科普 | 什么是氢燃料电池数据采集系统？

上一次氢能汇为大家介绍了氢燃料电池的水热管理系统，今天我们要为大家介绍另一个氢燃料电池内比较重要的系统——数据采集系统。它对于氢燃料电池整个系统来说至关重要，是六大系统之一。它的存在为氢燃料电池安全稳定运行起到了重要作用。

数据采集系统的定义

燃料电池数据采集系统是指专门用于监测和收集燃料电池系统运行过程中各项参数和状态的系统。该系统通过数据采集器或其他相关设备，实时记录燃料电池的地理位置、运行状态、传感器参数等关键信息。

燃料电池数据采集系统不仅局限于记录当前状态，更在于其强大的数据处理与分析能力。系统内置的智能算法能够即时对采集到的数据进行处理，剔除噪声干扰，提取出关键性能指标，如电压、电流、温度、氢气与氧气流量等，为燃料电池的性能评估与优化提供坚实的数据基础。

数据采集系统的构成

氢燃料电池数据采集系统主要由数据采集器组成，这些数据采集器负责实时监控氢燃料电池发动机运行的各种参数和状态。具体来说，氢燃料电池数据采集系统可能涉及以下几个方面：

传感器网络：在氢燃料电池系统的关键部位，如电堆、氢气循环系统、空气供应系统、水热管理系统等，安装各种传感器以收集相关数据。这些传感器可能包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器等，用于监测电池堆温度、氢气压力、空气流量、冷却水温度等关键参数。

数据采集单元：数据采集单元负责接收来自传感器网络的数据，并进行初步的处理和转换，以便后续的数据分析和处理。这一单元可能包括模数转换器（ADC）、信号处理电路等，以确保数据的准确性和可靠性。

数据传输系统：将采集到的数据传输至中央控制单元或数据处理中心。这可以通过有线或无线方式进行，具体取决于系统设计和应用场景。无线传输方式可能包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等，而有线传输则可能采用CAN总线、RS-485等标准接口。

数据存储与备份：为了保证数据的长期保存和安全性，氢燃料电池数据采集系统还需要具备数据存储和备份功能。这可以通过内部存储介质（如SD卡、固态硬盘等）或外部存储服务器来实现。

数据分析与处理：在接收到数据后，系统需要进行进一步的数据分析和处理，以提取有用信息并评估燃料电池系统的性能。这包括数据清洗、特征提取、模型建立等步骤，最终可能生成报告或图表供用户参考。 需要注意的是，氢燃料电池数据采集系统的具体构成可能因制造商、应用场景和技术需求的不同而有所差异。因此，在实际应用中，需要根据具体情况进行定制和配置。

数据采集系统的特征

氢燃料电池数据采集系统是保障燃料电池稳定运行和性能优化的关键部分，其特点可以从多个维度来解析：

实时性：氢燃料电池数据采集系统能够实时监测燃料电池的状态参数，如温度、压力、湿度、电流和电压等， 有助于及时发现潜在的问题，确保车辆的安全运行。

灵活性与可扩展性：系统设计上具备高度的灵活性，可以根据实际应用场景的需求调整传感器的配置和数据传输的方式。随着技术的进步，这种灵活性还允许系统在未来进行升级，以适应更复杂的应用场景。

无线数据传输：某些氢燃料电池数据采集系统采用了无线数据传输技术，减少了布线的复杂性和成本，同时也提高了系统的安装便捷性。

远程监控能力：通过集成车载诊断系统(OBD)和其他远程通讯手段，如GPRS网络，这些系统支持对燃料电池汽车进行远程全方位监测，并且能够实时获取道路行驶试验参数。

数据完整性与准确性：为了提高燃料电池的开发和优化过程，数据采集系统提供了高精度的数据支持，这对于验证计算机模型的预测非常重要。

集成化与自动化：现代的氢燃料电池数据采集系统趋向于高度集成和自动化，不仅能够自动采集设备信息和测试数据，还能根据预设的模型智能生成测试报告。在燃料电池领域，特别是氢燃料电池汽车中，数据采集系统扮演着至关重要的角色。它不仅是监控燃料电池性能的关键工具，也是确保车辆安全、可靠运行的重要保障。

数据采集系统的优点

氢燃料电池数据采集系统的优势在于其灵活性、实时性、提高研发效率、促进远程监控和故障诊断以及降低成本等方面。这些优势使得数据采集系统在氢燃料电池的开发和应用中成为不可或缺的工具。灵活性和实时性高氢燃料电池数据采集系统能够实时地收集和分析数据，这对于监测燃料电池的性能和发现潜在问题至关重要。这些系统通常采用无线通信技术，使得数据收集更加便捷，不受物理线路的限制。

有利于提高研发效率通过使用数据采集系统，研究人员可以更准确地理解燃料电池内部的工作原理和分布问题。这有助于优化燃料电池的设计，提高其性能，并降低生产成本。有利于促进远程监控和故障诊断无线数据采集器能够实现远程在线监控，及时发现故障并进行分析，这对于提高氢燃料电池发动机系统的性能和可靠性具有重要意义。

数据精确度高数据采集系统提供的数据可以帮助工程师了解燃料电池的运行状态，从而进行精确的调整和优化。此外，这些系统还可以用于监测氢气泄漏等安全问题，确保燃料电池汽车的安全运行。有利于降低成本长期来看，无线数据采集系统的成本通常低于有线系统，尤其是在需要长距离传输数据的场景中。这主要是因为无线系统不需要布线，减少了安装和维护的成本。

数据采集系统存在的问题

尽管氢燃料电池数据采集系统在新能源汽车、可再生能源存储等领域展现出了巨大的应用潜力与价值，其在实际操作中所面临的挑战亦不容忽视。这些挑战不仅关乎技术的突破，还涉及到系统的整体设计与长期运维，以下是对这些挑战的深入剖析与拓展。首先，谈及氢燃料电池的工作环境，我们不得不面对的是其往往处于极端且多变的条件下。无论是极寒的北方冬季，还是酷热的沙漠地带，亦或是在潮湿的海边环境，这些都对传感器的耐用性、精度及响应速度构成了严峻考验。传感器作为数据采集的“前线战士”，其性能直接影响到后续数据处理与分析的准确性与可靠性。

其次，氢燃料电池系统的复杂性决定了其数据采集的庞大需求。从电池堆的电压、电流、温度，到氢气的供应与排放，再到冷却系统的运行状态，每一个环节都需要进行精细的监测与记录。面对如此庞大的数据量，如何高效地进行处理与分析成为了亟待解决的问题。

最后，确保数据采集的准确性和可靠性是氢燃料电池数据采集系统的核心任务之一。在复杂的电磁环境中，系统可能会受到来自外界的干扰，如无线电波、电磁脉冲等，这些干扰可能会导致数据采集出现偏差或错误。

数据采集系统的应用范围

氢燃料电池数据采集系统的应用范围非常广泛，从燃料电池的性能测试和改进，到燃料电池汽车的安全监测和远程监控，再到整个产业链的数据监测，都离不开这一技术的应用。

燃料电池性能测试与改进氢燃料电池数据采集系统在燃料电池的性能测试和改进中发挥着关键作用。例如，德国杜伊斯堡的氢燃料电池中心的ZBT公司使用数据采集卡来测试不同燃料电池的性能，并通过提供现实世界的数据来改进虚拟电池模型。这些数据采集系统能够实时捕捉大量数据，帮助研究人员观察性能提升的关键因素，从而进行更有效的设计和优化。

燃料电池汽车的安全监测氢燃料电池数据采集系统还应用于燃料电池汽车的安全监测。为了保证燃料电池车辆的行驶安全，需要对其进行实时监测，这涉及到对燃料电池系统的电压、电流、温度等关键参数的采集和分析。通过这些数据，可以及时发现潜在的故障风险，避免在使用过程中引发更严重的问题。

燃料电池汽车的远程监测氢燃料电池数据采集系统还可以应用于燃料电池汽车的远程监测。例如，基于车载诊断系统(OBD)的数据采集系统可以实现对燃料电池乘用车的远程全方位监测，通过CAN总线和GPRS网络技术，可以实时监测车辆的行驶参数，从而提升车辆的性能和安全性。

燃料电池汽车全产业链的数据监测氢燃料电池数据采集系统还可以应用于整个产业链的数据监测。如全国首个氢燃料电池汽车全产业链数据采集和监测中心，可以实现对产氢量、加氢量、车辆行驶里程及耗氢量等多项数据的实时自动采集监测，这对于监控氢能厂站及车辆的安全运行至关重要。

数据采集系统相关企业

北京弗莱达科技 ：

产品市场从针对大型企业数据和管理到适应灵活需求的边缘采集数据终端集成微管理功能，技术方案也从数据平台到智能制造管理系统不断迭代发展，给不同的场景提供不同层级的产品和解决方案。软件提供了实时的数据监控功能，能够对燃料电池系统的关键指标进行实时监测，并以图表形式展示，帮助用户及时了解系统运行状态。  

集普科技 ：

集普科技升级推出全自动氢燃料电池汽车氢（氦）泄漏数据采集系统，满足氢燃料汽车碰撞试验过程中，氢气或氦气泄露量的实时监测，及车内氦气浓度测量需求该数据采集系统最大可同时监测8个储气罐，对罐体内压力、温度进行实时数据采集，并同步计算显示当前泄露情况，为碰撞试验安全保驾护航。  

安科瑞： 

安科瑞能效管理系统包括变电所电力运维云平台、智慧安保用电管理云平台、环保用电监管云平台、预付费管理云平台、智能变配电监控系统、电能质量治理系统、建筑能耗管理系统、工业能源管控平台、漏电火灾监控系统、消防设备电源监控系统、防火门监控系统、应急照明和疏散指示系统、汽车/电瓶车充电桩收费管理系统、数据之间动环监控系统、智能照明控制系统、IT配电绝缘监测系统等及相关产品。  未势能源 ：

未势能源科技有限公司于2019年开始自主研发燃料电池巡检系统，为燃料电池系统提供灵活的集成方案。公司已开发的燃料电池巡检系统可实时精确地采集燃料电池堆单片电压，并对单体电压数据组进行实时处理分析，全面、快速地进行单体电压异常定位及反馈，实时监测，确保燃料电池堆稳定工作。  

海亿新能：

武汉海亿新能源科技有限公司掌握全套核心技术并完全自主开发的单片电压巡检器能实时精确地检测燃料电池电堆所有单片和PEM电解槽所有小室电压，并对监测到的电压数据群进行实时分析处理，全面快速地进行故障诊断。  

科易动力 ：

北京科易动力科技有限公司以电池系统为核心产品，面向乘用车、商用车、场地车辆、工程机械及储能等交通和能源领域，通过为客户定制开发和生产制造相关产品，推动各类交通工具、动力机械和储能装置的电动化变革，实现更节能、更高效、更环保和更好的体验，最终为客户创造更大价值。随着技术的不断进步，燃料电池数据采集系统也在不断更新迭代。未来，数据采集系统将更加智能化、集成化，实现与燃料电池系统的无缝对接与深度融合。通过引入人工智能、大数据等先进技术，系统将进一步提升数据采集的精度与效率，为燃料电池的广泛应用与发展提供更加坚实的保障。

素材来源： 电力电子技术与应用、艾邦氢科技网等