燃料电池发电教学实训系统:上海硕博教学设备公司

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2024年12月31日

燃料电池发电教学实训系统

SB-ZRL081-A燃料电池发电教学实训系统

一、概述

燃料电池发电教学实训系统、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《燃料电池发电教学实训系统》。

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。

系统由自吸式PEM燃料电池堆、金属氢化物氢瓶、燃料电池控制器、高纯度氢气发生器，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。

高纯度氢气发生器教学平台前视图

编号	组件		说明
1	自吸式PEM燃料电池堆		用来作为电能的输出
2	金属氢化物氢瓶及其组件		用来给燃料电池提供氢燃料
3	线性负载电流表		用来测量直流负载电流
4	线性负载电压表		用来测量直流负载电压
5	交流电压表		用来测量交流离网、并网运行过程中负载电压
6	交流电流表		用来测量交流离网、并网运行过程中负载电流
7	计时器		用来累计氢瓶使用时间
8	温度表		用来反映电堆周围环境温度
9	线性电阻负载箱		用来作为阻性负载
10	电机/轴流风扇		用来作为感性负载
编号		组件	说明
1		DC/DC电源模块（9V）	仪表供电
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
3		燃料电池控制器	控制燃料电池风扇转速和定时排气

二、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（带减压阀门和压力表）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℃）： 0.0125KG

◆ 放氢流速（ 20℃）： >100L/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。

使用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 ZH-300(0～300ml/min)

功率 SB-300(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：11～35VDC

◆ 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

智慧教室综合测控系统

该系统采用一体化设计，要求所有功能集中在一块核心控制器上，禁止采用多种模块拼装，确保使用人员的人身安全及设备安全的性能指标

（一）虚拟示波器所需实现的功能：50MHz 2路波形测量功能；

（二）2路逻辑分析仪功能；

（三）1路任意波形信号发生器输出；

200MSa/s高速实时采样，50MHz带宽，波形测量完全满足教学实验要求，波形平滑不失真。

（四）2路PWM脉冲信号发生器：可设置频率、占空比。

（五）万用表功能

1、万用表的电阻测量功能；

2、万用表的直流电压测量功能；

3、万用表的交流电压测量功能；

4、万用表的交流电流测量功能；

（六）人机界面功能

*1、人机界面显示所测量的波形，并显示相应的量测值；

*2、可通过点击界面按钮，将所测量的波形插入实验报告模板中；

*3、学生的实验报告结果可通过点击界面按钮，统一上传到指定的教师电脑文件夹下；（七）、实验室安全监控功能

1、环境参数测量：可同时测量显示温湿度、CO2浓度和PM2.5；

2、电气参数测量：可测量控制台电压电流，并计算出功率；

3、过流、过压、欠压（阀值可设置）报警跳闸保护；

4、安全防护：实验室环境安全监控装置（PM2.5、烟雾、可燃气体、温湿度及CO2浓度异常（火警）报警）；5、节电功能：长期无人实验时，自动关闭总闸开关，实现安全和节电效果；

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实验室智慧用电安全控制系统；

智能电源管理系统具有过温、短路、过流、过压、欠压、失压、功率限定7大保护功能；电源具有一键锁定功能，处理故障时，防止漏电保护器合闸，造成触电危险；电源具有故障锁定功能，发生故障导致跳闸时，不能人为上电，只能通过远程清除故障后，才能上电成功；能通过无线4G和有线以太网与手机APP和PC端云平台通讯，没有网络的情况下，教室整套智能电源管理系统可离线独立运行。

1、智能终端：智能电源管理系统以32位ARM为核心，采用4.3寸彩色触摸屏为人机交互界面，实时监控设备运行情况，提供Zigbee、CAN等多种通信模式，具备语音播报功能。能实时监测三相电压、电流、功率，功率因数、频率、电能等参数，液晶触摸屏监测数值。能监控实验室电源的故障类型和故障次数；设备时间管理包含年月日时间的显示；用户通过刷卡方式请求开启设备，PC端进行授权之后，设备可启动使用，PC端可分时预约设备的启动和停止！

2、手机APP：用电状态界面实时显示当前电压、电流、有无功功率、电能、设备温度、漏电电流值等；用电数据界面能智能查找近2年用电数据，设置界面能设置限定电能值、负载值、设备超温值、过欠压值、过欠压恢复时间值等。后台查看报警日志、操作日志、故障日志等。控制：可在微信小程序中远程控制智能开关的通断。

3、PC端软件：每个设备状态信息显示，具有多个子界面，具有故障分析，用电能效分析、集中管理、个人中心资料管理、用户报警定位跟踪与信息统计；具有管理员信息修改与权限管理等功能。可一键开启和关闭所有设备，可单独控制每台设备的开关！

4、后台系统：包含账号管理、设备管理、报修管理、用户管理，设备管理：①、包含监控管理：实时视频监控每个教室，可一键预览所有设备的在线和运行情况，分析设备使用率及运行时间！②、包含设备节点：可显示设备所在位置、编码名称、挂载情况、用户编辑、用户查询等。

5、报修管理：用户可进行远程报修，反应设备故障信息，编辑报修情况，后台可进行远程维护，及时跟进，以有效解决用户设备维护。

6、用户管理：可连通手机号，对账户进行一对一的安全加密，实名认证，防止账户泄密、防盗，现场数据连接云平台后台数据库管理。

序号	名称	型号	数量	单位
1	教学系统主操作台（立式或台式）		1	台
2	自吸式燃料电池堆	PEM-50w	1	台
3	金属氢化物氢气瓶		1	只
4	双级减压阀		1	只
5	燃料电池控制器	PEK-50	1	台
6	电源模块（系统内部）		1	套
7	测量仪表（系统面板）		1	套
8	附件		1	套
9	使用说明书		1	册