科普 | 什么是氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)？

上一次氫能匯為大家介紹了氫燃料電池的水熱管理系統(tǒng)，今天我們要為大家介紹另一個(gè)氫燃料電池內(nèi)比較重要的系統(tǒng)——數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它對于氫燃料電池整個(gè)系統(tǒng)來說至關(guān)重要，是六大系統(tǒng)之一。它的存在為氫燃料電池安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了重要作用。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的定義

燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)是指專門用于監(jiān)測和收集燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行過程中各項(xiàng)參數(shù)和狀態(tài)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集器或其他相關(guān)設(shè)備，實(shí)時(shí)記錄燃料電池的地理位置、運(yùn)行狀態(tài)、傳感器參數(shù)等關(guān)鍵信息。

燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅局限于記錄當(dāng)前狀態(tài)，更在于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與分析能力。系統(tǒng)內(nèi)置的智能算法能夠即時(shí)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除噪聲干擾，提取出關(guān)鍵性能指標(biāo)，如電壓、電流、溫度、氫氣與氧氣流量等，為燃料電池的性能評估與優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成

氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集器組成，這些數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)和狀態(tài)。具體來說，氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)可能涉及以下幾個(gè)方面：

傳感器網(wǎng)絡(luò)：在氫燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵部位，如電堆、氫氣循環(huán)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)等，安裝各種傳感器以收集相關(guān)數(shù)據(jù)。這些傳感器可能包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、濕度傳感器等，用于監(jiān)測電池堆溫度、氫氣壓力、空氣流量、冷卻水溫度等關(guān)鍵參數(shù)。

數(shù)據(jù)采集單元：數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)接收來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步的處理和轉(zhuǎn)換，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理。這一單元可能包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、信號處理電路等，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至中央控制單元或數(shù)據(jù)處理中心。這可以通過有線或無線方式進(jìn)行，具體取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用場景。無線傳輸方式可能包括Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee等，而有線傳輸則可能采用CAN總線、RS-485等標(biāo)準(zhǔn)接口。

數(shù)據(jù)存儲與備份：為了保證數(shù)據(jù)的長期保存和安全性，氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)還需要具備數(shù)據(jù)存儲和備份功能。這可以通過內(nèi)部存儲介質(zhì)（如SD卡、固態(tài)硬盤等）或外部存儲服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)分析與處理：在接收到數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)需要進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析和處理，以提取有用信息并評估燃料電池系統(tǒng)的性能。這包括數(shù)據(jù)清洗、特征提取、模型建立等步驟，最終可能生成報(bào)告或圖表供用戶參考。需要注意的是，氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的具體構(gòu)成可能因制造商、應(yīng)用場景和技術(shù)需求的不同而有所差異。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行定制和配置。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特征

氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)是保障燃料電池穩(wěn)定運(yùn)行和性能優(yōu)化的關(guān)鍵部分，其特點(diǎn)可以從多個(gè)維度來解析：

實(shí)時(shí)性：氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測燃料電池的狀態(tài)參數(shù)，如溫度、壓力、濕度、電流和電壓等， 有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，確保車輛的安全運(yùn)行。

靈活性與可擴(kuò)展性：系統(tǒng)設(shè)計(jì)上具備高度的靈活性，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景的需求調(diào)整傳感器的配置和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健ｋS著技術(shù)的進(jìn)步，這種靈活性還允許系統(tǒng)在未來進(jìn)行升級，以適應(yīng)更復(fù)雜的應(yīng)用場景。

無線數(shù)據(jù)傳輸：某些氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，減少了布線的復(fù)雜性和成本，同時(shí)也提高了系統(tǒng)的安裝便捷性。

遠(yuǎn)程監(jiān)控能力：通過集成車載診斷系統(tǒng)(OBD)和其他遠(yuǎn)程通訊手段，如GPRS網(wǎng)絡(luò)，這些系統(tǒng)支持對燃料電池汽車進(jìn)行遠(yuǎn)程全方位監(jiān)測，并且能夠?qū)崟r(shí)獲取道路行駛試驗(yàn)參數(shù)。

數(shù)據(jù)完整性與準(zhǔn)確性：為了提高燃料電池的開發(fā)和優(yōu)化過程，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了高精度的數(shù)據(jù)支持，這對于驗(yàn)證計(jì)算機(jī)模型的預(yù)測非常重要。

集成化與自動(dòng)化：現(xiàn)代的氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)趨向于高度集成和自動(dòng)化，不僅能夠自動(dòng)采集設(shè)備信息和測試數(shù)據(jù)，還能根據(jù)預(yù)設(shè)的模型智能生成測試報(bào)告。在燃料電池領(lǐng)域，特別是氫燃料電池汽車中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅是監(jiān)控燃料電池性能的關(guān)鍵工具，也是確保車輛安全、可靠運(yùn)行的重要保障。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)勢在于其靈活性、實(shí)時(shí)性、提高研發(fā)效率、促進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷以及降低成本等方面。這些優(yōu)勢使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在氫燃料電池的開發(fā)和應(yīng)用中成為不可或缺的工具。靈活性和實(shí)時(shí)性高氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地收集和分析數(shù)據(jù)，這對于監(jiān)測燃料電池的性能和發(fā)現(xiàn)潛在問題至關(guān)重要。這些系統(tǒng)通常采用無線通信技術(shù)，使得數(shù)據(jù)收集更加便捷，不受物理線路的限制。

有利于提高研發(fā)效率通過使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，研究人員可以更準(zhǔn)確地理解燃料電池內(nèi)部的工作原理和分布問題。這有助于優(yōu)化燃料電池的設(shè)計(jì)，提高其性能，并降低生產(chǎn)成本。有利于促進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷無線數(shù)據(jù)采集器能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行分析，這對于提高氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的性能和可靠性具有重要意義。

數(shù)據(jù)精確度高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)可以幫助工程師了解燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)，從而進(jìn)行精確的調(diào)整和優(yōu)化。此外，這些系統(tǒng)還可以用于監(jiān)測氫氣泄漏等安全問題，確保燃料電池汽車的安全運(yùn)行。有利于降低成本長期來看，無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的成本通常低于有線系統(tǒng)，尤其是在需要長距離傳輸數(shù)據(jù)的場景中。這主要是因?yàn)闊o線系統(tǒng)不需要布線，減少了安裝和維護(hù)的成本。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在的問題

盡管氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)在新能源汽車、可再生能源存儲等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力與價(jià)值，其在實(shí)際操作中所面臨的挑戰(zhàn)亦不容忽視。這些挑戰(zhàn)不僅關(guān)乎技術(shù)的突破，還涉及到系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)與長期運(yùn)維，以下是對這些挑戰(zhàn)的深入剖析與拓展。首先，談及氫燃料電池的工作環(huán)境，我們不得不面對的是其往往處于極端且多變的條件下。無論是極寒的北方冬季，還是酷熱的沙漠地帶，亦或是在潮濕的海邊環(huán)境，這些都對傳感器的耐用性、精度及響應(yīng)速度構(gòu)成了嚴(yán)峻考驗(yàn)。傳感器作為數(shù)據(jù)采集的“前線戰(zhàn)士”，其性能直接影響到后續(xù)數(shù)據(jù)處理與分析的準(zhǔn)確性與可靠性。

其次，氫燃料電池系統(tǒng)的復(fù)雜性決定了其數(shù)據(jù)采集的龐大需求。從電池堆的電壓、電流、溫度，到氫氣的供應(yīng)與排放，再到冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行精細(xì)的監(jiān)測與記錄。面對如此龐大的數(shù)據(jù)量，如何高效地進(jìn)行處理與分析成為了亟待解決的問題。

最后，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和可靠性是氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心任務(wù)之一。在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，系統(tǒng)可能會受到來自外界的干擾，如無線電波、電磁脈沖等，這些干擾可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)偏差或錯(cuò)誤。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，從燃料電池的性能測試和改進(jìn)，到燃料電池汽車的安全監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，再到整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)監(jiān)測，都離不開這一技術(shù)的應(yīng)用。

燃料電池性能測試與改進(jìn)

氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)在燃料電池的性能測試和改進(jìn)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如，德國杜伊斯堡的氫燃料電池中心的ZBT公司使用數(shù)據(jù)采集卡來測試不同燃料電池的性能，并通過提供現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)來改進(jìn)虛擬電池模型。這些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)捕捉大量數(shù)據(jù)，幫助研究人員觀察性能提升的關(guān)鍵因素，從而進(jìn)行更有效的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

燃料電池汽車的安全監(jiān)測

氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)還應(yīng)用于燃料電池汽車的安全監(jiān)測。為了保證燃料電池車輛的行駛安全，需要對其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，這涉及到對燃料電池系統(tǒng)的電壓、電流、溫度等關(guān)鍵參數(shù)的采集和分析。通過這些數(shù)據(jù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，避免在使用過程中引發(fā)更嚴(yán)重的問題。

燃料電池汽車的遠(yuǎn)程監(jiān)測

氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可以應(yīng)用于燃料電池汽車的遠(yuǎn)程監(jiān)測。例如，基于車載診斷系統(tǒng)(OBD)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對燃料電池乘用車的遠(yuǎn)程全方位監(jiān)測，通過CAN總線和GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛的行駛參數(shù)，從而提升車輛的性能和安全性。

燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)監(jiān)測

氫燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可以應(yīng)用于整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)據(jù)監(jiān)測。如全國首個(gè)氫燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測中心，可以實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)氫量、加氫量、車輛行駛里程及耗氫量等多項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集監(jiān)測，這對于監(jiān)控氫能廠站及車輛的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)

北京弗萊達(dá)科技 ：

產(chǎn)品市場從針對大型企業(yè)數(shù)據(jù)和管理到適應(yīng)靈活需求的邊緣采集數(shù)據(jù)終端集成微管理功能，技術(shù)方案也從數(shù)據(jù)平臺到智能制造管理系統(tǒng)不斷迭代發(fā)展，給不同的場景提供不同層級的產(chǎn)品和解決方案。軟件提供了實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，能夠?qū)θ剂想姵叵到y(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并以圖表形式展示，幫助用戶及時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。  

集普科技 ：

集普科技升級推出全自動(dòng)氫燃料電池汽車氫（氦）泄漏數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足氫燃料汽車碰撞試驗(yàn)過程中，氫氣或氦氣泄露量的實(shí)時(shí)監(jiān)測，及車內(nèi)氦氣濃度測量需求該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最大可同時(shí)監(jiān)測8個(gè)儲氣罐，對罐體內(nèi)壓力、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并同步計(jì)算顯示當(dāng)前泄露情況，為碰撞試驗(yàn)安全保駕護(hù)航。  

安科瑞： 

安科瑞能效管理系統(tǒng)包括變電所電力運(yùn)維云平臺、智慧安保用電管理云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺、預(yù)付費(fèi)管理云平臺、智能變配電監(jiān)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量治理系統(tǒng)、建筑能耗管理系統(tǒng)、工業(yè)能源管控平臺、漏電火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、汽車/電瓶車充電樁收費(fèi)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)之間動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、IT配電絕緣監(jiān)測系統(tǒng)等及相關(guān)產(chǎn)品。 

 未勢能源 ：

未勢能源科技有限公司于2019年開始自主研發(fā)燃料電池巡檢系統(tǒng)，為燃料電池系統(tǒng)提供靈活的集成方案。公司已開發(fā)的燃料電池巡檢系統(tǒng)可實(shí)時(shí)精確地采集燃料電池堆單片電壓，并對單體電壓數(shù)據(jù)組進(jìn)行實(shí)時(shí)處理分析，全面、快速地進(jìn)行單體電壓異常定位及反饋，實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保燃料電池堆穩(wěn)定工作。  

海億新能：

武漢海億新能源科技有限公司掌握全套核心技術(shù)并完全自主開發(fā)的單片電壓巡檢器能實(shí)時(shí)精確地檢測燃料電池電堆所有單片和PEM電解槽所有小室電壓，并對監(jiān)測到的電壓數(shù)據(jù)群進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理，全面快速地進(jìn)行故障診斷。  

科易動(dòng)力 ：

北京科易動(dòng)力科技有限公司以電池系統(tǒng)為核心產(chǎn)品，面向乘用車、商用車、場地車輛、工程機(jī)械及儲能等交通和能源領(lǐng)域，通過為客戶定制開發(fā)和生產(chǎn)制造相關(guān)產(chǎn)品，推動(dòng)各類交通工具、動(dòng)力機(jī)械和儲能裝置的電動(dòng)化變革，實(shí)現(xiàn)更節(jié)能、更高效、更環(huán)保和更好的體驗(yàn)，最終為客戶創(chuàng)造更大價(jià)值。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，燃料電池?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)也在不斷更新迭代。未來，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將更加智能化、集成化，實(shí)現(xiàn)與燃料電池系統(tǒng)的無縫對接與深度融合。通過引入人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)將進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)采集的精度與效率，為燃料電池的廣泛應(yīng)用與發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)的保障。

素材來源： 電力電子技術(shù)與應(yīng)用、艾邦氫科技網(wǎng)等