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50KW燃料電池測試平臺 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
?全自動兼手動測試
?數(shù)據(jù)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(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
?自動補(bǔ)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?dú)庾詣哟祾?/span>
1.3系統(tǒng)參數(shù)配置
序號 | 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 | 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 | -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)溫度測量 | 露點(diǎn)檢測儀 | 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/可定制自動 |
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29 | 可測zui大電堆功率 | 50kW |
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30 | 可測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(lián)動模式，可手動和程序設(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(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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壓力測量范圍 | 0～300 kPag |
| |
背壓測量精度 | ±2kPa |
| |
增濕系統(tǒng) | 露點(diǎn)控制范圍 | 40℃～90℃ |
|
露點(diǎn)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(yīng)時(shí)間 | 5min | 露點(diǎn)40℃到80℃ | |
供氣應(yīng)系統(tǒng) | 流量測試范圍（陽極） | 20～1000NLPM | 可為電堆測試提供氫氣供應(yīng)和質(zhì)量流量統(tǒng)計(jì) |
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(jìn)氣溫度 | |
溫度控制精度 | ±1.5℃ | ||
露點(diǎn)測量精度 | ±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 |
|
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(jìn)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(dǎo)率測試范圍 | 0～100μS/cm |
| |
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 | |
單池電壓測試系統(tǒng) | 測試通道 | 0-250 |
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測試范圍 | ±2V |
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測試精度 | ±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 |
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通訊 | 可接受外部信號輸入，可對系統(tǒng)進(jìn)行控制 |
| |
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?？缮?/span> |
| |
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 |
| |
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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陽極、陰極或冷卻液超壓力差報(bào)警 | 軟件 |
| |
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燃料電池測試平臺配置參數(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 |
|
|
| |
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℃ | ||
自動補(bǔ)水系統(tǒng) | 水泵 |
| 0～2NLPM |
| |
在線電導(dǎo)率儀 |
| 0～100μS/cm | ±1μS/cm |
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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(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)場運(yùn)行支持、甚至可以由我們的服務(wù)與測試工程師來運(yùn)行測試臺架。