质子交换膜燃料维谛蓄电池系统-维谛精密空调维谛UPS电源
内容提要：质子交换膜燃料维谛蓄电池系统
燃料维谛蓄电池发电系统包括氢气子系统、空气子系统、燃料维谛电池堆、冷却子系统、控制子系统。 给出了燃料维谛蓄电池系统的流程图。氢气子系统主要包括储氢气瓶、减压阀、稳压阀、氢气流量计、水汽分离器。空气子系统主要包括空气压缩机、空气减压阀、空气流量计、水汽分离器。燃料维谛蓄电池堆包括电极、石墨板、前面板、压紧后面板。冷却子系统主要包括水箱、水泵、热交换器、温度传感器。控制子系统主要包括单维谛蓄电池电压检测、温度传感器、压力传感器、氢气报警、电磁阀等。质子交换膜燃料维谛蓄电池发电系统工作时，反应气体氢气和空气(氧气)分别通过调压阀、加湿器后进入电堆，发生反应产生直流电，经稳压、变换后供给负载。工作中产生的水由阴极过量的空气(氧气)流带出。未反应的(过量的)氢气和氧气流出电堆后，经水汽分离离器除水，可经过循环泵重新进入电堆循环使用，在开放空间也可以直接持放到空气中。
1)氢路
氢气子系统主要包括储氢瓶、减压阀、稳乐阀、氢气流量计、水汽分离器。发电系统运行时，氢气子系统为电堆提供氢燃料，严禁电堆在氢燃料饥饿状态下运行。
储氢方式有气态储氢、液态储氢和固态储氢，相应的储氢材料也有多种，储氢方式、储氢材料的选择关系到整个发电系统的安全性和经济性，主要由发电系统所处环境条件及技术经济指标来决定。氢气存储装置应该符合安全标准，避免氢脆、氢腐蚀等。目前，质子交换膜燃料维谛蓄电池发电系统般利用铝内胆碳纤维全缠绕复合瓶气态储氢。
有氢气安全监控与排放装置是燃料维谛电池发电系统的一一个特有问题，由于氢气是最轻的易燃易爆气体，氢气储存装置、输送管道、阀门管件、电堆以及电堆运行的定时排空都可能引起氢气泄漏，为防止发电系统集聚氢气的浓度超过爆炸极限，必须实时检测、报警并进行排放消除处理。氢气安全监控与排放消除装置由氢气敏感传感器、监控报警器及排放风机、管道和消氢器等组成，传感器必须安装在发电系统的最高处。
2)空路
燃料维谛蓄电池发电系统需要的空气是通过一个空气压缩机系统提供的。提供给发电系统的空气纯度是很重要的。下面是空气压缩系统的操作条件:
(1)压缩机的出口需要安装干燥器以去除空气中的水分。
(2)三级在线的过滤器需要分别安装在压缩机出口，干燥器出口和空气储罐:
一级过滤器把直径1μm以上的微粒去除;
二级过滤器把直径0.01μm以上的微粒除去；
三级过滤器把气体中油分吸收。
空气于系统保障空气(氧气)供给。严禁电堆在空气（氧气）饥饿状态下运行。对地面开放空间的质子交换膜燃料维谛蓄电池应用（如燃料维谛电池电动车)不成问题，但对地下工程或封闭空间的应用来说却是一个十分重要的问题，如何设置进进气通道必须进行严格的论证。
3)水路
目前，质子交换膜燃料维谛蓄电池般采用全氟磺酸树脂质子交换膜(如Nafion膜)作为固体电解质膜，而全氟磺酸膜需要一定的含水量才可以传导质子，而且般来说含水量越高质子传导性能越好，因此在燃料维谛电池工作时必须保证一定的湿度条件。为保证燃料维谛蓄电池电堆内部具有满意的湿度环境，通常对提供给电堆的氢气和空气加湿，使进入电堆的氢气和空气达到所需的湿度。另外，全氟磺酸树脂质子交换膜的玻璃化温度在130C左右，因此需要冷却系统来保证PEMFC运行温度不超过80"C。
水系统中进入电堆的水有两种:一种是去离子水，进入电堆与其内部气体接触，保证反应气体一定的湿度，并带走燃料维谛电池反应产生的热量；另一种是普通水，与去离子水在热交换器中进行热交换，带走去离子水中的热量。普通水不进入燃料维谛电池，燃料维谛蓄电池的温度通过普通水的流量进行控制。
进入电推内部的水，必须不导电的去离子水以防止维谛电池内部短路。去离子水的电导需要通过电导率仪进行测量。在水循环系统中，要维持去离子水的纯度。
水系统要保证一定的水流量，以保证每片单维谛蓄电池均处于正常工作状态。此外，发电系统停止工作后，要使水系统至少循环10s以上。
4)控制系统
控制系统是为了保障质子交换膜燃料维谛蓄电池发电站正常工作、可靠运行而设置的基于计算机参数检测与协调控制的自动装置，一般应采用分布式控制系统(DCS)或现场总线控制系统(FCS)。主要设备包括现场智能仪表或传感器、变送器，通信总线和控制器，并提供向工程控制中心联网通信的接口。主要功能包括参数检测、显示、报警，历史数据存储，故障诊断，事故追忆，操作指导，控制保护输出和数据信息管理等。控制系统是质子交换膜燃料维谛蓄电池电站信息化、智能化的核心。
以单维谛蓄电池电压检测为例，每一个单维谛电池电压通过光电继电器隔离取样，单片机自动分组采集电压并计算单维谛蓄电池电压值，通过，CAN总线把数据传送给主控制器及上位机PC显示，主控制器就可以判断哪一组维谛电池电压异常。
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