隨著能源結(jié)構(gòu)朝著低碳化、清潔化方向轉(zhuǎn)型，氫能作為一種發(fā)展?jié)摿Φ哪芰枯d體，其產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)研發(fā)與商業(yè)化進(jìn)程正不斷加速。其中，氫燃料電池（Fuel Cell）和水電解制氫（Electrolyzer）是氫能“發(fā)電"與“制氫"的兩大核心環(huán)節(jié)。在這兩個(gè)領(lǐng)域中，電堆（Stack）作為核心部件，其性能、壽命和安全性直接關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)的成敗。對(duì)電堆中成百上千個(gè)單體電池的電壓進(jìn)行精確、高速、可靠的監(jiān)測(cè)，是研發(fā)、生產(chǎn)、測(cè)試和運(yùn)維過程中的關(guān)鍵步驟。

氫能產(chǎn)業(yè)測(cè)試的瓶頸：電壓監(jiān)測(cè)的技術(shù)挑戰(zhàn)

氫燃料電池電堆和水電解槽電解堆的基本結(jié)構(gòu)均是由數(shù)十片至上千片單體電池（Cell）通過串聯(lián)方式疊加而成，以獲取滿足應(yīng)用需求的高電壓和高功率。這種“串聯(lián)疊加"的物理結(jié)構(gòu)，雖實(shí)現(xiàn)了能量的匯聚，但給電壓的精確測(cè)量帶來了的技術(shù)難題。

氫燃料電池在運(yùn)行過程中，每個(gè)單體電池的電壓（通常處于 0.5V 至 1.0V 之間）是其健康狀態(tài)直接、敏感的“指示器"。電壓異常（如過低、反極、不一致性）直接預(yù)示著可能出現(xiàn)的性能衰減、局部失效甚至災(zāi)難性故障。因此，對(duì)每一個(gè)單體電池進(jìn)行實(shí)時(shí)、同步、高精度的電壓監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

高性能電壓巡檢方案

NGI 在氫能產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行了長(zhǎng)期且深入的研究與實(shí)踐，推出了 N1200 多通道高性能電壓巡檢儀。該儀器借助模塊化隔離架構(gòu)，有效解決了高共模電壓這一難題；運(yùn)用 FPGA 并行控制技術(shù)，在高速并行采集方面實(shí)現(xiàn)了重大創(chuàng)新性突破；同時(shí)，通過工業(yè)級(jí)可靠性設(shè)計(jì)，保障了在復(fù)雜測(cè)試環(huán)境下數(shù)據(jù)的可靠性。此三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)共同構(gòu)建了該儀器在氫能測(cè)試領(lǐng)域的專業(yè)價(jià)值。其可廣泛應(yīng)用于電解槽、燃料電池的電壓巡檢測(cè)試工作。

N1200 系列采用模塊化分組采集與多重隔離的架構(gòu)設(shè)計(jì)，將高壓電堆在電氣上劃分為若干個(gè)低壓“電池組"，每個(gè)組由一個(gè)獨(dú)立的前端采集模塊負(fù)責(zé)。從根本上解決了數(shù)百伏上千伏的共模電壓的挑戰(zhàn)。同時(shí)，的共模抑制比（CMRR）是該方案能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的關(guān)鍵，可有效抑制共模電壓上的噪聲與波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。

高壓電源線產(chǎn)生的磁場(chǎng)耦合干擾通常以共模形式疊加在信號(hào)線上，導(dǎo)致電壓數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大波動(dòng)。N1200 系列采用模塊化電氣隔離的前級(jí)采樣單元和差分信號(hào)處理（儀表放大器），具備的抗電磁干擾（EMI）和共模噪聲能力，僅放大純凈的差模電壓（即單體電池電壓）。

N1200 系列摒棄了傳統(tǒng)的多路復(fù)用切換或集中式 ADC 輪詢架構(gòu)，創(chuàng)新性地以大規(guī)模 FPGA 作為核心控制器，將前級(jí)采集單元轉(zhuǎn)換后的數(shù)字結(jié)果，通過各自的數(shù)字隔離器，并行地、獨(dú)立地傳送回 FPGA，實(shí)現(xiàn)了并行采樣，使得 200 個(gè)通道數(shù)據(jù)從采集到更新顯示時(shí)間可達(dá) 10ms。工程師能夠獲取電堆在同一時(shí)刻下所有單體的電壓狀態(tài)，為動(dòng)態(tài)特性分析、一致性精準(zhǔn)評(píng)估提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

■ 電壓采集范圍廣：-2.5V~+2.5V、-3V~+3V、-5V~+5V

■ 電壓采集精為1mV

■ 數(shù)據(jù)傳輸速度快，200通道數(shù)據(jù)同步更新時(shí)間10ms

■ 采用100M以太網(wǎng)通訊

■ 集成度高，單臺(tái)最多能采集200通道電壓

■ 系統(tǒng)集成方便，采用標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議，方便用戶集成到PLC等控制系統(tǒng)

■ 體積小，標(biāo)準(zhǔn)19英寸1U尺寸，可上架使用