【導讀】氫能是風(fēng)、光、水等可再生能源的重要轉換樞紐，而在包含制、儲、運、用多個(gè)環(huán)節的氫能產(chǎn)業(yè)鏈中，氫燃料電池作為將氫能轉化為電能的關(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(wú)電解質(zhì)泄漏風(fēng)險、可于室溫下快速啟停等優(yōu)點(diǎn)，在交通、便攜式發(fā)電、中小規模固定式發(fā)電等應用場(chǎng)景具有廣闊的應用前景。
氫燃料電池的電動(dòng)車(chē)其驅動(dòng)方式還是電機，氫只是用來(lái)反應發(fā)電的能源，最后與氧氣反應產(chǎn)生電能，驅動(dòng)車(chē)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行，還需要為電堆匹配附件系統，以持續向燃料電池供給合適溫度、壓力、流量、濕度的反應物，排出生成的水和熱量。
電堆和附件系統共同組成燃料電池系統，燃料電池的健康狀態(tài)主要反映在其單體電壓上，過(guò)干、過(guò)濕、缺氣等不良操作條件及機械損傷等因素均會(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(guò)巡檢信號采集線(xiàn)與燃料電池電堆上的單體電池進(jìn)行連接，以實(shí)現電壓的采集，在電壓巡檢中通過(guò)巡檢通訊（如CAN總線(xiàn)通訊）線(xiàn)束傳輸到通訊工具，后通過(guò)通訊工具與上位機連接，直接監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（BMS），主要是檢測鋰電池的電壓電流溫度參數；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 )出現質(zhì)子交換膜極性反轉，所以傳統的鋰電池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(wèn)題，國內部分公司采用模擬分離方案解決這一問(wèn)題。
模擬分離方案特點(diǎn)
采用多路高共模電壓運放和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(chē)主機采用隔離CAN通信。
該方案信號鏈路如下：
該方案特點(diǎn)：
● 8路高共模運放、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(chǎng)，ADI推出了業(yè)界唯一的AFE集成解決方案 — LTC6806。
LTC6806是一款燃料電池監控器，可測量多達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)測量通道可監控多達 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
● 可堆疊架構支持大型燃料電池組
● 內置式 isoSPI? 接口
● 總測量誤差為 15mV
● 只需 6.75ms 即可測量系統中的所有單元
● 具有內置噪聲濾波器的 Δ-Σ 轉換器
● 六個(gè)通用數字 I/O 或模擬輸入
● 溫度或其他傳感器輸入（可驅動(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內置濾波器可以有效降低汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)的噪聲干擾
● LT6806內置ISO SPI接口，可做菊花鏈通信；方便多芯片或者多模組級聯(lián)
● 整個(gè)系統方便做小型化，模塊化設計；更容易匹配車(chē)廠(chǎng)的氫燃料電池組
為了讓用戶(hù)更容易的評估LTC6806的性能，縮短項目開(kāi)發(fā)周期，ADI提供演示DEMO，方便客戶(hù)測試驗證，縮短開(kāi)發(fā)周期。
總結
相對于傳統的分離方案，LTC6806可以提供更優(yōu)越的性能和更多重的保護；同時(shí)也提高了電壓測量精度，降低整個(gè)系統的成本。高度集成的AFE技術(shù)在方便模塊化小型化設計，支持多模塊橫向級聯(lián)和豎向級聯(lián)安裝方式，方便用戶(hù)任意擴展片數，安裝靈活，應用自如。
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