SB-ZRL081-A燃料電池實訓(xùn)臺
一、概述
燃料電池實訓(xùn)臺、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)電站或車輛的動力源。燃料電池與內(nèi)燃機相比，最突出的優(yōu)點是高的能量轉(zhuǎn)化效率和極低的環(huán)境污染，在現(xiàn)實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)國家節(jié)能減排號召，促進新能源生力軍健康、和諧發(fā)展，針對廣大院校需求，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、燃料電池控制器、高純度氫氣發(fā)生器，直流線性負載，交流線性負載，直流感性負載和測試儀表組成。
高純度氫氣發(fā)生器 教學(xué)平臺前視圖
編號 | 組件 | 說明 |
1 | 自吸式PEM燃料電池堆 | 用來作為電能的輸出 |
2 | 金屬氫化物氫瓶及其組件 | 用來給燃料電池提供氫燃料 |
3 | 線性負載電流表 | 用來測量直流負載電流 |
4 | 線性負載電壓表 | 用來測量直流負載電壓 |
5 | 交流電壓表 | 用來測量交流離網(wǎng)、并網(wǎng)運行過程中負載電壓 |
6 | 交流電流表 | 用來測量交流離網(wǎng)、并網(wǎng)運行過程中負載電流 |
7 | 計時器 | 用來累計氫瓶使用時間 |
8 | 溫度表 | 用來反映電堆周圍環(huán)境溫度 |
9 | 線性電阻負載箱 | 用來作為阻性負載 |
10 | 電機/軸流風扇 | 用來作為感性負載 |
編號 | 組件 | 說明 |
1 | DC/DC電源模塊（9V） | 儀表供電 |
2 | DC/DC電源模塊（12V） | 將燃料電池輸出波動直流電轉(zhuǎn)化為12V直流電 |
3 | 燃料電池控制器 | 控制燃料電池風扇轉(zhuǎn)速和定時排氣 |
二、各部件參數(shù)
◆ 燃料電池
燃料電池是本教學(xué)平臺的核心組成部分，將氫瓶供給的氫氣轉(zhuǎn)換成電能，供負載使用。
產(chǎn)品優(yōu)勢:具有重量輕，體積小，便于攜帶；靜音設(shè)計；結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高：啟動速度快，響應(yīng)時間短，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；
◆ 開路電壓為15～30V；
◆ 工作電壓為11V時，電流為4.15A，電池溫度為41.5℃；
◆ 風機電壓為10.5V；
◆ 尾氣排放閥排氣間隔為12秒，每次排氣時間為0.3秒。
燃料電池安裝要注意通風，確?？諝忭槙沉魍ǎ兄c反應(yīng)空氣的吸入和電池的散熱。安裝時將燃料電池平放，風扇朝上，散熱口朝下，尾氣排放口通過排氣管接電池閥，接上燃料氣瓶即可發(fā)電。
金屬氫化物氫瓶（帶減壓閥門和壓力表）金屬氫化物氫瓶用來給燃料電池供應(yīng)燃料，其規(guī)格為：
◆ 貯氫容量（ 20℃）： 0.0125KG
◆ 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：空氣自然對流或強制對流
◆ 重量：1.0kg
◆ 外形尺寸：長350mm，直徑90mm
◆ 金屬氫化物氫瓶具體使用規(guī)則見附件B。
使用要符合氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程(GB 4962-85) 。
本實驗系統(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)
◆ 充氫具體操作見附件C。
高純氫氣發(fā)生器輸出流量 ZH-300(0～300ml/min)
功率 SB-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℃
相對濕度：≤85%；
儀表
電流表：平臺設(shè)有2個電流表，量程和誤差分別為AC 5A和DC 20A±0.2％。用來測量燃料電池輸出電流和交流電流。
電壓表：平臺設(shè)有2個電壓表，量程和誤差分別為AC 500V和DC 50V±0.2％。用來測量燃料電池輸出電壓、負載電壓和交流輸出電壓。
計時器：本教學(xué)平臺共有1個計時器，量程為100小時，主要用來累計氫瓶使用時間，以便準時充氣。當開啟電堆時按下計時器的計時按鈕，關(guān)閉電堆前按停止按鈕保存數(shù)據(jù)，清除累計時間可按清除按鈕。
溫度表：本教學(xué)平臺有1個溫度表，量程和誤差分別是-19.9～99.9℃和±1％。用來反映環(huán)境溫度。
負載
線性負載：是一個變阻箱，阻值變換范圍為0～1999歐姆，阻值最小變化值為0.1歐姆；最大可承受功率為10W。
感性負載：是一個額定電壓為12-24V,轉(zhuǎn)速為200r/min的減速電機。
DC/AC
本平臺共有2個DC/AC電源模塊。
1. DCW300-12S12（1個）：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）：將10-28V直流電壓轉(zhuǎn)換為186～260V±5％的交流電壓，向電網(wǎng)進行反向送電（并網(wǎng)）。
并網(wǎng)技術(shù)參數(shù)：
◆ AC標準電壓范圍：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：VAC;f AC
◆ 輸出短路保護：限流
◆ 顯示方式：LED
◆ 待機功耗：<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：11～35VDC
◆ 額定輸出功率：300W
◆ 輸出電壓：110/220VAC根據(jù)客戶要求訂制
◆ 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℃
◆ 相對濕度：﹤90﹪（25℃）
◆ 保護功能：極性反接、短路、過熱、過載保護
本平臺共有4個DC/DC電源模塊。
1. DC-DC05（4個）：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)
智慧教室綜合測控系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用一體化設(shè)計，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
（一）虛擬示波器所需實現(xiàn)的功能：50MHz 2路波形測量功能；
（二）2路邏輯分析儀功能；
（三）1路任意波形信號發(fā)生器輸出；
200MSa/s高速實時采樣，50MHz帶寬，波形測量完全滿足教學(xué)實驗要求，波形平滑不失真。
（四）2路PWM脈沖信號發(fā)生器：可設(shè)置頻率、占空比。
（五）萬用表功能
1、萬用表的電阻測量功能；
2、萬用表的直流電壓測量功能；
3、萬用表的交流電壓測量功能；
4、萬用表的交流電流測量功能；
（六）人機界面功能
*1、人機界面顯示所測量的波形，并顯示相應(yīng)的量測值；
*2、可通過點擊界面按鈕，將所測量的波形插入實驗報告模板中；
*3、學(xué)生的實驗報告結(jié)果可通過點擊界面按鈕，統(tǒng)一上傳到指定的教師電腦文件夾下；
（七）實驗室安全監(jiān)控功能
1、環(huán)境參數(shù)測量：可同時測量顯示溫濕度、CO2濃度和PM2.5；
2、電氣參數(shù)測量：可測量控制臺電壓電流，并計算出功率；
3、過流、過壓、欠壓（閥值可設(shè)置）報警跳閘保護；
4、安全防護：實驗室環(huán)境安全監(jiān)控裝置（PM2.5、煙霧、可燃氣體、溫濕度及CO2濃度異常（火警）報警）；5、節(jié)電功能：長期無人實驗時，自動關(guān)閉總閘開關(guān)，實現(xiàn)安全和節(jié)電效果；
緊急停止開關(guān)和漏電保護器
為了保護本教學(xué)平臺的重要部件，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，我們在電源前端重要部件前加入了緊急停止開關(guān)和實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)；
智能電源管理系統(tǒng)具有過溫、短路、過流、過壓、欠壓、失壓、功率限定7大保護功能；電源具有一鍵鎖定功能，處理故障時，防止漏電保護器合閘，造成觸電危險；電源具有故障鎖定功能，發(fā)生故障導(dǎo)致跳閘時，不能人為上電，只能通過遠程清除故障后，才能上電成功；能通過無線4G和有線以太網(wǎng)與手機APP和PC端云平臺通訊，沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，教室整套智能電源管理系統(tǒng)可離線獨立運行。
1、智能終端：智能電源管理系統(tǒng)以32位ARM為核心，采用4.3寸彩色觸摸屏為人機交互界面，實時監(jiān)控設(shè)備運行情況，提供Zigbee、CAN等多種通信模式，具備語音播報功能。能實時監(jiān)測三相電壓、電流、功率，功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)，液晶觸摸屏監(jiān)測數(shù)值。能監(jiān)控實驗室電源的故障類型和故障次數(shù)；設(shè)備時間管理包含年月日時間的顯示；用戶通過刷卡方式請求開啟設(shè)備，PC端進行授權(quán)之后，設(shè)備可啟動使用，PC端可分時預(yù)約設(shè)備的啟動和停止！
2、手機APP：用電狀態(tài)界面實時顯示當前電壓、電流、有無功功率、電能、設(shè)備溫度、漏電電流值等；用電數(shù)據(jù)界面能智能查找近2年用電數(shù)據(jù)，設(shè)置界面能設(shè)置限定電能值、負載值、設(shè)備超溫值、過欠壓值、過欠壓恢復(fù)時間值等。后臺查看報警日志、操作日志、故障日志等?？刂疲嚎稍谖⑿判〕绦蛑羞h程控制智能開關(guān)的通斷。
3、PC端軟件：每個設(shè)備狀態(tài)信息顯示，具有多個子界面，具有故障分析，用電能效分析、集中管理、個人中心資料管理、用戶報警定位跟蹤與信息統(tǒng)計；具有管理員信息修改與權(quán)限管理等功能?？梢绘I開啟和關(guān)閉所有設(shè)備，可單獨控制每臺設(shè)備的開關(guān)！
4、后臺系統(tǒng)：包含賬號管理、設(shè)備管理、報修管理、用戶管理，設(shè)備管理：①、包含監(jiān)控管理：實時視頻監(jiān)控每個教室，可一鍵預(yù)覽所有設(shè)備的在線和運行情況，分析設(shè)備使用率及運行時間?、凇O(shè)備節(jié)點：可顯示設(shè)備所在位置、編碼名稱、掛載情況、用戶編輯、用戶查詢等。
5、報修管理：用戶可進行遠程報修，反應(yīng)設(shè)備故障信息，編輯報修情況，后臺可進行遠程維護，及時跟進，以有效解決用戶設(shè)備維護。
6、用戶管理：可連通手機號，對賬戶進行一對一的安全加密，實名認證，防止賬戶泄密、防盜，現(xiàn)場數(shù)據(jù)連接云平臺后臺數(shù)據(jù)庫管理。
現(xiàn)場需對功能逐一演示，提供有效、權(quán)威的證明文件，佐證該產(chǎn)品的可靠、安全、先進性。
提供實驗室智慧用電安全控制系統(tǒng)的專利證明材料；
三、平臺可完成實驗項目
實驗1、燃料電池能量轉(zhuǎn)換原理實驗；
實驗2、反應(yīng)條件對燃料電池堆性能影響實驗；
實驗3、燃料電池堆負載實驗；
實驗4、燃料電池堆在恒定負載條件下V-I、P-I特性實驗；
實驗5、燃料電池堆在變化負載條件下V-I、P-I特性實驗；
實驗6、電力電子轉(zhuǎn)換實驗；
實驗7、燃料電池驅(qū)動線性負載實驗；
實驗8、燃料電池驅(qū)動LED陣列實驗；
實驗9、燃料電池驅(qū)動電機實驗；
實驗10、燃料電池燃料電池對移動設(shè)備供（充）電實驗
實驗11、燃料電池燃料電池驅(qū)動感性負載實驗；
實驗12、燃料電池燃料電池驅(qū)動并網(wǎng)模塊并網(wǎng)實驗；
實驗13、線形負載和燈泡負載電堆性能實驗。
實驗14、恒值負載電堆性能實驗。
實驗15、不同溫度電堆性能曲線實驗。
實驗16、不同壓力電堆性能曲線實驗。
實驗17、不同尾氣排放量電堆性能曲線實驗。
實驗18、最佳電堆性能曲線實驗。
實驗19、不同類型電堆性能評價實驗。
四、基本配置表
序號 | 名 稱 | 型 號 | 數(shù) 量 | 單 位 |
1 | 教學(xué)系統(tǒng)主操作臺（立式或臺式） |
| 1 | 臺 |
2 | 自吸式燃料電池堆 | PEM-50w | 1 | 臺 |
3 | 金屬氫化物氫氣瓶 |
| 1 | 只 |
4 | 雙級減壓閥 |
| 1 | 只 |
5 | 燃料電池控制器 | PEK-50 | 1 | 臺 |
6 | 電源模塊（系統(tǒng)內(nèi)部） |
| 1 | 套 |
7 | 測量儀表（系統(tǒng)面板） |
| 1 | 套 |
8 | 附件 |
| 1 | 套 |
9 | 使用說明書 |
| 1 | 冊 |
