1、概述

質(zhì)子交換膜燃料電池是一種將燃料氫氣作為還原劑與空氣中的氧氣作為氧化劑進(jìn)行電化反應(yīng)，并將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的高效發(fā)電裝置（化學(xué)反應(yīng)式為H2＋1/2O2® H2O）。燃料電池可以作為發(fā)電站或車(chē)輛的動(dòng)力源。燃料電池與內(nèi)燃機(jī)相比，優(yōu)點(diǎn)是高的能量轉(zhuǎn)化效率和極低的環(huán)境污染，在現(xiàn)實(shí)生活中電能是一種清潔的能源，因此燃料電池輸出的是清潔的能源。

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召，促進(jìn)新能源生力軍健康、和諧發(fā)展，針對(duì)廣大院校需求，我司研制并生產(chǎn)了《燃料電池發(fā)電教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)》。

應(yīng)用范圍：主要面向職高、大學(xué)、研究生、以燃料電池發(fā)電為主課題的研究和培訓(xùn)。

   系統(tǒng)由自吸式PEM燃料電池堆、金屬氫化物氫瓶及其組件燃料電池控制器、高純度氫氣發(fā)生器，直流線性負(fù)載，交流線性負(fù)載，直流感性負(fù)載和測(cè)試儀表組成。

         高純度氫氣發(fā)生器        教學(xué)平臺(tái)前視圖

2、各部件參數(shù)

◆ 燃料電池

燃料電池是本教學(xué)平臺(tái)的核心組成部分，將氫瓶供給的氫氣轉(zhuǎn)換成電能，供負(fù)載使用。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì):具有重量輕，體積小，便于攜帶；靜音設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高：?jiǎn)?dòng)速度快，響應(yīng)時(shí)間短，適合于各種應(yīng)用環(huán)境；環(huán)境適應(yīng)性好，適應(yīng)各種天氣變化；

其規(guī)格如下：

◆ 電池功率為50W；

◆ 開(kāi)路電壓為15～30V；

◆ 工作電壓為11V時(shí)，電流為4.15A，電池溫度為41.5℃；

◆ 風(fēng)機(jī)電壓為10.5V；

◆ 尾氣排放閥排氣間隔為12秒，每次排氣時(shí)間為0.3秒。

燃料電池安裝要注意通風(fēng)，確保空氣順暢流通，有助與反應(yīng)空氣的吸入和電池的散熱。安裝時(shí)將燃料電池平放，風(fēng)扇朝上，散熱口朝下，尾氣排放口通過(guò)排氣管接電池閥，接上燃料氣瓶即可發(fā)電。  

 金屬氫化物氫瓶

  ◆ 金屬氫化物氫瓶用來(lái)給燃料電池供應(yīng)燃料，其規(guī)格為：

  ◆ 貯氫容量（ 20℃）：  100L

  ◆ 放氫流速（ 20℃）：  >100L/min

  ◆ 放氫壓力（ 20℃）：  ≥0.3MPa

  ◆ 使用環(huán)境溫度：0～60℃

  ◆ 產(chǎn)品氫純度：99.99％～99.9999％

  ◆ 原料氫： ≥98％（普通工業(yè)氫）

  ◆ 充氫壓力：2.0～3.0MPa

  ◆ 充氫環(huán)境溫度：0～40℃

  ◆ 熱交換方式：空氣自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流

  ◆ 重量：2.5kg

  ◆ 外形尺寸：長(zhǎng)350mm，直徑90mm

  ◆ 金屬氫化物氫瓶具體使用規(guī)則見(jiàn)附件B。

鋼瓶（帶減壓閥門(mén)和壓力表）

  用來(lái)給金屬氫化物充氣，使用使要符合氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程(GB 4962-85) 。

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以使用如下規(guī)格瓶裝氫氣：

  ◆ 容積：1L

  ◆ 壓力：15MPa

  ◆ 氫氣純度：99.999％高純氫

  ◆ 減壓器規(guī)格：輸入壓力（0-25MPa）

                 輸出壓力（0-0.16MPa）連續(xù)可調(diào)

  ◆ 充氫具體操作見(jiàn)附件C。

高純氫氣發(fā)生器

• 輸出流量 ZH-300(0～300ml/min)
• 功率 SY-300(150W)
• 輸出壓力 0～0.4 MPa
• 電源電壓
• 交流220V±10%； 50Hz±5%
• 工作條件
• 溫度：5～42℃
• 相對(duì)濕度：≤85%；

儀表 

電流表：平臺(tái)設(shè)有2個(gè)電流表，量程和誤差分別為AC 5A和DC 20A±0.2％。用來(lái)測(cè)量燃料電池輸出電流和交流電流。

電壓表：平臺(tái)設(shè)有2個(gè)電壓表，量程和誤差分別為AC 500V和DC 50V±0.2％。用來(lái)測(cè)量燃料電池輸出電壓、負(fù)載電壓和交流輸出電壓。

計(jì)時(shí)器：本教學(xué)平臺(tái)共有1個(gè)計(jì)時(shí)器，量程為100小時(shí)，主要用來(lái)累計(jì)氫瓶使用時(shí)間，以便準(zhǔn)時(shí)充氣。當(dāng)開(kāi)啟電堆時(shí)按下計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)按鈕，關(guān)閉電堆前按停止按鈕保存數(shù)據(jù)，清除累計(jì)時(shí)間可按清除按鈕。

溫度表：本教學(xué)平臺(tái)有1個(gè)溫度表，量程和誤差分別是-19.9～99.9℃和±1％。用來(lái)反映環(huán)境溫度。

負(fù)載

線性負(fù)載：是一個(gè)變阻箱，阻值變換范圍為0～1999歐姆，阻值小變化值為0.1歐姆；大可承受功率為10W。

感性負(fù)載：是一個(gè)額定電壓為12-24V,轉(zhuǎn)速為200r/min的減速電機(jī)。

DC/AC

本平臺(tái)共有2個(gè)DC/AC電源模塊。

1. DCW300-12S12（1個(gè)）：將燃料電池發(fā)出的直流19V電能轉(zhuǎn)換為AC220V±5％的交流電壓，為負(fù)載和其他供電。技術(shù)參數(shù)：輸入電壓范圍9～18V，輸出電壓Ac220V，輸出電流1.2A，輸出功率300W。

2. DCN200-12S09（1個(gè)）：將10-28V直流電壓轉(zhuǎn)換為186～260V±5％的交流電壓，向電網(wǎng)進(jìn)行反向送電（并網(wǎng)）。

并網(wǎng)技術(shù)參數(shù)：

◆ AC標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍： 90V-140V/180V-260VAC

◆ AC頻率范圍： 55Hz~63Hz/45Hz~53Hz

◆ 輸出電流總諧波失真： THDIAC <5%

◆ 相 位 差： <1%

◆ 島效應(yīng)保護(hù)： VAC;f AC

◆ 輸出短路保護(hù)： 限流

◆ 顯示方式： LED

◆ 待機(jī)功耗： <2W

◆ 夜間功耗： <1W

◆ 環(huán)境溫度范圍： -25 ℃~60℃

◆ 環(huán)境濕度： 0~99%(Indoor Type Design)

離網(wǎng)技術(shù)參數(shù)

◆ 直流輸入電壓：11～21VDC

◆ 額定輸出功率：300W

◆ 輸出電壓：110/220VAC根據(jù)客戶(hù)要求訂制

◆ 輸出波形：純正弦波

◆ 輸出頻率：50Hz

◆ 工作效率：85%

◆ 功率因數(shù)：>0.88

◆ 波形失真率≤5%

◆ 工作環(huán)境：溫度-20℃～50℃

◆ 相對(duì)濕度：﹤90﹪（25℃）

◆ 保護(hù)功能：極性反接、短路、過(guò)熱、過(guò)載保護(hù)

本平臺(tái)共有4個(gè)DC/DC電源模塊。

1. DC-DC05（4個(gè)）：將燃料電池發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換為DC3.3V、5.0V、9.0V、12V的直流電。

◆ 輸入電壓：DC1.5-32V

◆ 輸出電壓：DC1.25-30V連續(xù)可調(diào)

平臺(tái)監(jiān)控及數(shù)據(jù)分析單元

本單元為采集燃料電池?cái)?shù)據(jù)信息而設(shè)，配置一臺(tái)工控一體主機(jī)，通過(guò)CAN/485通信端口將燃料電池進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣流量、氫氣濃度、排氣間隔、燃料電池工作電壓、電流、功率、溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速等相關(guān)信息進(jìn)行采集匯總，并做出有效分析，并生成曲線圖供參考。采集的數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期保存在計(jì)算機(jī)中、隨時(shí)可以調(diào)取數(shù)據(jù)信息。

智慧教室綜合測(cè)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，要求所有功能集中在一塊核心控制器上，禁止采用多種模塊拼裝，確保使用人員的人身安全及設(shè)備安全的性能指標(biāo)
（一）、虛擬示波器所需實(shí)現(xiàn)的功能：50MHz   2路波形測(cè)量功能；
（二）2路邏輯分析儀功能；
（三）1路任意波形信號(hào)發(fā)生器輸出；
200MSa/s高速實(shí)時(shí)采樣，50MHz帶寬，波形測(cè)量*教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，波形平滑不失真。
（四）2路PWM脈沖信號(hào)發(fā)生器：可設(shè)置頻率、占空比。
（五）、萬(wàn)用表功能
1、萬(wàn)用表的電阻測(cè)量功能；
2、萬(wàn)用表的直流電壓測(cè)量功能；
3、萬(wàn)用表的交流電壓測(cè)量功能；
4、萬(wàn)用表的交流電流測(cè)量功能；
（六）、人機(jī)界面功能
*1、人機(jī)界面顯示所測(cè)量的波形，并顯示相應(yīng)的量測(cè)值；
*2、可通過(guò)點(diǎn)擊界面按鈕，將所測(cè)量的波形插入實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板中；
*3、學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果可通過(guò)點(diǎn)擊界面按鈕，統(tǒng)一上傳到的教師電腦文件夾下；（七）、實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)控功能
1、環(huán)境參數(shù)測(cè)量：可同時(shí)測(cè)量顯示溫濕度、CO2濃度和PM2.5；
2、電氣參數(shù)測(cè)量：可測(cè)量控制臺(tái)電壓電流，并計(jì)算出功率；
3、過(guò)流、過(guò)壓、欠壓（閥值可設(shè)置）報(bào)警跳閘保護(hù)；
4、安全防護(hù)：實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安全監(jiān)控裝置（PM2.5、煙霧、可燃?xì)怏w、溫濕度及CO2濃度異常（火警）報(bào)警）；5、節(jié)電功能：長(zhǎng)期無(wú)人實(shí)驗(yàn)時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉總閘開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)安全和節(jié)電效果；

緊急停止開(kāi)關(guān)和漏電保護(hù)器

為了保護(hù)本教學(xué)平臺(tái)的重要部件，避免一些由于人為的操作失誤而導(dǎo)致的重大事故的發(fā)生，我們?cè)陔娫辞岸酥匾考凹尤肓司o急停止開(kāi)關(guān)和漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，

3、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)1、燃料電池能量轉(zhuǎn)換原理實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)2、反應(yīng)條件對(duì)燃料電池堆性能影響實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)3、燃料電池堆負(fù)載實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)4、燃料電池堆在恒定負(fù)載條件下V-I、P-I特性實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)5、燃料電池堆在變化負(fù)載條件下V-I、P-I特性實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)6、電力電子轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)7、燃料電池驅(qū)動(dòng)線性負(fù)載實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)8、燃料電池驅(qū)動(dòng)LED陣列實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)9、燃料電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)10、燃料電池燃料電池對(duì)移動(dòng)設(shè)備供（充）電實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)11、燃料電池燃料電池驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)12、燃料電池燃料電池驅(qū)動(dòng)并網(wǎng)模塊并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)；

實(shí)驗(yàn)13、線形負(fù)載和燈泡負(fù)載電堆性能實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)14、恒值負(fù)載電堆性能實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)15、不同溫度電堆性能曲線實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)16、不同壓力電堆性能曲線實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)17、不同尾氣排放量電堆性能曲線實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)18、電堆性能曲線實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)19、不同類(lèi)型電堆性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

4、基本配置表