燃料電池(fuel cell)被認為是未來首選的一種潔凈高效的新的發電裝置,正越來越受到重視和廣泛研究與應用。燃料電池也是一種化學電池,它和普通的化學電池一樣,靠兩極的氧化-還原反應產出電荷,只不過它所需要的化學原料不儲存在電池內部,而是由外部供給。在GB/T 2900.41《電工術語 原電池與蓄電池》中對燃料電池的定義是:通過一個化學過程,將連續供應的反應物的化學能轉變為電能的裝置。
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一、燃料電池的基本性能
燃料電池的種類可以根據所用燃料和電解質的不同來劃分,國際上依據電解質的不同基本上分為五類:AFC、PAFC、MCFC、SOFC、PEMFC,其名稱和各種類的主要特點匯總在下表1-1中。它們單體燃料電池的電氣參數(理論電動勢、工作電壓、效率等)詳見下表1-2。
表1-1:燃料電池的名稱和各種類的主要特點
表1-2:單體燃料電池的電氣參數
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燃料電池在標準狀態下(其物質工作條件在溫度25℃、環境大氣壓在1Pa的測量值)的電動勢與熱力學參數吉布斯自由能變量ΔG、焓變量ΔH等有關,即通過熱力學定律來考察物質電化學反應性質,燃料電池常用的幾種燃料物質的熱力學的參數及相關電池反應的一些參數詳見下表1-3,表中的△G0、ΔH0值可以從熱力學手冊查出。
表1-3:幾種物質的熱力學特性(25℃、1Pa)
二、通信用燃料電池供電系統技術要求
燃料電池的供電,不像非燃料蓄電池(如鉛酸蓄電池)的供電,單個蓄電池串接成額定直流電壓的蓄電池組直接向通信設備供電。而燃料蓄電池的供電必須有其它配套設施組成供電系統,如除燃料電池單元外,還有供料單元、水與熱的管理單元等等。
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因此,燃料電池在通信電源系統的應用,目前并沒有得到真正地普及和實用。在2010年工信部發布了一個技術報告,即YDB 051《通信用氫燃料電池供電系統》。該技術報告是作為指導研制之用,并非是通信行業正式標準。但從該技術報告可以看到燃料電池系統在通信電源領域的應用方向,該技術報告給出了通信用燃料電池系統的下述技術要求。
1、氫燃料電池供電系統的輸出要求
在YDB 051-2010中規定,氫燃料電池系統直流輸出額定值為48V,可調節范圍為43.2V~57.6V。輸出電壓在在其可調范圍內應能手動或自動連續可調。燃料電池模塊和燃料電池系統的輸出功率額定值系列,具體詳見下表2-1。
表2-1:燃料電池模塊和燃料電池系統的輸出功率額定值系列
2、燃料單元的要求
該系統采用氫氣瓶提供燃料氫。其氫的純度應符合下表2-2的要求。氫氣瓶的儲氫容量應根據燃料單元的功率配置,氫氣瓶的儲氫容量應不小于5m3標況氫氣/kW。
表2-2:氫的純度要求
3、燃料電池單元的要求
燃料電池單元可采用電堆或多模塊并聯方式。常溫條件下,輸出功率從0到80%額定功率的啟動時間不大于3min。輸出額定功率時燃料電池單元的效率不小于50%。燃料消耗速率與額定輸出功率相關,應符合下表2-3的規定。
表2-3:燃料電池的燃料消耗率
上述簡要的介紹了YDB 051-2010中的氫燃料電池供電系統的相關技術要求,若要詳細了解該技術報告具體內容的請查閱下附件2。
附件2:YDB 051-2010《通信用氫燃料電池供電系統》
三、通信用氫燃料電池供電系統的維護技術要求
工信部在2018年首次發布了通信用氫燃料電池供電系統的維護技術要求的通信行業標準,即YD/T 3425《通信用氫燃料電池供電系統維護技術要求》,對通信用氫燃料電池供電系統的使用條件、維護項目、維護周期和維護檢查方法等作出了規定,但并沒有給出維護技術指標應滿足的要求。該標準于2019年4月1日起實施,若要詳細了解該標準具體內容的請查閱下附件3。
附件3:YD/T 3425-2018《通信用氫燃料電池供電系統維護技術要求》
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