«Сторожевой пост» для обеспечения высоконадежной защиты тестирования водородной энергии — серия приборов N1200 для проверки напряжения 

По мере того как мировая энергетическая структура преобразуется в направлении низкоуглеродного и чистого производства, водород, как энергоноситель с большим потенциалом развития, ускоряет процесс технических разработок и коммерциализации своей цепочки промышленности. В этом контексте топливные элементы (Fuel Cell) и водород, производимый методом электролиза воды (Electrolyzer), являются двумя ключевыми звеньями в производстве энергии и водорода. В этих двух сферах стек (Stack) играет роль основного компонента, от его характеристик, срока службы и безопасности напрямую зависит успех всей системы. Точное, быстрое и надежное измерение напряжения сотен и тысяч отдельных элементов стеков является незаменимым ключевым этапом на этапах исследований, производства, тестирования и эксплуатации.

01 Узкое место тестирования индустрии водородной энергии: технологические трудности мониторинга напряжения

Базовая структура топливного элемента на водороде и электролизной ячейки гидроэлектролизного устройства состоит из десятков до тысяч отдельных элементов (Cell), соединённых последовательно, что позволяет получить высокое напряжение и мощность, необходимые для применения. Такая физическая структура «последовательно сложенных элементов», хотя и обеспечивает накопление энергии, создаёт беспрецедентные технические трудности в точном измерении напряжения.

Во время работы водородно-топливных элементов напряжение каждого отдельного элемента (обычно в диапазоне от 0,5 В до 1,0 В) является наиболее прямым и чувствительным «индикатором» его состояния здоровья. Аномалии напряжения (такие как слишком низкое, обратная полярность, несоответствие) прямо указывают на возможное снижение производительности, локальные повреждения или даже катастрофические отказы. Поэтому крайне важно проводить для каждого отдельного элемента постоянный, синхронный и высокоточный контроль напряжения.

• Подавление синфазного напряжения (CMV)

При измерении отдельного элемента батареи, находящегося на вершине батарейного блока, его небольшое дифференциальное напряжение (то есть напряжение самого элемента, около 0,8 В) накладывается на очень высокое синфазное напряжение (относительно заземления системы измерения). Такое высокое синфазное напряжение может повредить оборудование для мониторинга напряжения и одновременно повлиять на точность измерений.

• На месте плохая электромагнитная обстановка

Испытательные стенды для водородной энергии обычно включают устройства высокой мощности, такие как электронные нагрузки, источники питания и инверторы. Во время работы такие устройства могут создавать сильные электромагнитные помехи (EMI). Такая суровая электромагнитная среда может мешать стабильности измерения напряжения, вызывая значительные колебания данных напряжения.

• Высокоскоростной параллельный сбор данных по крупномасштабным каналам

Традиционный сканирующий (опросный) метод измерения, при котором измеряются каналы по одному, имеет временной разрыв. После того как просканировано несколько сотен каналов, время измерения первого и последнего канала может отличаться на десятки или даже сотни миллисекунд. В быстро меняющихся динамических процессах такие несинхронизированные данные недействительны, не могут точно отражать моментальное распределение состояния внутри батарейного блока и не могут использоваться для точной диагностики неисправностей и создания моделей.

02 NGI Высокопроизводительная схема проверки напряжения

NGI проводит долгосрочные и глубокие исследования и практические работы в цепочке индустрии водородной энергии, представив высокопроизводительный прибор для проверки напряжения N1200 с множеством каналов. Этот прибор, благодаря модульной изолирующей архитектуре, эффективно решает проблему высокого общего напряжения; с использованием технологии параллельного управления на FPGA достигнут значительный инновационный прорыв в области высокоскоростного параллельного сбора данных; кроме того, благодаря дизайну с промышленной надежностью обеспечивается достоверность данных в сложных тестовых условиях. Эти три ключевые технологии совместно формируют незаменимую профессиональную ценность прибора в области тестирования водородной энергетики. Он может широко применяться для проверки напряжения в электролизёрах и топливных элементах.

«Сторожевой пост» для обеспечения высоконадежной защиты тестирования водородной энергии — серия приборов N1200 для проверки напряжения

• Высокая точность и устойчивость к помехам от синфазного напряжения

Серия N1200 использует модульную группировку сбора данных и архитектурный дизайн с многократной изоляцией, электрически разделяя высоковольтный аккумулятор на несколько низковольтных «батарейных блоков», каждый из которых контролируется отдельным модулем сбора данных на передней панели. Это принципиально решает проблему общих режимов напряжения в сотни-в тысячи вольт. В то же время чрезвычайно высокий коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR) является ключевым фактором, позволяющим достигать высокой точности, эффективно снижая влияние шума и колебаний синфазного напряжения на измерения.

• Противостоять сложным ЭМИ, стремясь к высшей надежности

Магнитное поле, создаваемое высоковольтными проводами питания, обычно вызывает наводки в виде синфазного сигнала на сигнальные линии, что приводит к значительным колебаниям данных о напряжении. Серия N1200 использует модульные передние блоки выборки с электрической изоляцией и дифференциальную обработку сигналов (инструментальный усилитель), обладая высокой устойчивостью к электромагнитным помехам (EMI) и синфазным шумам, усиливая только чистое дифференциальное напряжение (то есть напряжение отдельного элемента батареи).

• Высокоскоростной параллельный сбор данных по крупномасштабным каналам

Серия N1200 отказалась от традиционного многоканального коммутирующего переключения или централизованной архитектуры опроса АЦП и инновационно использует масштабируемый FPGA в качестве основного контроллера. Преобразованные цифровые результаты блока переднего захвата через свои цифровые изоляторы передаются обратно в FPGA параллельно и независимо, реализуя параллельную выборку, что позволяет обновлять данные 200 каналов от сбора до отображения всего за 10 мс. Инженеры могут получать состояние напряжения всех отдельных ячеек аккумуляторной батареи в одно и то же время, что обеспечивает базу данных для анализа динамических характеристик и точной оценки однородности.

«Сторожевой пост» для обеспечения высоконадежной защиты тестирования водородной энергии — серия приборов N1200 для проверки напряжения

С развитием технологий водородной энергетики требования к мониторингу напряжения также будут постепенно увеличиваться. Например, это касается топливных элементов с более высоким уровнем напряжения (>1500 В), потребности в более быстрой динамической реакции (более высокая частота дискретизации), а также проведения более глубокого анализа данных с учетом других физических величин, таких как температура, давление и сопротивление. Компания NGI накопила многолетний опыт в отраслевом тестировании, обладает обширной линейкой испытательного оборудования для топливных элементов, способна предоставлять пользователям различные варианты тестового оборудования и профессиональные решения для тестирования водородной энергетики, постоянно обеспечивая наиболее надежную и прочную базу данных для развития водородной отрасли.