【導(dǎo)讀】氫能是風(fēng)、光、水等可再生能源的重要轉(zhuǎn)換樞紐，而在包含制、儲(chǔ)、運(yùn)、用多個(gè)環(huán)節(jié)的氫能產(chǎn)業(yè)鏈中，氫燃料電池作為將氫能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵技術(shù)，具有非常重要的地位。在各種燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃料電池具有功率密度高、無電解質(zhì)泄漏風(fēng)險(xiǎn)、可于室溫下快速啟停等優(yōu)點(diǎn)，在交通、便攜式發(fā)電、中小規(guī)模固定式發(fā)電等應(yīng)用場景具有廣闊的應(yīng)用前景。
氫燃料電池的電動(dòng)車其驅(qū)動(dòng)方式還是電機(jī)，氫只是用來反應(yīng)發(fā)電的能源，最后與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。燃料電池單體的電壓不到1V，為提高輸出電壓，一般需將多個(gè)燃料電池單體堆疊串聯(lián)組成燃料電池電堆。為了保證燃料電池的正常運(yùn)行，還需要為電堆匹配附件系統(tǒng)，以持續(xù)向燃料電池供給合適溫度、壓力、流量、濕度的反應(yīng)物，排出生成的水和熱量。
電堆和附件系統(tǒng)共同組成燃料電池系統(tǒng)，燃料電池的健康狀態(tài)主要反映在其單體電壓上，過干、過濕、缺氣等不良操作條件及機(jī)械損傷等因素均會(huì)使燃料電池的單體電壓發(fā)生改變。因此，如果要診斷燃料電池的狀態(tài)或依靠單體電壓進(jìn)行燃料電池系統(tǒng)控制，就需要知道燃料電池的單體電壓，配合使用燃料電池（電堆）和巡檢。
電壓巡檢通過巡檢信號(hào)采集線與燃料電池電堆上的單體電池進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)電壓的采集，在電壓巡檢中通過巡檢通訊（如CAN總線通訊）線束傳輸?shù)酵ㄓ嵐ぞ?，后通過通訊工具與上位機(jī)連接，直接監(jiān)控或記錄采集到的電堆單體電壓。
眾所周知，鋰電池包在充電放電時(shí)需要電池管理系統(tǒng)（BMS），主要是檢測鋰電池的電壓電流溫度參數(shù)；保證鋰電池能夠安全使用；同樣燃料電池在工作時(shí)也需要對其狀態(tài)進(jìn)行檢測，確保功能安全。燃料電池由于其不同于鋰電池的放電原理，其檢測時(shí)主要檢測電池的電壓，溫度等參數(shù)即燃料電池電堆巡檢（CVM）。
由于燃料電池在做質(zhì)子交換發(fā)電時(shí)偶爾會(huì)出現(xiàn)質(zhì)子交換膜極性反轉(zhuǎn)，所以傳統(tǒng)的鋰電池BMS方案不再適用對燃料電池進(jìn)行檢測。為解決燃料電池電堆巡檢問題，國內(nèi)部分公司采用模擬分離方案解決這一問題。
模擬分離方案特點(diǎn)
采用多路高共模電壓運(yùn)放和12Bit ADC采集電池電壓，電池和采集板的隔離采用高壓光耦做隔離；電池通道切換采用譯碼器。采集板和主控MCU做隔離，采集板和汽車主機(jī)采用隔離CAN通信。
該方案信號(hào)鏈路如下：
該方案特點(diǎn)：
● 8路高共模運(yùn)放、多路高壓光耦能夠測量 120 個(gè)串聯(lián)燃料電池
● 通道測量范圍：±4V
● 隔離5V 單電源供電
● 2路CAN
● 總測量誤差為 15mV
● 通訊周期100ms
● 工作溫度：-40-85℃
ADI AFE集成解決方案
針對燃料電池市場，ADI推出了業(yè)界唯一的AFE集成解決方案 — LTC6806。
LTC6806是一款燃料電池監(jiān)控器，可測量多達(dá)144個(gè)串聯(lián)燃料電池，總測量誤差小于15mV。LTC6806包括36個(gè)輸入通道，每個(gè)通道具有±5V測量范圍，允許每個(gè)通道測量1至4個(gè)串聯(lián)的燃料電池。
該方案的特點(diǎn)：
● 36 個(gè)測量通道可監(jiān)控多達(dá) 144 個(gè)串聯(lián)燃料電池
● 通道測量范圍：±5V
● 電池組電壓范圍：–80V 至 150V
● 5V 單電源供電
● 可堆疊架構(gòu)支持大型燃料電池組
● 內(nèi)置式 isoSPI? 接口
● 總測量誤差為 15mV
● 只需 6.75ms 即可測量系統(tǒng)中的所有單元
● 具有內(nèi)置噪聲濾波器的 Δ-Σ 轉(zhuǎn)換器
● 六個(gè)通用數(shù)字 I/O 或模擬輸入
● 溫度或其他傳感器輸入（可驅(qū)動(dòng)放電、故障指示燈）
● 工作溫度：-40-125℃
該方案的優(yōu)勢：
● 集成度高大量減少了高壓光耦、譯碼器、隔離電源模塊的使用，降低成本的同時(shí)可以降低PCB Layout難度，減小PCB尺寸
● LTC6806內(nèi)置濾波器可以有效降低汽車啟動(dòng)時(shí)的噪聲干擾
● LT6806內(nèi)置ISO SPI接口，可做菊花鏈通信；方便多芯片或者多模組級(jí)聯(lián)
● 整個(gè)系統(tǒng)方便做小型化，模塊化設(shè)計(jì)；更容易匹配車廠的氫燃料電池組
為了讓用戶更容易的評(píng)估LTC6806的性能，縮短項(xiàng)目開發(fā)周期，ADI提供演示DEMO，方便客戶測試驗(yàn)證，縮短開發(fā)周期。
總結(jié)
相對于傳統(tǒng)的分離方案，LTC6806可以提供更優(yōu)越的性能和更多重的保護(hù)；同時(shí)也提高了電壓測量精度，降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。高度集成的AFE技術(shù)在方便模塊化小型化設(shè)計(jì)，支持多模塊橫向級(jí)聯(lián)和豎向級(jí)聯(lián)安裝方式，方便用戶任意擴(kuò)展片數(shù)，安裝靈活，應(yīng)用自如。
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