教學(xué)設(shè)備

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)電站或車輛的動力源。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)國家節(jié)能減排號召，促進(jìn)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(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、直流線性負(fù)載，交流線性負(fù)載，直流感性負(fù)載和測試儀表組成。

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(fù)載電流表	用來測量直接線性負(fù)載電流
4	線性負(fù)載電壓表	用來測量直接線性負(fù)載電壓
5	直流功率表1	用來測量直接線性負(fù)載功率
6	直流功率表2	用來測量LED燈組負(fù)載功率
7	直流功率表3	用來測量電機(jī)負(fù)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(fù)載
11	電機(jī)	用來作為感性負(fù)載
12	按鈕1	用來控制儀表供電
13	按鈕2	用來控制線性負(fù)載回路通斷
14	按鈕3	用來控制燈和電機(jī)負(fù)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(zhuǎn)化為12V直流電
3	燃料電池控制器	控制燃料電池風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和定時排氣

 2、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(fù)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(fēng)機(jī)電壓為10.5V；
◆ 尾氣排放閥排氣間隔為12秒，每次排氣時間為0.3秒。
燃料電池安裝要注意通風(fēng)，確�？諝忭槙沉魍�，有助與反應(yīng)空氣的吸入和電池的散熱。安裝時將燃料電池平放，風(fēng)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(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：空氣自然對流或強(qiáng)制對流
  ◆ 重量：2.5kg
  ◆ 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(shù)規(guī)程(GB 4962-85) 。
本實(shí)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 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(fù)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(zhǔn)時充氣。當(dāng)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(fù)載
線性負(fù)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(fù)載：是一個額定電壓為12-24V,轉(zhuǎn)速為200r/min的減速電機(jī)。
DC/AC
本教學(xué)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(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）：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(hù)功能：極性反接、短路、過熱、過載保護(hù)
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)
緊急停止開關(guān)和漏電保護(hù)器
為了保護(hù)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)和漏電保護(hù)開關(guān)，
3、實(shí)驗項目
實(shí)驗1、燃料電池能量轉(zhuǎn)換原理實(shí)驗；
實(shí)驗2、反應(yīng)條件對燃料電池堆性能影響實(shí)驗；
實(shí)驗3、燃料電池堆負(fù)載實(shí)驗；
實(shí)驗4、燃料電池堆在恒定負(fù)載條件下V-I、P-I特性實(shí)驗；
實(shí)驗5、燃料電池堆在變化負(fù)載條件下V-I、P-I特性實(shí)驗；
實(shí)驗6、電力電子轉(zhuǎn)換實(shí)驗；
實(shí)驗7、燃料電池驅(qū)動線性負(fù)載實(shí)驗；
實(shí)驗8、燃料電池驅(qū)動LED陣列實(shí)驗；
實(shí)驗9、燃料電池驅(qū)動電機(jī)實(shí)驗；
實(shí)驗10、燃料電池燃料電池對移動設(shè)備供（充）電實(shí)驗
實(shí)驗11、燃料電池燃料電池驅(qū)動感性負(fù)載實(shí)驗；
實(shí)驗12、燃料電池燃料電池驅(qū)動并網(wǎng)模塊并網(wǎng)實(shí)驗；
實(shí)驗13、線形負(fù)載和燈泡負(fù)載電堆性能實(shí)驗。
實(shí)驗14、恒值負(fù)載電堆性能實(shí)驗。
實(shí)驗15、不同溫度電堆性能曲線實(shí)驗。
實(shí)驗16、不同壓力電堆性能曲線實(shí)驗。
實(shí)驗17、不同尾氣排放量電堆性能曲線實(shí)驗。
實(shí)驗18、最佳電堆性能曲線實(shí)驗。
實(shí)驗19、不同類型電堆性能評價實(shí)驗。
4、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