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氫燃料電池教學實訓平臺,燃料電池系統實訓臺

2024-05-05 06:47
    燃料電池系統實訓是一種針對燃料電池技術的專業(yè)實踐性培訓。燃料電池是一種將化學能直接轉化為電能的裝置,具有高效率、低污染等優(yōu)點,被視為一種重要的清潔能源技術。燃料電池系統實訓可能包括以下幾個方面:
    燃料電池系統認知:介紹燃料電池的基本原理、類型(如質子交換膜燃料電池、堿性燃料電池等)及其應用領域。
    燃料電池組件操作:教授如何正確操作和維護燃料電池的關鍵組件,如電堆、氫氣供應系統、氧氣供應系統、冷卻系統等。
    系統集成與控制:通過實踐操作,了解燃料電池系統的集成方式和控制策略,學習如何調節(jié)系統參數以優(yōu)化性能。
    故障診斷與排除:模擬燃料電池系統可能出現的故障,訓練學員進行故障診斷和排除的能力。
    性能測試:在實訓臺上進行實際的燃料電池性能測試,包括輸出電壓、功率密度、效率等參數的測量和分析。
    進行燃料電池系統實訓時有專業(yè)的技術人員或講師進行現場指導。實訓設備可能包括教學用的燃料電池實訓臺、控制軟件和相關的測試儀器。通過這種實訓,學員可以更好地理解燃料電池的工作原理,掌握操作和維護燃料電池系統的基本技能,為將來從事相關工作打下堅實的基礎。
    燃料電池系統的集成和控制方法多種多樣,取決于燃料電池的應用場景、設計要求和系統配置。以下是一些常見的集成和控制方法:
    電堆集成:
    單電池堆系統:適用于小型應用,如便攜式電源或無人機。
    多電池堆系統:用于較大規(guī)模的應用,如車輛或備用電源系統。
    供氫系統集成:
    氫氣儲存容器的集成:考慮氫氣的安全儲存和高效供應。
    重整器的集成(對于非重整氫燃料電池):將碳氫化合物燃料轉化為氫氣。
    熱管理系統集成:
    冷卻系統的集成:水冷或空氣冷卻是最常見的兩種方式。
    加熱系統的集成:確保燃料電池在低溫環(huán)境下正常啟動。
    電氣系統集成:
    電力電子設備的集成:如直流-直流變換器、逆變器等。
    充電系統的集成(對于混合動力系統)。
    控制方法:
    集成控制系統:將燃料電池系統與其他系統(如電池、超級電容器)集成在一起的復合能源系統。
    遠程監(jiān)控和診斷系統:通過網絡實現遠程的數據收集、故障診斷和系統優(yōu)化。
    安全系統集成:
    泄漏檢測和防護:氫氣泄漏檢測及防護措施。
    緊急停機系統:在出現故障或異常情況時,能夠迅速關閉燃料電池系統。
    環(huán)境適應性集成:
    高海拔和極端氣候適應性設計:確保燃料電池系統在各種環(huán)境條件下均能穩(wěn)定運行。
    氫燃料電池教學實訓平臺是一種專門用于教育和培訓的設備,旨在幫助學生和學員深入了解和掌握氫燃料電池的原理、結構、工作原理以及維修技能。該平臺基于真實的氫燃料電池系統構建,具備真實可運行的特點。
    氫燃料電池教學實訓平臺主要包括氫氣供應系統、空氣供應系統、電解液供應系統、電池系統等組成部分,可以模擬氫燃料電池的電化學反應、電氣性能、熱學性能等重要參數。通過實訓平臺,學員可以直觀地了解氫燃料電池的內部構造和各個部件之間的連接關系,掌握系統的工作原理和維修技能。
    在實訓平臺上,學員可以學習如何操作和維護氫燃料電池系統,包括氫氣的供應、空氣的供應、電解液的循環(huán)、電池的充放電等。同時,實訓平臺還可以模擬各種工況下的系統運行狀態(tài),如啟動、加速、減速、制動等,使學員能夠更深入地了解氫燃料電池系統的性能和特點。
    此外,氫燃料電池教學實訓平臺還配備了豐富的教學資源,包括實訓指導書、教學視頻、電路原理圖等,這些資源可以幫助學員更好地理解和掌握氫燃料電池的相關知識。同時,實訓平臺還具備安全性高、易操作、易維護等特點,能夠確保學員在實訓過程中的安全和順利。


DB-ZRL081 燃料電池教學實驗平臺
1、概述
  質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,并將化學能直接轉換成電能的高效發(fā)電裝置(化學反應式為H2+1/2O2® H2O)。燃料電池可以作為發(fā)電站或車輛的動力源。燃料電池與內燃機相比,最突出的優(yōu)點是高的能量轉化效率和極低的環(huán)境污染,在現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,我司研制并生產了
燃料電池教學實驗平臺。
燃料電池教學實驗平臺應用范圍:主要面向職高、大學、研究生、以燃料電池發(fā)電為主課題的研究和培訓。
燃料電池教學實驗平臺由自吸式PEM燃料電池堆、金屬氫化物氫瓶及其組件燃料電池控制器、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。
燃料電池教學實驗平臺

燃料電池教學實驗平臺

燃料電池教學實驗平臺


燃料電池教學實驗平臺
 
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 用來測量直接線性負載電流
4 線性負載電壓表 用來測量直接線性負載電壓
5 直流功率表1 用來測量直接線性負載功率
6 直流功率表2 用來測量LED燈組負載功率
7 直流功率表3 用來測量電機負載功率
8 計時器 用來累計氫瓶使用時間
9 溫度表 用來反映電堆周圍環(huán)境溫度
10 LED燈組 用來作為阻性負載
11 電機 用來作為感性負載
12 按鈕1 用來控制儀表供電
13 按鈕2 用來控制線性負載回路通斷
14 按鈕3 用來控制燈和電機負載回路通斷
15 按鈕4 用來控制LED燈組(紅)
16 按鈕5 用來控制LED燈組(黃)
17 按鈕6 用來控制LED燈組(綠)
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化為12V直流電
3 燃料電池控制器 控制燃料電池風扇轉速和定時排氣

 2、各部件參數

◆ 燃料電池
燃料電池是本教學平臺的核心組成部分,將氫瓶供給的氫氣轉換成電能,供負載使用。
產品優(yōu)勢:具有重量輕,體積小,便于攜帶;靜音設計;結構簡單,可靠性高:啟動速度快,響應時間短,適合于各種應用環(huán)境;環(huán)境適應性好,適應各種天氣變化;
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,有助與反應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
  ◆ 金屬氫化物氫瓶用來給燃料電池供應燃料,其規(guī)格為:
  ◆ 貯氫容量( 20℃):  10L
  ◆ 放氫流速( 20℃):  >5L/min
  ◆ 放氫壓力( 20℃):  ≥0.3MPa
  ◆ 使用環(huán)境溫度:0~60℃
  ◆ 產品氫純度: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。
鋼瓶(帶減壓閥門和壓力表)
  用來給金屬氫化物充氣,使用使要符合氫氣使用安全技術規(guī)程(GB 4962-85) 。
本實驗系統可以使用如下規(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
  ◆ 充氫具體操作見附件C。
高純氫氣發(fā)生器
 輸出流量 0~300ml/min
 功率 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,關閉電堆前按停止按鈕保存數據,清除累計時間可按清除按鈕。
溫度表:本教學平臺有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,轉速為200r/min的減速電機。
DC/AC
本教學平臺共有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電能轉換為AC220V±5%的交流電壓,為負載和其他供電。技術參數: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直流電壓轉換為186~260V±5%的交流電壓,向電網進行反向送電(并網)。
并網技術參數:
◆ 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)
離網技術參數
◆ 直流輸入電壓:11~21VDC
◆ 額定輸出功率:300W
◆ 輸出電壓:110/220VAC根據客戶要求訂制
◆ 輸出波形:純正弦波
◆ 輸出頻率:50Hz
◆ 工作效率:85%
◆ 功率因數:>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
緊急停止開關和漏電保護器
為了保護本教學平臺的重要部件,避免一些由于人為的操作失誤而導致的重大事故的發(fā)生,我們在電源前端重要部件前加入了緊急停止開關和漏電保護開關,
3、實驗項目
實驗1、燃料電池能量轉換原理實驗;
實驗2、反應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、電力電子轉換實驗;
實驗7、燃料電池驅動線性負載實驗;
實驗8、燃料電池驅動LED陣列實驗;
實驗9、燃料電池驅動電機實驗;
實驗10、燃料電池燃料電池對移動設備供(充)電實驗
實驗11、燃料電池燃料電池驅動感性負載實驗;
實驗12、燃料電池燃料電池驅動并網模塊并網實驗;
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。


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