50KW燃料電池測試平臺設計方案

更新時間：2018-04-11

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1 概述

1.1系統介紹

1.2 系統功能設計

1.2.1 系統控制

?全自動兼手動測試

?數據自動采集

?加載工況編程

?多通道單池檢測

?電堆溫度控制

1.2.2 負載控制

?恒電流載荷設定

?恒功率載荷設定

?恒電壓載荷設定

1.2.3 安全控制

?操作安全保護

?氫安全保護

?電安全保護

1.2.4 物料控制

?物料供給設定

?自動補水

?恒壓操作

1.2.5 其他

?陰極、陽極增濕控制

?氫空壓力操作跟動

?氮氣自動吹掃

1.3系統參數配置

序號	操控項目	參數	備注
1	環境適應性	0~45℃
2	氫氣氣源壓力	5~10bar
3	空氣氣源壓力	5~10bar
4	氮氣氣源壓力	5~10bar
5	電流加載控制	0~600A （0~750V）
6	功率加載控制	0~50KW（0~750V）
8	濕度操作	0~95%RH（90℃）
10	壓力操作	20～200 kPa（±2 kPa）
11	陰極流量控制	20～3000NLPM（誤差1%）
12	陽極流量控制	20～1000NLPM（誤差1%）

13	冷卻液流量控制	5~200NLPM（誤差5%）
14	壓力參數采集	0~300 kPa（±2 kPa）
15	溫度參數采集	0-100℃（±2 ℃）
16	電壓檢測	0~750V
17	巡檢通道數量	0~250
18	單池電壓檢測	-2V~2V（精度±2mV）
19	冷卻液預熱時間	10min（水）
20	露點控制范圍	40-90℃
21	氣體溫度控制方式	溫度PID控制
22	氣體zui大濕度	95%（90℃）
23	露點溫度控制方式	管路保溫控制
24	露點控制精度	±2 ℃
25	露點溫度測量	露點檢測儀	出廠時標定
26	加濕方式	噴淋增濕
27	不加濕回路	有
28	N2吹掃	手動/可定制自動
29	可測zui大電堆功率	50kW
30	可測zui小電堆功率	5kW

31	管路材質	不銹鋼，防腐處理
32	電源需求	380/110A(≈40KW)	使用方提供

2 系統設計方案

2.1 系統控制設計

1）良好的人機界面；

2）功能齊全的專業測試軟件；

3）全自動化控制：

①流量控制：

控制模式分恒定流量控制模式和載氣聯動模式，可手動和程序設定，有zui小流量設定，顯示設定流量和實際測量流量、可設定反應氣的化學計量比；

②溫度控制：

系統將熱電偶采集到的溫度，通過PID算法進行運算后輸出控制信號到執行機構，以使所控制溫度達到給定值，實現自動控制；

③壓力控制：

設定和顯示；

4）控制氫氣尾排形式：

①常排模式；

②脈沖排放模式；

5）數據采集：

①按通訊速率自動記錄（文本格式）；

②可以自定義保存數據；

6）負載：

①手動設定或編輯程序進行（按一定加載速度進行加載）；

②具有電池測試功能、自動測試功能、過功率測試功能、過電流測試功能；

7）安全保護：

溫度、壓力、壓差、氫氣濃度、總電壓、單電壓、電流、功率超限設定保護；

8）指示燈及開關：

運行狀態指示燈、上電指示燈、報警指示燈及上電和急停開關。

2.2 系統技術規范

類別	項目	指標	備注
系統	測試功率范圍	0～30kW
	質量流量控制精度	1%
	氣體輸入通道	H2、N2、Air
	背壓控制范圍	20～200 kPa
	背壓控制精度	±2 kPa
	壓力測量范圍	0～300 kPag
	背壓測量精度	±2kPa
增濕系統	露點控制范圍	40℃～90℃
	露點控制精度	±2℃
	陽極氣體流量范圍	20～1000NLPM
	陰極氣體流量范圍	20～3000NLPM
	響應時間	5min	露點40℃到80℃
供氣應系統	流量測試范圍（陽極）	20～1000NLPM	可為電堆測試提供氫氣供應和質量流量統計
	流量測試范圍（陰極）	20～3000NLPM
	流量控制	可以通過自動控制和手動編程控制等多種控制方式
	氣體溫度控制范圍	40℃～90℃	堆進氣溫度
	溫度控制精度	±1.5℃
	露點測量精度	±1℃
	電堆進出接口	H2/AIR：φ16/φ38	有待確認
	接堆管路	高壓軟管	耐壓3bar

氮氣吹掃	流量計	20～200NLPM控壓力or控流量
冷卻系統	冷卻劑	去離子水，壓力范圍：5-100kPa
	冷卻劑流量	5~200NLPM	自動控制0或5~100NLPM
	流量測量精度	0.01	10℃下
	溫度控制范圍	40℃～90℃	冷卻液進堆溫度
	溫度測量精度	±1℃
	溫度控制精度	±1.5℃
	冷卻液壓力控制范圍	5～100kPag
	壓力測量、控制精度	±1.5kPa
	電導率測試范圍	0～100μS/cm
	預熱時間	<10分鐘	從20℃到80℃
電子負載系統	電壓	0～750 V
	電流	0～800 A
	功率	50kW
	電流電壓測量精度	0.5％滿量程
	控制	可編程控制
電源系統	電壓	三相380V AC 50Hz
電源系統	電流	110A(≈40KW)	買方提供
單池電壓測試系統	測試通道	0-250
	測試范圍	±2V
	測試精度	±2mV
	數據采集速度	2Hz
	接口	CAN
軟件及電腦	電腦zui低配置	處理器 Pentium 4或更高 RAM 1GB 磁盤 5GB Windows XP/7
	軟件系統	供方提供相關正版軟件提供中文版使用手冊
	通訊	可接受外部信號輸入，可對系統進行控制
	圖形刷新率	2Hz
	數據采集率	10Hz
	zui大數據記錄速率	10Hz
	軟件系統	完整的監控和控制軟件，友好的界面?？缮?/span>
輔助設備	指示燈	綠燈表示運行，紅燈表示停機，聲音報警
	急停按鈕	緊急停車開關，具有防誤操作功能
	排水盤	平臺配有能收集漏出水的收集盤，并有導流管可以室內排水管道連接
	后備UPS	試驗室斷電情況下控制系統供電和平臺安全處理供電	可選
安全與保護	氫濃度傳感器	硬件及軟件	外置聲光報警裝置
	N2吹掃	軟件、硬件
	設備互鎖輸入	一路停車輸入
	電堆低電壓報警	軟件
	單片電壓報警	軟件
	高溫、低溫報警	軟件
	氣體超壓、低壓報警	軟件
	冷卻液超壓、低壓報警	軟件
	陽極、陰極或冷卻液超壓力差報警	軟件
	電子負載故障	軟件

2.3 氣、液、電氣接口定義

氫氣氣源接口：Ф16

空氣氣源接口：Ф38

氮氣氣源接口：Ф10

空氣出口接口：Ф38

氫氣出口接口：Ф16

冷卻液進出接口：Ф32

排液1接口：Ф10

排液2接口：Ф10

排液3接口：Ф10

電源接口：額定380V/40A(峰值50A)三相電源接頭。

(以實物為準，僅作參考）

3 30KW燃料電池測試平臺配置參數表

系統名稱	配置				備注
系統名稱	主要部件	品牌/產地	參數	精度	備注
陽極供氣系統	氣體流量控制器	ALICAT/進口	0～1000NLPM	±0.2%F.S+0.8%（讀數）響應時間<60s（2%-100%）
陰極供氣系統	氣體流量控制器	ALICAT/進口	0～3000NLPM	±0.2%F.S+0.8%（讀數）響應時間<60s（2%-100%）
吹掃系統	減壓器
增濕系統	空氣增濕器	—	0～95%RH（90℃）	±5%
	氫氣增濕器	—	0～95%RH（90℃）	±5%
	露點控制	—	40℃～90℃	±2℃
冷卻系統	循環泵	Walrus	流量：5～200LPM，壓力：5～100kPa	±1kPa
冷卻系統	換熱器	alfa laval	4-10℃溫差	±1℃
自動補水系統	水泵		0～2NLPM
自動補水系統	在線電導率儀		0～100μS/cm	±1μS/cm
負載系統	負載	—	電壓：0～750 V 電流：0～800 A 功率：0~50kw	0.5%
控制/數據采集系統	控制器	NI/進口	全自動控制，可自編工況		美國國家儀器公司
	壓力傳感器	SMC	0～300 kPa	±1kPa
	溫度傳感器	NTC	0℃～100℃	±1℃
	單電壓采集	—	通道：250個電壓：±2V 速率：2Hz	±2mV
	軟件	LABVIEW8.0	界面友好，操作方便	正版授權
安全聯鎖保護系統（HIS）	氫氣濃度報警儀		聲光
	安全報警聯鎖	軟件	壓力、溫度、電壓、液位超限報警
	急停保護	硬件
Ups備用電源					根據客戶需求選配
電源需求	電源		380/110A(≈40KW)

4 特點與服務

4.1 系統特點

?模塊化集成，可按需求組合不同的配置；

?可按需求定制的監控系統；

?的安全性，可靠的安全緊急關閉機制；

?PC界面友好清晰，操控簡便；

?功能強大的數據采集和診斷系統，預留I/O、AD、PWM裕量；

?可選的集成環境室和負載等。

4.2 工程與服務

?從設計到運行，可提供一整套測試系統的服務，根據需要，還可提供實驗室整體解決服務；

?除了測試系統的交付服務，可以提供其他大量的客戶服務，包括、現場運行支持、甚至可以由我們的服務與測試工程師來運行測試臺架。

50KW燃料電池測試平臺 設計方案