、AirProdunts、Linde等，国内供应商以国富氢能、舜华新能源、氢枫能源为代表。
国富氢能：成立于年，公司专注于氢能基础设施装备研发、生产和销售，主要产品包括车载储氢系统、加氢站设备和液氢装备。基于团队多年的行业储备积累，公司历经3年即成为氢能装备龙头企业，连续两年储氢系统和加氢站设备国内市占率第一。公司引进国外加氢机控制及制造技术，推出35MPa及70MPa加氢机，产品搭载国际知名品牌生产的质量流量计、阀门等关键部件，实现定制化设计制造，设备获得加氢机防爆认证及中控防爆认证等。
上海舜华新能源系统有限公司：公司成立于4年，公司致力推动氢能技术发展，为国内领先的加氢站整体解决方案供应商。舜华掌握高压供氢加氢核心技术，具备了围绕核心产品进行系统设计及集成并提供技术服务的整体解决方案供应能力，业务领域涵盖氢能、核能和分布式能源。公司加氢机产品满足35/70MPa加注需求，分钟流量落在0.18-3.5kg，具备温度压力补偿、全自动控制、流量自调节等特点。公司加氢机已在上海金山化工区等多座加氢站投运。
江苏氢枫能源装备有限公司：公司主要产品包括加氢机、压缩机、卸气柜、顺序控制柜等加氢站关键设备。公司D3系列基础班加氢机配置冷冻水预冷，平均流量达到1.8kg/min。设备配套自动化泄露检测、压力变动器、全自动泄压功能等，保证设备运营安全可靠，并延长配件使用寿命。D5系列增强版平均加氢流量达到2.5kg/min，能够针对大巴车、物流车实现区分化操作。
5.3加氢站成本快速下降
伴随加氢站设备国产化率提升，加氢站设备成本不断下降，三年降幅超过50%。年kg/d加氢站不含土地建设成本0万元左右；目前kg/d加氢站不含土地建设成本在~0万区间，其中设备成本占比超过80%，安装建设费用约占20%。加氢站核心设备中，配套kg级加氢站用氢气压缩机售价约合万上下，占比约40%，加氢机单台约70~80万元，占比20%，储氢瓶组/储氢罐约占16%，三部分设备合计占比超过80%。（注：各加氢站配置压缩机、加氢机、储氢瓶方案存异，成本构成不尽相同）。
5.4国内加氢站建设提速
（一）年以前国内加氢站建设进度滞后制约产业发展
年以前，车用氢气需求量小，审批流程不明确造成国内加氢站建设节奏缓慢。国内对氢气研究应用可追溯至上世纪70年代，但化工、电子等领域氢气供应环节中并不依赖加氢站。加氢站完全面向车用领域，年以前国内整车规模尚小，加之加氢站作为新生事物在审核流程、负责单位方面缺乏明确规定，国内加氢站建设步调迟缓。年年初国内运营加氢站仅北京永丰、上海安亭和郑州宇通3座。
整车推广拉动氢气需求，加氢站迎来转机。年国内燃料电池汽车销量大幅增至辆，其中客车辆，货车辆，乘用车约50辆，每日运营氢气用量超7吨，同年全国加氢站净增5座，累计运营12座，日加氢能力合计约3.6吨。年国内燃料电池汽车销量达到辆，其中公交大巴辆，物流车辆，新增运营氢气用量约19吨/天，同年加氢站落地9座，累计运营21座，日加氢能力合计约7.3吨。不考虑地区空间匹配，、年国内加氢站供需比例为51%、28%，成为国内燃料电池汽车运营的制约因素。
（二）供氢短板获得
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