O refrigerado a água célula de combustível PEM O sistema de geração de energia consiste em cinco módulos independentes: a pilha de células a combustível, o módulo de fornecimento de hidrogênio, o módulo de fornecimento de ar, o módulo de gerenciamento térmico e o módulo de controle eletrônico. Cada módulo é isolado dos demais para evitar interferências entre gás, água e eletricidade, mitigando assim os riscos de segurança no nível da arquitetura do sistema.

Componentes principais | Composição e funções |
Pilha de Células de Combustível de Hidrogênio PEMFC (Membrana de Troca de Prótons) | O componente principal do sistema, esta pilha de células a combustível com membrana de troca de prótons, converte a energia química do hidrogênio e do oxigênio em energia elétrica e serve como unidade central para a geração de energia. |
Módulo de fornecimento de hidrogênio | Detector de vazamento de hidrogênio, separador líquido-vapor, bomba de recirculação de hidrogênio (para configurações de 10 kW ou mais), dispositivo de tratamento de gases de escape, etc., garantem que o hidrogênio entre na chaminé de forma estável e segura, enquanto os gases de escape são descarregados do sistema através da porta de exaustão de hidrogênio. |
Módulo de suprimento de ar | Composto por um filtro de ar, intercooler, umidificador, compressor de ar, válvula de borboleta e vários dutos de ar, este módulo fornece ar limpo e seco com uma vazão estável (a fonte de oxigênio) para a chaminé, atendendo aos requisitos operacionais da mesma. |
Módulo de gerenciamento térmico | Este módulo inclui uma bomba de água, radiador, sensores de temperatura, reservatório de expansão, ventoinha de arrefecimento, monitor de condutividade e desionizador. Ele controla a temperatura da célula de combustível e de todos os componentes do sistema. Através do arrefecimento por circulação forçada de água, dissipa rapidamente o calor gerado pela célula de combustível, garantindo que o sistema opere dentro da faixa de temperatura ideal e prevenindo danos causados por sobreaquecimento. |
Módulo de Controle Elétrico | Utiliza um controlador PLC equipado com uma tela sensível ao toque para monitoramento, permitindo o controle geral do sistema, monitoramento de parâmetros, diagnóstico de falhas e outras funções. |
Além do projeto de segurança inerente aos módulos do sistema, o equipamento estacionário de geração de energia por células de combustível apresenta um layout estrutural meticulosamente projetado que garante a segurança operacional e emissões de gases seguras, estabelecendo a separação entre pessoal e equipamento e permitindo a intervenção manual.
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① Botão de Parada de Emergência ② Painel de controle do inversor ③ Painel de Controle Mestre do Sistema ④ Botão Iniciar (permanece aceso durante o funcionamento normal) ⑤ Botão de parada (permanece aceso durante uma falha) ⑥ Indicador de Alerta Antecipado (permanece aceso durante os alertas) | |||
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⑦ Saída de hidrogênio ⑧ Entrada de hidrogênio ⑨ Ventilação para dissipação de calor ⑩ Saída de exaustão e águas residuais
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A unidade está equipada com um visor touchscreen de nível industrial, eliminando a necessidade de um computador host externo. Seis funções principais — incluindo monitoramento de equipamentos, configuração de parâmetros, depuração manual e rastreamento de falhas — podem ser executadas localmente:
Interface principal: Exibe o status operacional do equipamento (Em funcionamento/Parado/Reinicialização de falha) e parâmetros essenciais como potência de saída, tensão, corrente, pressão de hidrogênio e temperatura de resfriamento.
Página do Circuito de Ar: Exibe o status operacional do compressor de ar, da pilha de células de combustível, do conversor CC-CC e da válvula de controle de ar, incluindo parâmetros importantes como velocidade, potência e temperatura.
Página do Circuito de Hidrogênio: Fornece informações sobre o estado da válvula de entrada de hidrogênio, da válvula proporcional, da válvula de purga (aberta/fechada) e da bomba de circulação.
Página do Circuito de Refrigeração: Monitora o estado de funcionamento da bomba de água de refrigeração (velocidade, pressão e vazão), bem como do radiador.
Página de Avisos e Falhas: Exibe o histórico de falhas do equipamento (códigos de falha, descrições das falhas e horários de ocorrência) para facilitar a solução de problemas e a manutenção.
Página de registro de dados: Registra vários status operacionais do sistema.

O equipamento suporta o controle manual de operações como inicialização, desligamento, purga e fornecimento de hidrogênio, tornando-o adequado para uso durante o comissionamento e a manutenção.
Quando ocorre uma falha durante a operação, a interface touchscreen exibe automaticamente o código e a descrição da falha, permitindo uma rápida resolução de problemas; o equipamento possui uma interface de comunicação, e os dados operacionais também podem ser recuperados por meio desse canal de comunicação.
Descrição da falha | Possíveis causas | Solução rápida |
Falha de alta pressão anódica | 1. Mau funcionamento da válvula externa redutora de pressão de hidrogênio ou falha na estabilização da pressão; 2. A válvula solenoide de entrada de hidrogênio não fecha corretamente; 4. O fornecimento de hidrogênio não conseguiu se ajustar prontamente devido a mudanças repentinas na carga. | 1. Se a fonte externa de hidrogênio estiver equipada com uma válvula reguladora de pressão ou uma válvula redutora de pressão, recalibre ou substitua a válvula reguladora de pressão ou a válvula redutora de pressão de hidrogênio; 2. Verifique o desempenho de vedação da válvula solenoide de hidrogênio; substitua-a se estiver com defeito; 3. Ajuste a abertura da válvula de contrapressão para estabilizar a pressão na tubulação; 4. Aumente ou diminua a carga suavemente para corresponder à resposta do fornecimento de hidrogênio. |
Falha de baixa pressão na fonte de hidrogênio | 1. Pressão insuficiente da fonte de hidrogênio a montante; 2. Vazamentos na tubulação de hidrogênio ou conexões soltas; 3. A válvula redutora de pressão está presa na posição aberta, causando restrição do fluxo de gás; 4. Ajuste anormal da válvula de contrapressão, impedindo o fluxo suave de hidrogênio para a pilha. | 1. Verifique a pressão de saída do cilindro de hidrogênio ou do equipamento de fornecimento de hidrogênio; 2. Verifique se há vazamentos e aperte as conexões dos tubos; 3. Desmonte e limpe o carretel da válvula redutora de pressão ou substitua o corpo da válvula; 4. Verifique se a válvula de contrapressão está funcionando corretamente. |
Mau funcionamento devido à alta concentração de hidrogênio | 1. Purga e ventilação incompletas de hidrogênio; 2. O sensor de concentração de hidrogênio apresentou deriva e não foi calibrado; 3. Vazamento de gás dentro da célula de combustível ou falha na vedação; 4. Obstrução da linha de escape causando refluxo de gases de escape | 1. Aumente a frequência e a duração da purga; 2. Recalibre o sensor de concentração de hidrogênio; 3. Desligue o sistema para inspecionar as juntas da chaminé e as vedações da placa final; 4. Limpe a linha de exaustão de hidrogênio para garantir o fluxo de escape desobstruído. |
Com defeito no compressor de ar | 1. Fornecimento de energia anormal para o compressor de ar, falha de comunicação ou desarme do dispositivo de proteção. 2. Superaquecimento do compressor de ar, fluido refrigerante insuficiente, mau funcionamento da bomba de água ou dissipação de calor inadequada. 3. Fluxo de ar insuficiente devido a um filtro de ar obstruído, vazamentos de ar na tubulação ou velocidade de rotação anormal. | 1. Verifique se a alimentação elétrica do compressor de ar está normal e confirme se a comunicação CAN está funcionando corretamente. 2. Verifique o estado de funcionamento do sistema de arrefecimento e do radiador. 3. Limpe o elemento filtrante e verifique as linhas de ar e o feedback de velocidade. |
A vazão da bomba d'água está muito baixa. | 1. Falha ou velocidade insuficiente da bomba de circulação de água de refrigeração; 2. As linhas de refrigeração estão entupidas ou dobradas, causando restrição de fluxo; 3. Presença significativa de bolhas de ar ou bloqueios de ar no circuito de água; 4. O sensor de fluxo está danificado / a válvula de borboleta na tubulação está parcialmente fechada | 1. Verifique a alimentação e o acionamento da bomba de água; substitua a bomba de água, se necessário; 2. Inspecione a tubulação, remova obstruções e restaure a área total da seção transversal do tubo; 3. Abra a válvula de sangria para forçar a saída do ar e, em seguida, complete o nível do líquido de arrefecimento; 4. Abra a válvula de controle do circuito de água e calibre ou substitua o sensor de fluxo. |
Falha de baixa tensão total | 1. Fornecimento insuficiente de hidrogênio ou baixa pressão 2. Queda de tensão devido à carga excessiva da bateria 3. Consistência celular anormal ou envelhecimento. 4. A inicialização de alta potência de toda a unidade causa a queda da tensão do barramento. | 1. Verifique se a pressão de fornecimento de hidrogênio, a válvula redutora de pressão e a tubulação de hidrogênio estão funcionando normalmente e instaladas corretamente. 2. Reduza a carga do sistema e retome a operação assim que a tensão se recuperar. 3. Inspecione a bateria e verifique se há alguma anormalidade em seu estado. |
Baixa tensão no canal mais baixo | 1. Fornecimento insuficiente de hidrogênio no sistema 2. Suprimento de ar insuficiente 3. Linha de amostragem CVM solta ou defeituosa 4. Falha na comunicação ou amostragem do módulo CVM 5. Desconexão da linha de comunicação do barramento CAN CVM ou resistor de terminação anormal; 6. Eletrodo de membrana danificado | 1. Verifique se a pressão nas linhas de hidrogênio e ar está normal. 2. Solucione problemas no circuito de detecção CVM. 3. Verifique se o módulo CVM está recebendo energia normalmente. 4. Desligue e reinicie o módulo CVM; se o problema persistir, substitua-o; |
O projeto de segurança de todo o sistema estacionário de geração de energia a hidrogênio com células a combustível PEMFC refrigeradas a água segue uma lógica de quatro níveis, compreendendo proteção ativa, mitigação passiva de riscos, monitoramento inteligente e operação e manutenção rápidas, garantindo assim a geração de energia segura, eficiente e sustentável utilizando células a combustível de hidrogênio.