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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，最突出的優(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)。
一、新能源燃料電池發(fā)電教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)組成：

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、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。

1、自吸式PEM燃料電池堆：用來(lái)作為電能的輸出

2、金屬氫化物氫瓶及其組件：用來(lái)給燃料電池提供氫燃料

3、線性負(fù)載電流表：用來(lái)測(cè)量直流負(fù)載電流

4、線性負(fù)載電壓表：用來(lái)測(cè)量直流負(fù)載電壓

5、交流電壓表：用來(lái)測(cè)量交流離網(wǎng)、并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載電壓

6、交流電流表：用來(lái)測(cè)量交流離網(wǎng)、并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載電流

7、計(jì)時(shí)器：用來(lái)累計(jì)氫瓶使用時(shí)間

8、溫度表：用來(lái)反映電堆周?chē)�環(huán)境溫度

9、線性電阻負(fù)載箱：用來(lái)作為阻性負(fù)載

10、電機(jī)/軸流風(fēng)扇：用來(lái)作為感性負(fù)載

11、DC/DC電源模塊（9V）：儀表供電

12、DC/DC電源模塊（12V）：將燃料電池輸出波動(dòng)直流電轉(zhuǎn)化為12V直流電

13、燃料電池控制器：控制燃料電池風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和定時(shí)排氣

二、燃料電池測(cè)試和燃料電池管理：

1、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的熱管理和水管理：針對(duì)風(fēng)冷型燃料電池堆，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)扇電壓，改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，控制電堆溫度；針對(duì)水冷型燃料電池堆，通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)水泵電壓，改變冷卻水流量，控制電堆溫度，實(shí)現(xiàn)電堆的熱管理。設(shè)定電磁閥開(kāi)閉周期和占空比，調(diào)節(jié)尾氣排放量，控制電堆內(nèi)部濕度，實(shí)現(xiàn)電堆水管理。

2、燃料電池堆的特性研究：應(yīng)用所提供的線形負(fù)載（變阻器）和燈泡負(fù)載，通過(guò)觀察顯示儀表，初步了解電堆的電流、電壓和功率特性。利用所提供的電子負(fù)載，進(jìn)行恒電流、恒電壓、恒功率和恒電阻實(shí)驗(yàn)，繪制不同負(fù)載變化下的V－I和P－I曲線，研究電堆的輸出特性。燃料電池堆V－I曲線繪制，空冷型燃料電池堆V－I曲線。

3、燃料電池堆的性能優(yōu)化：調(diào)節(jié)精密減壓閥，控制氫氣進(jìn)氣壓力；調(diào)節(jié)風(fēng)扇電壓或冷卻水流量，控制電堆溫度；調(diào)節(jié)尾氣排放量。控制電堆濕度。通過(guò)比較不同功率變化下的V－I曲線，確定最優(yōu)操作條件，獲得相同系列電堆的最佳系統(tǒng)輸出性能曲線。

三、設(shè)備部件參數(shù)：
1、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。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：
1）電池功率為50w；
2）開(kāi)路電壓為15～30V；
3）工作電壓為11V時(shí)，電流為4.15A，電池溫度為41.5℃；
4）風(fēng)機(jī)電壓為10.5V；
5）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�？諝忭槙沉魍ǎ�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。 
2、金屬氫化物氫瓶：
1）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：
2）貯氫容量（ 20℃）：500L
3）放氫流速（ 20℃）：>5L/min
4）放氫壓力（ 20℃）：≥0.3MPa
5）使用環(huán)境溫度：0～60℃
6）產(chǎn)品氫純度：99.99％～99.9999％
7）原料氫：≥98％（普通工業(yè)氫）
8）充氫壓力：2.0～3.0MPa
9）充氫環(huán)境溫度：0～40℃
10）熱交換方式：空氣自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流
11）重量：4.5kg
12）外形尺寸：長(zhǎng)420mm，直徑50mm
13）金屬氫化物氫瓶具體使用規(guī)則見(jiàn)附件B。
3、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：
1）容積：4L
2）壓力：15MPa
3）氫氣純度：99.999％高純氫
4）減壓器規(guī)格：最大輸入壓力（25MPa）最大輸出壓力（0.25MPa）
5）充氫具體操作見(jiàn)附件C。
4、儀表：
1）電流表：本教學(xué)平臺(tái)共有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)量燃料電池輸出總電流和交流電參數(shù)。
2）電壓表：本教學(xué)平臺(tái)共有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。
3）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。
4）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。
5、負(fù)載：
1）線性負(fù)載：是一個(gè)變阻箱，阻值變換范圍為0～1999歐姆，阻值最小變化值為0.1歐姆；最大可承受功率為10W。
2）感性負(fù)載：是一個(gè)額定電壓為12V,轉(zhuǎn)速為1440r/min的軸流風(fēng)機(jī)。
6、本教學(xué)平臺(tái)共有7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)）。

四、技術(shù)參數(shù)：
1、AC標(biāo)準(zhǔn)電壓范圍：90V-140V/180V-260VAC
2、AC頻率范圍：55Hz~63Hz/45Hz~53Hz
3、輸出電流總諧波失真：THDIAC <5%
4、相位差：<1%
5、島效應(yīng)保護(hù)：VAC;f AC
6、輸出短路保護(hù)：限流
7、顯示方式：LED
8、待機(jī)功耗：<2W
9、夜間功耗：<1W
10、環(huán)境溫度范圍：-25℃~60℃
11、環(huán)境濕度：0~99%(Indoor Type Design)
12、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�部件前加入了緊急停止開(kāi)關(guān)和漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)，

五、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：
1.燃料電池能量轉(zhuǎn)換原理實(shí)驗(yàn)；
2.反應(yīng)條件對(duì)燃料電池堆性能影響實(shí)驗(yàn)；
3.燃料電池堆負(fù)載實(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)；
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)；
6.電力電子轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)；
7.燃料電池驅(qū)動(dòng)線性負(fù)載實(shí)驗(yàn)；
8.燃料電池驅(qū)動(dòng)LED陣列實(shí)驗(yàn)；
9.燃料電池驅(qū)動(dòng)電機(jī)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)
11.燃料電池燃料電池驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載實(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)；
13.線形負(fù)載和燈泡負(fù)載電堆性能實(shí)驗(yàn)。
14.恒值負(fù)載電堆性能實(shí)驗(yàn)。
15.不同溫度電堆性能曲線實(shí)驗(yàn)。
16.不同壓力電堆性能曲線實(shí)驗(yàn)。
17.不同尾氣排放量電堆性能曲線實(shí)驗(yàn)。
18.最佳電堆性能曲線實(shí)驗(yàn)。
19.不同類(lèi)型電堆性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

六、新能源燃料電池發(fā)電教學(xué)實(shí)訓(xùn)臺(tái)基本配置：

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