氢燃料电池教学实训平台，燃料电池系统实训台
燃料电池系统实训是一种针对燃料电池技术的专业实践性培训。燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，具有高效率、低污染等优点，被视为一种重要的清洁能源技术。燃料电池系统实训可能包括以下几个方面：
燃料电池系统认知：介绍燃料电池的基本原理、类型（如质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池等）及其应用领域。
燃料电池组件操作：教授如何正确操作和维护燃料电池的关键组件，如电堆、氢气供应系统、氧气供应系统、冷却系统等。
系统集成与控制：通过实践操作，了解燃料电池系统的集成方式和控制策略，学习如何调节系统参数以优化性能。
故障诊断与排除：模拟燃料电池系统可能出现的故障，训练学员进行故障诊断和排除的能力。
性能测试：在实训台上进行实际的燃料电池性能测试，包括输出电压、功率密度、效率等参数的测量和分析。
进行燃料电池系统实训时有专业的技术人员或讲师进行现场指导。实训设备可能包括教学用的燃料电池实训台、控制软件和相关的测试仪器。通过这种实训，学员可以更好地理解燃料电池的工作原理，掌握操作和维护燃料电池系统的基本技能，为将来从事相关工作打下坚实的基础。
燃料电池系统的集成和控制方法多种多样，取决于燃料电池的应用场景、设计要求和系统配置。以下是一些常见的集成和控制方法：
电堆集成：
单电池堆系统：适用于小型应用，如便携式电源或无人机。
多电池堆系统：用于较大规模的应用，如车辆或备用电源系统。
供氢系统集成：
氢气储存容器的集成：考虑氢气的安全储存和高效供应。
重整器的集成（对于非重整氢燃料电池）：将碳氢化合物燃料转化为氢气。
热管理系统集成：
冷却系统的集成：水冷或空气冷却是最常见的两种方式。
加热系统的集成：确保燃料电池在低温环境下正常启动。
电气系统集成：
电力电子设备的集成：如直流-直流变换器、逆变器等。
充电系统的集成（对于混合动力系统）。
控制方法：
集成控制系统：将燃料电池系统与其他系统（如电池、超级电容器）集成在一起的复合能源系统。
远程监控和诊断系统：通过网络实现远程的数据收集、故障诊断和系统优化。
安全系统集成：
泄漏检测和防护：氢气泄漏检测及防护措施。
紧急停机系统：在出现故障或异常情况时，能够迅速关闭燃料电池系统。
环境适应性集成：
高海拔和极端气候适应性设计：确保燃料电池系统在各种环境条件下均能稳定运行。
氢燃料电池教学实训平台是一种专门用于教育和培训的设备，旨在帮助学生和学员深入了解和掌握氢燃料电池的原理、结构、工作原理以及维修技能。该平台基于真实的氢燃料电池系统构建，具备真实可运行的特点。
氢燃料电池教学实训平台主要包括氢气供应系统、空气供应系统、电解液供应系统、电池系统等组成部分，可以模拟氢燃料电池的电化学反应、电气性能、热学性能等重要参数。通过实训平台，学员可以直观地了解氢燃料电池的内部构造和各个部件之间的连接关系，掌握系统的工作原理和维修技能。
在实训平台上，学员可以学习如何操作和维护氢燃料电池系统，包括氢气的供应、空气的供应、电解液的循环、电池的充放电等。同时，实训平台还可以模拟各种工况下的系统运行状态，如启动、加速、减速、制动等，使学员能够更深入地了解氢燃料电池系统的性能和特点。
此外，氢燃料电池教学实训平台还配备了丰富的教学资源，包括实训指导书、教学视频、电路原理图等，这些资源可以帮助学员更好地理解和掌握氢燃料电池的相关知识。同时，实训平台还具备安全性高、易操作、易维护等特点，能够确保学员在实训过程中的安全和顺利。
1、概述
质子交换膜燃料电池是一种将燃料氢气作为还原剂与空气中的氧气作为氧化剂进行电化反应，并将化学能直接转换成电能的高效发电装置（化学反应式为H2＋1/2O2® H2O）。燃料电池可以作为发电站或车辆的动力源。燃料电池与内燃机相比，最突出的优点是高的能量转化效率和极低的环境污染，在现实生活中电能是一种清洁的能源，因此燃料电池输出的是清洁的能源。
为响应国家节能减排号召，促进新能源生力军健康、和谐发展，针对广大院校需求，我司研制并生产了燃料电池教学实验平台。
燃料电池教学实验平台应用范围：主要面向职高、大学、研究生、以燃料电池发电为主课题的研究和培训。
燃料电池教学实验平台由自吸式PEM燃料电池堆、金属氢化物氢瓶及其组件燃料电池控制器、直流线性负载，交流线性负载，直流感性负载和测试仪表组成。
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编号 |
组件 |
说明 |
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1 |
自吸式PEM燃料电池堆 |
用来作为电能的输出 |
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2 |
金属氢化物氢瓶及其组件 |
用来给燃料电池提供氢燃料 |
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3 |
线性负载电流表 |
用来测量直接线性负载电流 |
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4 |
线性负载电压表 |
用来测量直接线性负载电压 |
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5 |
直流功率表1 |
用来测量直接线性负载功率 |
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6 |
直流功率表2 |
用来测量LED灯组负载功率 |
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7 |
直流功率表3 |
用来测量电机负载功率 |
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8 |
计时器 |
用来累计氢瓶使用时间 |
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9 |
温度表 |
用来反映电堆周围环境温度 |
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10 |
LED灯组 |
用来作为阻性负载 |
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11 |
电机 |
用来作为感性负载 |
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12 |
按钮1 |
用来控制仪表供电 |
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13 |
按钮2 |
用来控制线性负载回路通断 |
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14 |
按钮3 |
用来控制灯和电机负载回路通断 |
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15 |
按钮4 |
用来控制LED灯组（红） |
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16 |
按钮5 |
用来控制LED灯组（黄） |
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17 |
按钮6 |
用来控制LED灯组（绿） |
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编号 |
组件 |
说明 |
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1 |
DC/DC电源模块（9V） |
仪表供电 |
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2 |
DC/DC电源模块（12V） |
将燃料电池输出波动直流电转化为12V直流电 |
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3 |
燃料电池控制器 |
控制燃料电池风扇转速和定时排气 |
2、各部件参数
◆ 燃料电池
燃料电池是本教学平台的核心组成部分，将氢瓶供给的氢气转换成电能，供负载使用。
产品优势:具有重量轻，体积小，便于携带；静音设计；结构简单，可靠性高：启动速度快，响应时间短，适合于各种应用环境；环境适应性好，适应各种天气变化；
其规格如下：
◆ 电池功率为50W；
◆ 开路电压为15～30V；
◆ 工作电压为11V时，电流为4.15A，电池温度为41.5℃；
◆ 风机电压为10.5V；
◆ 尾气排放阀排气间隔为12秒，每次排气时间为0.3秒。
燃料电池安装要注意通风，确保空气顺畅流通，有助与反应空气的吸入和电池的散热。安装时将燃料电池平放，风扇朝上，散热口朝下，尾气排放口通过排气管接电池阀，接上燃料气瓶即可发电。
◆ 金属氢化物氢瓶
◆ 金属氢化物氢瓶用来给燃料电池供应燃料，其规格为：
◆ 贮氢容量（ 20℃）： 10L
◆ 放氢流速（ 20℃）： >5L/min
◆ 放氢压力（ 20℃）： ≥0.3MPa
◆ 使用环境温度：0～60℃
◆ 产品氢纯度：99.99％～99.9999％
◆ 原料氢： ≥98％（普通工业氢）
◆ 充氢压力：2.0～3.0MPa
◆ 充氢环境温度：0～40℃
◆ 热交换方式：空气自然对流或强制对流
◆ 重量：1.0kg
◆ 外形尺寸：长350mm，直径90mm
◆ 金属氢化物氢瓶具体使用规则见附件B。
钢瓶（带减压阀门和压力表）
用来给金属氢化物充气，使用使要符合氢气使用安全技术规程(GB 4962-85) 。
本实验系统可以使用如下规格瓶装氢气：
◆ 容积：1L
◆ 压力：15MPa
◆ 氢气纯度：99.999％高纯氢
◆ 减压器规格：输入压力（0-25MPa）
输出压力（0-0.16MPa）连续可调
◆ 充氢具体操作见附件C。
高纯氢气发生器
输出流量 0～300ml/min
功率 150W
输出压力 0～0.4 MPa
电源电压
交流220V±10%； 50Hz±5%
工作条件
温度：5～42℃
相对湿度：≤85%；
仪表
电流表：平台设有2个电流表，量程和误差分别为AC 5A和DC 20A±0.2％。用来测量燃料电池输出电流和交流电流。
电压表：平台设有2个电压表，量程和误差分别为AC 500V和DC 50V±0.2％。用来测量燃料电池输出电压、负载电压和交流输出电压。
计时器：本教学平台共有1个计时器，量程为100小时，主要用来累计氢瓶使用时间，以便准时充气。当开启电堆时按下计时器的计时按钮，关闭电堆前按停止按钮保存数据，清除累计时间可按清除按钮。
温度表：本教学平台有1个温度表，量程和误差分别是-19.9～99.9℃和±1％。用来反映环境温度。
负载
线性负载：是一个变阻箱，阻值变换范围为0～1999欧姆，阻值最小变化值为0.1欧姆；最大可承受功率为10W。
感性负载：是一个额定电压为12-24V,转速为200r/min的减速电机。
DC/AC
本教学平台共有2个DC/AC电源模块。
1. DCW300-12S12（1个）：将燃料电池发出的直流19V电能转换为AC220V±5％的交流电压，为负载和其他供电。技术参数：输入电压范围9～18V，输出电压Ac220V，输出电流1.2A，输出功率300W。
2. DCN200-12S09（1个）：将10-28V直流电压转换为186～260V±5％的交流电压，向电网进行反向送电（并网）。
并网技术参数：
◆ AC标准电压范围： 90V-140V/180V-260VAC
◆ AC频率范围： 55Hz~63Hz/45Hz~53Hz
◆ 输出电流总谐波失真： THDIAC <5%
◆ 相 位 差： <1%
◆ 岛效应保护： VAC;f AC
◆ 输出短路保护： 限流
◆ 显示方式： LED
◆ 待机功耗： <2W
◆ 夜间功耗： <1W
◆ 环境温度范围： -25 ℃~60℃
◆ 环境湿度： 0~99%(Indoor Type Design)
离网技术参数
◆ 直流输入电压：11～21VDC
◆ 额定输出功率：300W
◆ 输出电压：110/220VAC根据客户要求订制
◆ 输出波形：纯正弦波
◆ 输出频率：50Hz
◆ 工作效率：85%
◆ 功率因数：>0.88
◆ 波形失真率≤5%
◆ 工作环境：温度-20℃～50℃
◆ 相对湿度：﹤90﹪（25℃）
◆ 保护功能：极性反接、短路、过热、过载保护
本平台共有4个DC/DC电源模块。
1. DC-DC05（4个）：将燃料电池发出的直流电能转换为DC3.3V、5.0V、9.0V、12V的直流电。
◆ 输入电压：DC1.5-32V
◆ 输出电压：DC1.25-30V连续可调
紧急停止开关和漏电保护器
为了保护本教学平台的重要部件，避免一些由于人为的操作失误而导致的重大事故的发生，我们在电源前端重要部件前加入了紧急停止开关和漏电保护开关，
3、实验项目
实验1、燃料电池能量转换原理实验；
实验2、反应条件对燃料电池堆性能影响实验；
实验3、燃料电池堆负载实验；
实验4、燃料电池堆在恒定负载条件下V-I、P-I特性实验；
实验5、燃料电池堆在变化负载条件下V-I、P-I特性实验；
实验6、电力电子转换实验；
实验7、燃料电池驱动线性负载实验；
实验8、燃料电池驱动LED阵列实验；
实验9、燃料电池驱动电机实验；
实验10、燃料电池燃料电池对移动设备供（充）电实验
实验11、燃料电池燃料电池驱动感性负载实验；
实验12、燃料电池燃料电池驱动并网模块并网实验；
实验13、线形负载和灯泡负载电堆性能实验。
实验14、恒值负载电堆性能实验。
实验15、不同温度电堆性能曲线实验。
实验16、不同压力电堆性能曲线实验。
实验17、不同尾气排放量电堆性能曲线实验。
实验18、最佳电堆性能曲线实验。
实验19、不同类型电堆性能评价实验。
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