燃料电池产品操作说明书.doc

KAT-115型燃料电池实训系统产品说明书 由于产品的不断更新、完善，本资料中的内容可能与实际产品不完全相符，敬请谅解。如需查询产品的更新情况，请联系当地经销商。 操作手册如有改动，恕不另行通知。 目录 1、 燃料电池.41)安全警告及担保 . 4 2) EOS50系列产品说明 . 5 2.1 EOS50系列产品结构 . 5 2.2 EOS50系列主要特点 . 6 2.3 EOS50系列测试参数 . 7 2.4 EOS50性能曲线图 . 7 2.5 EOS50装配说明 . 8 3)燃料电池操作运行环境 . 10 3.1 工作环境要求 . 10 3.2 供氢设备使用注意事项 . 12 4)燃料电池系统运行操作步骤 . 15 5)操作注意事项 . 16 6)燃料电池活化操作步骤及注意事项 . 17 2、 氢气减压器.193、逆变器.201、安全警告及担保 操作人员在进行任何有关燃料电池设备的操作之前，需要仔细阅读所在地的安全规范和相关操作规程。手册中提到的安全注意事项只作为当地安全规范的补充。 操作人员进行设备安装、操作和维护时，必须充分领会该用户手册，系统掌握正确的操作方法及各种安全注意事项后方可进行设备的各项操作。不正确的操作可能会导致设备损坏或人身伤害。 出于安全性的考虑，不建议在狭小的密闭空间操作燃料电池。因为一旦氢气泄露极有可能酿成危险。同时禁止靠近热源、火源操作燃料电池系统。 必须保证提供充足的氢气燃料，如果氢气供应不足会造成燃料电池的严重不可恢复的损坏。EOS50型电池在额定功率下瞬时需要氢气流量为（20.05）L/min（排气瞬间），稳定氢气消耗为0.85L/min。 操作时严禁佩戴手表、手链、手镯、戒指等易导电物体。 操作时必须使用绝缘工具。 在进行直流带电作业时必须严格检查线缆和接口端子的极性。 在连接电缆之前，必须先确认电缆、电缆标识与实际安装情况相符后再进行连接。 燃料电池设备仅能由专业的维修人员予以维修。 本公司不承担任何因违反安全操作要求或违反设计、生产和使用设备安全标准所造成的后果的责任。 2、EOS50系列产品说明 EOS50系列燃料电池均基于PASH技术。该技术可以确保空冷自增湿燃料电池在各种复杂多变的自然环境下稳定可靠的运转。 2.1 EOS50系列产品结构： 一、燃料电池堆：EOS50燃料电池系统的核心部件。如图4-1所示： 图4-1 1燃料电池正极（红色）：连接到控制板上。 2燃料电池负极（黑色）：连接到负载及控制板上。 3氢气进气口：氢气通过此口进入燃料电池堆，参与电化学反应。 4氢气排气口：反应后的尾气及水通过此口排出。 5风扇：用于控制燃料电池堆反应时的温度。 6氢气排气口软管（配件）：连接氢气排气口与电磁阀。 7氢气进气口软管（配件）：连接氢气进气口与供氢管。 8排气口电池阀：用于控制燃料电池尾气及水的排放。 2、 燃料电池控制板：EOS燃料电池的控制系统，用于控制燃料电池的运行状态，测量电流、温度等关键性能参数。如图4-2所示： 图4-2 1、 负载、电池堆连接口：用于连接燃料电池堆与负载。一共3个连接口，分别为BT-接口(用黑色导线连接至燃料电池堆负极)；LOAD+接口(用红色导线连接至负载正极)；BT+接口(用红色导线连接至燃料电池正极)。2、 风机电源连接口：用于连接风扇，给风扇供电。一共2个接口，分别为PWM接口(用蓝色导线连接至风扇负极)及12V接口(用红色导线连接至风扇正极)。 3、 电磁阀电源控制连接口：用于连接排气口电池阀，给电磁阀供能并控制电磁阀的开关频率。一共有2个接口，分别为K0接口及7V接口，通过2根黑色细导线连接到排气口电磁阀（不需要区分，可任意连接）。4、 数据传输口：将控制板收集到的关键数据通过该接口上传到远端监控终端。一共2个接口，分别为H接口和L接口。5、 温度传感器接口：用于连接至燃料电池中的温度传感器，感知燃料电池堆的温度。一共2个接口，T0（接温度传感器正极）及SGND（接温度传感器负极）。2.2 EOS50系列主要特点： 1重量轻，体积小，便于携带； 2结构简单，可靠性高； 3启动速度快，响应时间短，适合于各种应用环境； 4环境适应性好，适应各种天气变化； 5控制策略简单，易于整合到各类应用系统。 2.3 EOS50系列测试参数： 一、EOS50性能测试参数： 类型 基于PASH技术的空冷自增湿燃料电池 性能 额定功率 50W* 额定电压 19.2V 额定电流 2.6A 电压范围 16-28.8V 发电效率 50 燃料 氢气纯度 99.95 氢气工作压力 0.4-0.5Bar 氢气消耗量 0.85L/min(额定功率) 氧化剂/冷却剂 空气 空气压力 常压 物流特性 质量 820g 体积（长宽高） 170mm68mm90mm 工作条件 环境温度 -540 环境湿度（RH） 1095 带*的数据是在15-30的环境温度范围和30 - 90%的环境湿度范围内取得的。二、EOS50系列运行温度参数： 电流（A） 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 温度（） 42 43 44 45 46 47 48 49 50 以上数据是在排气时间0.25S,累积电流100A下所测得； 2.4 EOS50性能曲线图 电流（A） 0 1 2 2.6 3 电压（V） 26.5 23 21.5 20 19.2 功率（W） 0 23 43 52 57.6 2.5 EOS50装配说明 燃料电池出厂时的配置。如图5-1所示： 图5-1 1、 连接燃料电池堆及燃料电池控制板：将控制板上BT-接口与燃料电池的负极相连，BT+接口与燃料电池的正极相连； 2、 连接排气口电池阀：将燃料电池的氢气排气口软管与排气口电池阀连接，注意连接时需要保证气密性； 安装完成后，如图5-2所示： 3、 连接测试用负载：将控制板上LOAD+接口与负载正极相连，将燃料电池负极与负载负极相连；4、连接供氢设备：将氢气进气口软管（配件）与供氢设备相连接。务必保证不漏气；5、连接数据传输口（非必须操作）：用数据传输线将控制板上的数据传输口与远端监控终端相连接； 安装完成后，如图5-3所示： 6、 确认负载未短路：在燃料电池注入氢气前，需要用万用表测试电路中各个部分，确认负载未短路，保证燃料电池不会烧毁。 3 燃料电池操作运行环境 3.1 工作环境要求 1、 燃料电池系统正常运行时的温度、湿度范围如下： 环境温度 -540 相对湿度 1095 燃料电池系统推荐的工作环境如下： 环境温度 1530 相对湿度 3090 如果使用金属储氢罐作为氢气源，建议当环境温度10度以上的时候来操作，并要确保能提供（20.05）L/min，如果低于要求的氢气流量会造成电池的不可恢复损坏。 2、由于攀业的燃料电池均为空气冷却自增湿燃料电池，燃料电池工作时所需的氧气来自空气。所以使用燃料电池时，将燃料电池置于通风良好的地方可以获得更加良好、稳定的性能。同时，不建议将燃料电池置于空气流动速度过快的地方，以免影响燃料电池正常使用。 3、由于空气中的氮氧化物和二氧化硫妨碍催化和降低燃料电池的输出性能，不要将燃料电池置于空气污染严重的环境操作。表一列出许多包涵于工业和生活产物的污染物，但是，如果没有空气传播，这些污染物就不会传播，也就不会对燃料电池造成污染。在燃料电池未运转时，需保证在密闭空间，以防止空传污染。 出于安全性的考虑，不建议在狭小的密闭空间操作燃料电池。因为一旦氢气泄露极有可能酿成危险。同时请不要靠近火源操作燃料电池系统。 5、考虑到电磁干扰的因素，燃料电池控制板应远离电磁干扰源。控制板与电磁干扰源的距离应当超过30cm。 表一 空气污染物及对电池影响 有害物质 存在有害物质的物质或装置 危险级别 化石燃料燃烧副产品 氮氧化物，二氧化硫 室内燃气热水器，壁炉，燃木炉和内部燃烧引擎运作。吸烟和烧香同样会产生这些化合物。 危险级别 高 1 ppm 氮氧化物 10 ppm 二氧化硫. 卤代有机物 二氯化钾,四氯化碳 多用途吸尘器，干洗机和脱漆剂中含有 危险级别 高 会吸附于催化剂， 且不可恢复。 甲基溴 一般存在于熏制工业用干燥食品和产品，及室内密闭空间内的地毯，家具和衣物 危险级别 高 会吸附于催化剂， 且不可恢复。 芳香化合物 甲苯,二甲苯 燃料，油漆，汽油，涂料，杀虫剂，粘合剂，瓦乐轩和防腐剂 危险级别 低 会影响催化剂，但是正常运行时经氧化过程可以消除。 脂肪烃类物质 甲烷，丙烷，辛烷和煤油 化石燃料，如汽油，柴油，天然气，丙烷，煤油等。商业产品，如松脂，家具亮光剂，家用吸尘器和推进剂。 危险级别 低 除非发生燃烧并产生氮氧化物和二氧化硫。 酯 香水，万能吸尘器，杀虫剂，化妆品，食品调味剂等。 危险级别 低 会影响催化剂，但是正常运行时经氧化过程可以消除。 甲醇(木精) 脱漆剂，刮水溶液，流体复读器，远程控制玩具飞机和汽车的燃料，防冻剂，干气，气雾等。 危险级别 低 会影响催化剂，但是正常运行时经氧化过程可以消除。 硫化物 硫醇 化妆品，洗发剂，乳胶漆，杀虫剂。 危险级别 低 催化剂可逆. 卤化物 氯气，溴或碘的气体分解物 家用漂白剂，游泳池消毒剂。 危险级别低 催化剂可逆. 6. 氢气的要求 氢气中含有硫化物、氨气会造成电池的不可恢复的损坏，因此对氢气的要求见下表二： 表二 氢气纯度要求 种类 要求 燃料类型 气态氢 燃料构成 99.99%氢气，干燥 99.99% H2 燃料湿度 干燥气体 无特别要求 允许杂质 惰性气体 (氦, 氩, 氮气, 水蒸气) 0.01% 碳氢化合物 1 ppm 氧气 500 ppm 一氧化碳和二氧化碳混合物 1 ppm 硫化物 0.1 ppm 氨气 0.05 ppm 氮氧化物 0.5 ppm 3.2 供氢设备使用注意事项 1、 不同的供氢方式适用于不同的燃料电池应用方案，如表三所示： 供氢方式 优点 缺点 备注 高压气瓶 价格低; 容易操作; 容易检测氢气剩余量; 容易控制氢气流量. 体积大; 压力高. 适合多数燃料电池应用 金属合金储氢 体积小; 氢气纯度高; 压力低. 对环境温度敏感; 很难检测剩余氢量; 很难控制氢气流量 请咨询攀业. 化学反应供氢 高的储氢比例 重量轻 便于携带 需要控制产氢速率以满足燃料电池的需要； 需要对产生的气体进行过滤 需要散热； 请咨询攀业 2、 当供氢设备输出的氢气流向燃料电池进氢口的过程中，不能让氢气通过任何容器而进入燃料电池。因为容器中可能含有杂质而导致氢气纯度降低。而不纯的氢气可能会损害燃料池。如下图所示： 3、 在燃料电池进氢口和减压阀之间不要安装氢气流量计，以免出现流量受限现象，如果要安装流量计一定把流量放到最大，并且流量计的最大流量要大于燃料电池系统需要的瞬时流量。4、 如果使用金属储氢罐作为氢气源，建议当环境温度10度以上的时候来操作，并要确保能瞬时提供（20.05）L/min氢气，稳定提供0.85L/min的氢气。如果低于要求的氢气流量会造成电池的不可恢复损坏。最好把燃料电池产生的热风吹向储氢瓶以满足放氢时的吸热需要。 5、 此外，金属储氢罐的标称容积和实际放氢容积有差异，两者之间的关系一般在0.7。即实际放氢容积=0.7*标称容积。 6、 另外金属储氢罐的实际放氢能力也是需要考虑的因素。一旦储氢罐无法放出氢气，但是燃料电池仍在工作，这也会对燃料电池造成损坏。 4、燃料电池系统运行操作步骤 按照装配说明连接好燃料电池系统，然后进行以下操作运行燃料电池系统： 1、 检查减压阀，确保减压阀进口的压力在4-15Bar之间，打开氢气减压阀，将减压阀出口压力调到合适的范围0.04-0.05MPa（压力表上显示）。等待10秒左右，让氢气充满燃料电池的气道。出口电磁阀将会自动启动，并以固定的频率开启、关闭，以起到排水及排尾气的作用。 注意：不同燃料电池所需进气压力不同，进氢口压力不够将会导致燃料电池烧毁！通氢气时负载需要处于断开状态。2、 测量燃料电池堆电压，等待氢气注入燃料电池10秒后，用万用表测试燃料电池堆的开路电压，开路电压大概为额定电压的140%左右；3、 加载使用：氢气进入燃料电池10秒后开始加载。如果负载的额定功率为燃料电池额定输出功率的50%或以下，可直接加载。否则，加载时按照额定电流的20%（最大），逐次增加电流，每次电流增加的间隔为30秒。 注意：燃料电池属于平稳供电设备，负载功率变化过大或者过快都会导致燃料电池性能降低。4、 关闭燃料电池：需要停止使用燃料电池时，请先断开负载，使燃料电池对外输出为零，然后关闭氢气供应。此时由于燃料电池内部及管路中仍然剩余氢气，因此燃料电池会运行一段时间（风扇会继续工作），直到内部氢气消耗完毕。 注意：关闭燃料电池时务必先断负载，后断氢气的顺序，否则将会导致燃料电池不可修复性的损害！ 5 、操作注意事项 1、 燃料电池的反应其实是基于氢气和氧气在电解质中的扩散，这也意味着其动态响应速度与其扩散速度有关。因此燃料电池并不适合高频率负载变化的应用。如果需要将燃料电池应用于复杂的供电环境中，建议用锂电池、铅酸电池、超级电容等供能组件配合使用，组成混合供能系统。锂电池、铅酸电池、超级电容等供能组件用作瞬时提供能量。燃料电池两端不能加载外电压，否则燃料电池会损坏，因此，当燃料电池与上述组件并联使用时，在燃料电池的正极需要加入单向二极管，使其它电源的电压不能反作用到燃料电池上。2、 在按照操作说明书操作的时候尤其要注意开机、加载和关机三个步骤。 开机时：先开通入氢气，然后加载 加载时：大功率负载（负载功率超过燃料电池额定功率50%时）需逐步增加电流至其额定功率。 关机时：先断负载，再关闭氢气3、 开机时，不能加任何负载。从开机到正式加载最好有10秒以上的间歇。初次加载的时候建议不要超过额定功率的50%。另外在变载的时候，变载的频率不要过高，变载的幅度不要超过30%。4、 如果氢气供应速度跟不上燃料电池的氢气消耗量，那么很有可能造成燃料电池中的一些单电池的反压乃至整个电池的损坏。因此一定要确保在燃料电池操作过程中氢气的充分供应。5、 燃料电池长时间存放的时候建议存放在出厂附带的自封袋中以避免空气中的污染物对燃料电池污染。6、 需严格防止导致燃料电池短路的各种可能情况的发生。 6、燃料电池活化操作步骤及注意事项 燃料电池第一次开或放置三天以上时，燃料电池的性能可能会有所下降，这就需要我们对燃料电池进行活化过程。燃料电池第一次开或放置三天以上时，应在恒流的模式下，在燃料电池的额定电流运行1小时以上，这样有利于促进燃料电池性能的提高，使燃料电池长期处于良好的状态。 当第一次开或放置三天以上时，燃料电池的具体操作步骤： (1) 燃料电池各部分连接要正确、牢靠。用万用表检测燃料电池正负极是不是短路。断开负载，调合适的氢气压力，开启燃料电池，这时显示的电压为燃料电池的开路电压。 (2) 开启负载应从低电流到到高电流逐渐的增加。开启负载后，所加的负载使燃料电池电输出电流为额定电流的20%，在这个电流下运行30秒。 (3) 然后增加负载，使燃料电池输出电流为额定电流的40%，在这个电流下使燃料电池运行30秒。(4) 再增加负载，使燃料电池输出电流控为额定电流的60%，在这个电流下使燃料电池运行30秒。 (5) 再增加负载，使燃料电池输出电流为额定电流的80%，在这个电流下使燃料电池运行1分钟。 (6) 再增加负载，使燃料电池在输出电流为额定电流，在额定电流下使燃料电池运行1小时左右。（这时可能燃料电池的性能会有所下降，这是正常现象，只要保证每片单电池的电压保持在0.5V以上就可以。如果不到0.5V则可适当减少电流） (7) 操作完上述步骤后，断开负载，当电堆温度降到35以下时，关闭氢气，燃料电池自运行停止。(8) 搁置1-2小时后，在开启燃料电池。操作步骤按上面（1）-（6），在第6步时使燃料电池在这个电流下运行1分钟即可。 (9) 然后可以再增加负载，使燃料电池输出电流为额定电流的110%，在这个电流下使燃料 电池运行1个小时左右。（这时应保证每片单电池的电压保持在0.5V以上，如果不到可适当减少电流）（10）操作完上述步骤后，断开负载，当电堆温度降到35以下时，关闭氢气，燃料电池 自运行停止。 （11）搁置1-2小时后，再次运行燃料电池时，按上述步骤，使燃料电池在额定功率（即额定电流）稳定运行就可以正常使用了