燃料电池(fuel cell)被认为是未来首选的一种洁净高效的新的发电装置,正越来越受到重视和广泛研究与应用。燃料电池也是一种化学电池,它和普通的化学电池一样,靠两极的氧化-还原反应产出电荷,只不过它所需要的化学原料不储存在电池内部,而是由外部供给。在GB/T 2900.41《电工术语 原电池与蓄电池》中对燃料电池的定义是:通过一个化学过程,将连续供应的反应物的化学能转变为电能的装置。
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一、燃料电池的基本性能
燃料电池的种类可以根据所用燃料和电解质的不同来划分,国际上依据电解质的不同基本上分为五类:AFC、PAFC、MCFC、SOFC、PEMFC,其名称和各种类的主要特点汇总在下表1-1中。它们单体燃料电池的电气参数(理论电动势、工作电压、效率等)详见下表1-2。
表1-1:燃料电池的名称和各种类的主要特点
表1-2:单体燃料电池的电气参数
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燃料电池在标准状态下(其物质工作条件在温度25℃、环境大气压在1Pa的测量值)的电动势与热力学参数吉布斯自由能变量ΔG、焓变量ΔH等有关,即通过热力学定律来考察物质电化学反应性质,燃料电池常用的几种燃料物质的热力学的参数及相关电池反应的一些参数详见下表1-3,表中的△G0、ΔH0值可以从热力学手册查出。
表1-3:几种物质的热力学特性(25℃、1Pa)
二、通信用燃料电池供电系统技术要求
燃料电池的供电,不像非燃料蓄电池(如铅酸蓄电池)的供电,单个蓄电池串接成额定直流电压的蓄电池组直接向通信设备供电。而燃料蓄电池的供电必须有其它配套设施组成供电系统,如除燃料电池单元外,还有供料单元、水与热的管理单元等等。
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因此,燃料电池在通信电源系统的应用,目前并没有得到真正地普及和实用。在2010年工信部发布了一个技术报告,即YDB 051《通信用氢燃料电池供电系统》。该技术报告是作为指导研制之用,并非是通信行业正式标准。但从该技术报告可以看到燃料电池系统在通信电源领域的应用方向,该技术报告给出了通信用燃料电池系统的下述技术要求。
1、氢燃料电池供电系统的输出要求
在YDB 051-2010中规定,氢燃料电池系统直流输出额定值为48V,可调节范围为43.2V~57.6V。输出电压在在其可调范围内应能手动或自动连续可调。燃料电池模块和燃料电池系统的输出功率额定值系列,具体详见下表2-1。
表2-1:燃料电池模块和燃料电池系统的输出功率额定值系列
2、燃料单元的要求
该系统采用氢气瓶提供燃料氢。其氢的纯度应符合下表2-2的要求。氢气瓶的储氢容量应根据燃料单元的功率配置,氢气瓶的储氢容量应不小于5m3标况氢气/kW。
表2-2:氢的纯度要求
3、燃料电池单元的要求
燃料电池单元可采用电堆或多模块并联方式。常温条件下,输出功率从0到80%额定功率的启动时间不大于3min。输出额定功率时燃料电池单元的效率不小于50%。燃料消耗速率与额定输出功率相关,应符合下表2-3的规定。
表2-3:燃料电池的燃料消耗率
上述简要的介绍了YDB 051-2010中的氢燃料电池供电系统的相关技术要求,若要详细了解该技术报告具体内容的请查阅下附件2。
附件2:YDB 051-2010《通信用氢燃料电池供电系统》
三、通信用氢燃料电池供电系统的维护技术要求
工信部在2018年首次发布了通信用氢燃料电池供电系统的维护技术要求的通信行业标准,即YD/T 3425《通信用氢燃料电池供电系统维护技术要求》,对通信用氢燃料电池供电系统的使用条件、维护项目、维护周期和维护检查方法等作出了规定,但并没有给出维护技术指标应满足的要求。该标准于2019年4月1日起实施,若要详细了解该标准具体内容的请查阅下附件3。
附件3:YD/T 3425-2018《通信用氢燃料电池供电系统维护技术要求》
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