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50KW燃料電池測(cè)試平臺(tái) 設(shè)計(jì)方案
1 概述
1.1系統(tǒng)介紹
1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
1.2.1 系統(tǒng)控制
?全自動(dòng)兼手動(dòng)測(cè)試
?數(shù)據(jù)自動(dòng)采集
?加載工況編程
?多通道單池檢測(cè)
?電堆溫度控制
1.2.2 負(fù)載控制
?恒電流載荷設(shè)定
?恒功率載荷設(shè)定
?恒電壓載荷設(shè)定
1.2.3 安全控制
?操作安全保護(hù)
?氫安全保護(hù)
?電安全保護(hù)
1.2.4 物料控制
?物料供給設(shè)定
?自動(dòng)補(bǔ)水
?恒壓操作
1.2.5 其他
?陰極、陽(yáng)極增濕控制
?氫空壓力操作跟動(dòng)
?氮?dú)庾詣?dòng)吹掃
1.3系統(tǒng)參數(shù)配置
序號(hào) | 操控項(xiàng)目 | 參數(shù) | 備注 |
1 | 環(huán)境適應(yīng)性 | 0~45℃ |
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2 | 氫氣氣源壓力 | 5~10bar |
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3 | 空氣氣源壓力 | 5~10bar |
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4 | 氮?dú)鈿庠磯毫?/span> | 5~10bar |
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5 | 電流加載控制 | 0~600A (0~750V) |
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6 | 功率加載控制 | 0~50KW(0~750V) |
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8 | 濕度操作 | 0~95%RH(90℃) |
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10 | 壓力操作 | 20~200 kPa(±2 kPa) |
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11 | 陰極流量控制 | 20~3000NLPM(誤差1%) |
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12 | 陽(yáng)極流量控制 | 20~1000NLPM(誤差1%) |
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13 | 冷卻液流量控制 | 5~200NLPM(誤差5%) |
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14 | 壓力參數(shù)采集 | 0~300 kPa(±2 kPa) |
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15 | 溫度參數(shù)采集 | 0-100℃(±2 ℃) |
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16 | 電壓檢測(cè) | 0~750V |
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17 | 巡檢通道數(shù)量 | 0~250 |
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18 | 單池電壓檢測(cè) | -2V~2V(精度±2mV) |
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19 | 冷卻液預(yù)熱時(shí)間 | 10min(水) |
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20 | 露點(diǎn)控制范圍 | 40-90℃ |
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21 | 氣體溫度控制方式 | 溫度PID控制 |
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22 | 氣體zui大濕度 | 95%(90℃) |
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23 | 露點(diǎn)溫度控制方式 | 管路保溫控制 |
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24 | 露點(diǎn)控制精度 | ±2 ℃ |
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25 | 露點(diǎn)溫度測(cè)量 | 露點(diǎn)檢測(cè)儀 | 出廠時(shí)標(biāo)定 |
26 | 加濕方式 | 噴淋增濕 |
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27 | 不加濕回路 | 有 |
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28 | N2吹掃 | 手動(dòng)/可定制自動(dòng) |
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29 | 可測(cè)zui大電堆功率 | 50kW |
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30 | 可測(cè)zui小電堆功率 | 5kW |
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31 | 管路材質(zhì) | 不銹鋼,防腐處理 |
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32 | 電源需求 | 380/110A(≈40KW) | 使用方提供 |
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2.1 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)
1)良好的人機(jī)界面;
2)功能齊全的專業(yè)測(cè)試軟件;
3)全自動(dòng)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(lián)動(dòng)模式,可手動(dòng)和程序設(shè)定,有zui小流量設(shè)定,顯示設(shè)定流量和實(shí)際測(cè)量流量、可設(shè)定反應(yīng)氣的化學(xué)計(jì)量比;
②溫度控制:
系統(tǒng)將熱電偶采集到的溫度,通過PID算法進(jìn)行運(yùn)算后輸出控制信號(hào)到執(zhí)行機(jī)構(gòu),以使所控制溫度達(dá)到給定值,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制;
③壓力控制:
設(shè)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(shù)據(jù)采集:
①按通訊速率自動(dòng)記錄(文本格式);
②可以自定義保存數(shù)據(jù);
6)負(fù)載:
①手動(dòng)設(shè)定或編輯程序進(jìn)行(按一定加載速度進(jìn)行加載);
②具有電池測(cè)試功能、自動(dòng)測(cè)試功能、過功率測(cè)試功能、過電流測(cè)試功能;
7)安全保護(hù):
溫度、壓力、壓差、氫氣濃度、總電壓、單電壓、電流、功率超限設(shè)定保護(hù);
8)指示燈及開關(guān):
運(yùn)行狀態(tài)指示燈、上電指示燈、報(bào)警指示燈及上電和急停開關(guān)。
2.2 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范
類別 | 項(xiàng)目 | 指標(biāo) | 備注 |
系統(tǒng) | 測(cè)試功率范圍 | 0~30kW |
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質(zhì)量流量控制精度 | 1% |
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氣體輸入通道 | H2、N2、Air |
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背壓控制范圍 | 20~200 kPa |
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背壓控制精度 | ±2 kPa |
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壓力測(cè)量范圍 | 0~300 kPag |
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背壓測(cè)量精度 | ±2kPa |
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增濕系統(tǒng) | 露點(diǎn)控制范圍 | 40℃~90℃ |
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露點(diǎn)控制精度 | ±2℃ |
| |
陽(yáng)極氣體流量范圍 | 20~1000NLPM |
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陰極氣體流量范圍 | 20~3000NLPM |
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響應(yīng)時(shí)間 | 5min | 露點(diǎn)40℃到80℃ | |
供氣應(yīng)系統(tǒng) | 流量測(cè)試范圍(陽(yáng)極) | 20~1000NLPM | 可為電堆測(cè)試提供氫氣供應(yīng)和質(zhì)量流量統(tǒng)計(jì) |
流量測(cè)試范圍(陰極) | 20~3000NLPM |
| |
流量控制 | 可以通過自動(dòng)控制和手動(dòng)編程控制等多種控制方式 |
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氣體溫度控制范圍 | 40℃~90℃ | 堆進(jìn)氣溫度 | |
溫度控制精度 | ±1.5℃ | ||
露點(diǎn)測(cè)量精度 | ±1℃ |
| |
電堆進(jìn)出接口 | H2/AIR:φ16/φ38 | 有待確認(rèn) | |
接堆管路 | 高壓軟管 | 耐壓3bar |
氮?dú)獯祾?/span> | 流量計(jì) | 20~200NLPM控壓力or控流量 |
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冷卻系統(tǒng) | 冷卻劑 | 去離子水,壓力范圍:5-100kPa |
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冷卻劑流量 | 5~200NLPM | 自動(dòng)控制0或5~100NLPM | |
流量測(cè)量精度 | 0.01 | 10℃下 | |
溫度控制范圍 | 40℃~90℃ | 冷卻液進(jìn)堆溫度 | |
溫度測(cè)量精度 | ±1℃ |
| |
溫度控制精度 | ±1.5℃ |
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冷卻液壓力控制范圍 | 5~100kPag |
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壓力測(cè)量、控制精度 | ±1.5kPa |
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電導(dǎo)率測(cè)試范圍 | 0~100μS/cm |
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預(yù)熱時(shí)間 | <10分鐘 | 從20℃到80℃ | |
電子負(fù)載系統(tǒng) | 電壓 | 0~750 V |
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電流 | 0~800 A |
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功率 | 50kW |
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電流電壓測(cè)量精度 | 0.5%滿量程 |
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控制 | 可編程控制 |
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電源系統(tǒng) | 電壓 | 三相380V AC 50Hz |
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電流 | 110A(≈40KW) | 買方提供 | |
單池電壓測(cè)試系統(tǒng) | 測(cè)試通道 | 0-250 |
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測(cè)試范圍 | ±2V |
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測(cè)試精度 | ±2mV |
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數(shù)據(jù)采集速度 | 2Hz |
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接口 | CAN |
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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(tǒng) | 供方提供相關(guān)正版軟件提供中文版使用手冊(cè) |
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通訊 | 可接受外部信號(hào)輸入,可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制 |
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圖形刷新率 | 2Hz |
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數(shù)據(jù)采集率 | 10Hz |
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zui大數(shù)據(jù)記錄速率 | 10Hz | ||
軟件系統(tǒng) | 完整的監(jiān)控和控制軟件,友好的界面。可升級(jí) |
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輔助設(shè)備 | 指示燈 | 綠燈表示運(yùn)行,紅燈表示停機(jī),聲音報(bào)警 |
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急停按鈕 | 緊急停車開關(guān),具有防誤操作功能 |
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排水盤 | 平臺(tái)配有能收集漏出水的收集盤,并有導(dǎo)流管可以室內(nèi)排水管道連接 |
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后備UPS | 試驗(yàn)室斷電情況下控制系統(tǒng)供電和平臺(tái)安全處理供電 | 可選 | |
安全與保護(hù) | 氫濃度傳感器 | 硬件及軟件 | 外置聲光報(bào)警裝置 |
N2吹掃 | 軟件、硬件 |
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設(shè)備互鎖輸入 | 一路停車輸入 |
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電堆低電壓報(bào)警 | 軟件 |
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單片電壓報(bào)警 | 軟件 |
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高溫、低溫報(bào)警 | 軟件 |
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氣體超壓、低壓報(bào)警 | 軟件 |
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冷卻液超壓、低壓報(bào)警 | 軟件 |
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陽(yáng)極、陰極或冷卻液超壓力差報(bào)警 | 軟件 |
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電子負(fù)載故障 | 軟件 |
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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?dú)鈿庠唇涌?nbsp; :Ф10
空氣出口接口 :Ф38
氫氣出口接口 :Ф16
冷卻液進(jìn)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(shí)物為準(zhǔn),僅作參考)
3 30KW燃料電池測(cè)試平臺(tái)配置參數(shù)表
系統(tǒng)名稱 | 配置 | 備注 | |||
主要部件 | 品牌/產(chǎn)地 | 參數(shù) | 精度 | ||
陽(yáng)極供氣系統(tǒng) | 氣體流量控制器 | ALICAT/進(jìn)口 | 0~1000NLPM | ±0.2%F.S+0.8%(讀數(shù)) | |
陰極供氣系統(tǒng) | 氣體流量控制器 | ALICAT/進(jìn)口 | 0~3000NLPM | ±0.2%F.S+0.8%(讀數(shù)) | |
吹掃系統(tǒng) | 減壓器 |
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| |
增濕系統(tǒng) | 空氣增濕器 | — | 0~95%RH(90℃) | ±5% | |
氫氣增濕器 | — | 0~95%RH(90℃) | ±5% | ||
露點(diǎn)控制 | — | 40℃~90℃ | ±2℃ | ||
冷卻系統(tǒng) | 循環(huán)泵 | Walrus | 流量:5~200LPM, 壓力:5~100kPa | ±1kPa | |
換熱器 | alfa laval | 4-10℃溫差 | ±1℃ | ||
自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng) | 水泵 |
| 0~2NLPM |
| |
在線電導(dǎo)率儀 |
| 0~100μS/cm | ±1μS/cm |
| |
負(fù)載系統(tǒng) | 負(fù)載 | — | 電壓:0~750 V 電流:0~800 A 功率:0~50kw | 0.5% |
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控制/數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) | 控制器 | NI/進(jìn)口 | 全自動(dòng)控制,可自編工況 |
| 美國(guó)國(guó)家儀器公司 |
壓力傳感器 | SMC | 0~300 kPa | ±1kPa |
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溫度傳感器 | NTC | 0℃~100℃ | ±1℃ |
| |
單電壓采集 | — | 通道:250個(gè) 電壓:±2V 速率:2Hz | ±2mV | ||
軟件 | LABVIEW8.0 | 界面友好,操作方便 | 正版授權(quán) | ||
安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)(HIS) | 氫氣濃度報(bào)警儀 |
| 聲光 |
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安全報(bào)警聯(lián)鎖 | 軟件 | 壓力、溫度、電壓、液位超限報(bào)警 |
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急停保護(hù) | 硬件 |
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Ups備用電源 | 根據(jù)客戶需求選配 | ||||
電源需求 | 電源 | 380/110A(≈40KW) |
4 特點(diǎn)與服務(wù)
4.1 系統(tǒng)特點(diǎn)
?模塊化集成,可按需求組合不同的配置;
?可按需求定制的監(jiān)控系統(tǒng);
?的安全性,可靠的安全緊急關(guān)閉機(jī)制;
?PC界面友好清晰,操控簡(jiǎn)便;
?功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和診斷系統(tǒng),預(yù)留I/O、AD、PWM裕量;
?可選的集成環(huán)境室和負(fù)載等。
4.2 工程與服務(wù)
?從設(shè)計(jì)到運(yùn)行,可提供一整套測(cè)試系統(tǒng)的服務(wù),根據(jù)需要,還可提供實(shí)驗(yàn)室整體解決服務(wù);
?除了測(cè)試系統(tǒng)的交付服務(wù),可以提供其他大量的客戶服務(wù),包括、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行支持、甚至可以由我們的服務(wù)與測(cè)試工程師來運(yùn)行測(cè)試臺(tái)架。