一种氢燃料电池分动联控教学实训系统的制作方法

本发明涉及能源教育，具体地说是一种氢燃料电池分动联控教学实训系统。

背景技术：

1、氢燃料电池作为一种高效率、无污染且零排放的清洁能源一直备受瞩目。许多企业、院校及科研机构都需要引入相关的设备进行教学、培训及科研，然而目前市场上面向该领域的教学实训平台相对比较匮乏。

2、基于以上原因，本发明设计了一种氢燃料电池分动联控教学实训系统，构建用于适合培训科研的分动联控实训教学平台，使用氢燃料电池技术，通过分动联控操作和实训，可清晰的展示联控系统中各子系统的工作原理，让学员直观的感受化学能转化为电能的过程，进而促进其对清洁能源技术的探索。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种氢燃料电池分动联控教学实训系统，构建用于适合培训科研的分动联控实训教学平台，使用氢燃料电池技术，通过分动联控操作和实训，可清晰的展示联控系统中各子系统的工作原理，让学员直观的感受化学能转化为电能的过程，进而促进其对清洁能源技术的探索。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种氢燃料电池分动联控教学实训系统，包括氢气子系统、空气子系统、电气子系统和热管理子系统，氢气子系统与电气子系统通过can总线相互通讯连接，氢气子系统通过动力线与电气子系统连接，氢气子系统通过空气管路与空气子系统相互连接，氢气子系统通过水管路与热管理子系统相互连接，热管理子系统与空气子系统通过水管路连接。

3、氢气子系统中，氢瓶对氢进模块供氢，氢进模块控制进气压力给电堆，电堆提供阳极尾气给排氢模块，排氢模块将尾气排出并将循环氢气输送给氢气循环模块，氢气循环模块将循环氢气输送给氢进模块的出口。

4、氢瓶为燃料电池电堆的阳极提供反应所需的氢气；

5、氢进模块内部含有电磁阀、调节阀控制模块，用于控制氢气的进气量，同时对氢气的进气压力进行调整设定；

6、电堆由多节燃料电池单元组成，阳极的氢气和阴极的氧气在电堆中发生电化学反应，产生电能；

7、氢气循环模块将阳极未反应的氢气再次泵入电堆，以提升氢气的利用率；

8、排氢模块内含水气分离器，阳极尾气经过水气分离器后，可循环氢气送入氢气循环模块，多余水气排则出系统。

9、空气子系统中，空气质量控制模块接收外部空气进入后，控制空气质量流量给空压机，空压机压缩增压给中冷器，中冷器将冷却空气传输给增湿器，增湿器将空气加湿后传递给气体加湿罐，气体加湿罐模拟阴极尾气传输给增湿器，增湿器将尾气排出；空压机与中冷器的冷凝水管路输送至冷却水循环模块，冷却水循环模块将冷水分别输送给空压机和中冷器。

10、空压机将过滤好的空气经空压机进行压缩增压，以达到进入电堆反应时所需的压力；

11、中冷器对高压空气进行降温处理，保证气体以合适的温度进入电堆，避免温度过高对电堆造成损害；

12、增湿器为空气增湿，保证空气以一定湿度进入电堆，让燃料电池在合理的湿度范围内进行电化学反应；

13、气体加湿罐用来模拟电堆反应后阴极即空气侧尾气的环境，带有一定湿度的阴极尾气流入增湿器，为入堆前的空气增湿，然后排出系统。

14、电气子系统中，上位机与控制器fcu双向通讯连接，控制器fcu与锂电池双向通讯连接，控制器fcu分别与直流变压器、电子负载和直流电源双向通讯连接；直流电源供电给直流变压器，直流变压器分别供电给锂电池与电子负载，直流电源的电流输出端与燃料电池堆电性连接。

15、直流电源模拟燃料电堆发电，为整个系统提供直流电；

16、直流变压器稳定并转换所需电压，给电子负载供电或给锂电池充电；

17、锂电池储存系统电能，包括联调时电堆发电产生的电能；

18、电子负载在系统拉载工作时提供消耗电能的负载；

19、控制器fcu接收控制指令，协调其他执行器工作，同时实时监测传感器状态、诊断系统的故障；

20、上位机通过专业人机交互软件快速设定系统中不同的参数，实时监测传感器数据。

21、热管理子系统中，节温器调节进水量给散热器，散热器与补水水箱连接并将冷却水传输给水泵，补水水箱同时给水泵补水，水泵将低温冷却水通过两套管路分别输送给两套加热器，加热器将高温冷却水输送至节温器。

22、散热器通过与外界冷空气进行热交换，完成对循环水的冷却，进而达到对发热元件降温的作用；

23、水泵将冷却循环水泵入需要降温的发热模块；

24、加热器当空气子系统独立运行时，用来模拟发热元件，通过冷却循环水主要对这些发热元件进行降温；

25、节温器调节冷却循环水进入散热器的进水量及流道，从而实现对冷却水循环范围的控制，以及对冷却系统散热能力的调节，保证发热元件在合适的温度范围内工作；

26、补水水箱用于使循环冷却水的充足。

27、氢气子系统、空气子系统、电气子系统和热管理子系统均可单独运行并配备有各自独立的人机交互软件。

28、同现有技术相比，本发明通过将氢燃料电池在制备清洁能源过程中的空气路、电路、通讯路、氢气路和热管理路的输送通讯路径以直观的方式呈现在模块化的系统上，可以直观的展示整个燃料电池系统的工作原理，同时也可以有针对性地单独展示各个子系统的工作原理，让学员对利用清洁能源发电从整体上、路径上有一个直观而深刻的认识，有助于提升环保意识，推动清洁能源的发展。

技术特征：

1.一种氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，包括氢气子系统、空气子系统、电气子系统和热管理子系统，所述氢气子系统与所述电气子系统通过can总线相互通讯连接，所述氢气子系统通过动力线与电气子系统连接，所述氢气子系统通过空气管路与所述空气子系统相互连接，所述氢气子系统通过水管路与热管理子系统相互连接，所述热管理子系统与所述空气子系统通过水管路连接。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，所述氢气子系统中，氢瓶对氢进模块供氢，氢进模块控制进气压力给电堆，所述电堆提供阳极尾气给排氢模块，所述排氢模块将尾气排出并将循环氢气输送给氢气循环模块，所述氢气循环模块将循环氢气输送给所述氢进模块的出口。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，所述氢瓶为燃料电池电堆的阳极提供反应所需的氢气；

4.根据权利要求1所述的氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，所述空气子系统中，空气质量控制模块接收外部空气进入后，控制空气质量流量给空压机，所述空压机压缩增压给中冷器，所述中冷器将冷却空气传输给增湿器，所述增湿器将空气加湿后传递给气体加湿罐，所述气体加湿罐模拟阴极尾气传输给增湿器，所述增湿器将尾气排出；所述空压机与所述中冷器的冷凝水管路输送至冷却水循环模块，所述冷却水循环模块将冷水分别输送给所述空压机和所述中冷器。

5.根据权利要求4所述的氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，所述空压机将过滤好的空气经空压机进行压缩增压，以达到进入电堆反应时所需的压力；

6.根据权利要求1所述的氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，所述电气子系统中，上位机与控制器fcu双向通讯连接，所述控制器fcu与锂电池双向通讯连接，所述控制器fcu分别与直流变压器、电子负载和直流电源双向通讯连接；所述直流电源供电给直流变压器，所述直流变压器分别供电给锂电池与电子负载，所述直流电源的电流输出端与燃料电池堆电性连接。

7.根据权利要求6所述的氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，所述直流电源模拟燃料电堆发电，为整个系统提供直流电；

8.根据权利要求1所述的氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，所述热管理子系统中，节温器调节进水量给散热器，所述散热器与补水水箱连接并将冷却水传输给水泵，所述补水水箱同时给水泵补水，所述水泵将低温冷却水通过两套管路分别输送给两套加热器，所述加热器将高温冷却水输送至所述节温器。

9.根据权利要求8所述的氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，所述散热器通过与外界冷空气进行热交换，完成对循环水的冷却，进而达到对发热元件降温的作用；

10.根据权利要求1所述的氢燃料电池分动联控教学实训系统，其特征在于，所述氢气子系统、所述空气子系统、所述电气子系统和所述热管理子系统均可单独运行并配备有各自独立的人机交互软件。

技术总结
本发明涉及能源教育技术领域，具体地说是一种氢燃料电池分动联控教学实训系统，氢气子系统与电气子系统通过CAN总线相互通讯连接，氢气子系统通过动力线与电气子系统连接，氢气子系统通过空气管路与空气子系统相互连接，氢气子系统通过水管路与热管理子系统相互连接，热管理子系统与空气子系统通过水管路连接，本发明可以直观的展示整个燃料电池系统的工作原理，同时也可以有针对性地单独展示各个子系统的工作原理，让学员对利用清洁能源发电从整体上、路径上有一个直观而深刻的认识，有助于提升环保意识，推动清洁能源的发展。

技术研发人员：庞长巍,袁浩,张野,张琦,张涛
受保护的技术使用者：上海汉翱新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/23