ADI LTC6806燃料電池電堆巡檢的應用場景

氫能是風、光、水等可再生能源的重要轉換樞紐，而在包含制、儲、運、用多個環節的氫能產業鏈中，氫燃料電池作為將氫能轉化為電能的關鍵技術，具有非常重要的地位。在各種燃料電池中，質子交換膜燃料電池具有功率密度高、無電解質泄漏風險、可于室溫下快速啟停等優點，在交通、便攜式發電、中小規模固定式發電等應用場景具有廣闊的應用前景。

氫燃料電池的電動車其驅動方式還是電機，氫只是用來反應發電的能源，最后與氧氣反應產生電能，驅動車輛行駛。燃料電池單體的電壓不到1V，為提高輸出電壓，一般需將多個燃料電池單體堆疊串聯組成燃料電池電堆。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械損傷等因素均會使燃料電池的單體電壓發生改變。因此，如果要診斷燃料電池的狀態或依靠單體電壓進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。

電壓巡檢通過巡檢信號采集線與燃料電池電堆上的單體電池進行連接，以實現電壓的采集，在電壓巡檢中通過巡檢通訊（如CAN總線通訊）線束傳輸到通訊工具，后通過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也需要對其狀態進行檢測，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子交換發電時偶爾會出現質子交換膜極性反轉，所以傳統的鋰電池BMS方案不再適用對燃料電池進行檢測。為解決燃料電池電堆巡檢問題，國內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

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，采集板和汽車主機采用隔離CAN通信。

該方案信號鏈路如下：

該方案特點：

●    8路高共模運放、多路高壓光耦能夠測量 120 個串聯燃料電池

●    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個串聯燃料電池，總測量誤差小于15mV。LTC6806包括36個輸入通道，每個通道具有±5V測量范圍，允許每個通道測量1至4個串聯的燃料電池。

該方案的特點：

●    36 個測量通道可監控多達 144 個串聯燃料電池

●    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

●    六個通用數字 I/O 或模擬輸入

●    溫度或其他傳感器輸入（可驅動放電、故障指示燈）

●    工作溫度：-40-125℃                

該方案的優勢：

●    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啟動時的噪聲干擾

●    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

●    整個系統方便做小型化，模塊化設計；更容易匹配車廠的氫燃料電池組

為了讓用戶更容易的評估LTC6806的性能，縮短項目開發周期，ADI提供演示DEMO，方便客戶測試驗證，縮短開發周期。

總結

相對于傳統的分離方案，LTC6806可以提供更優越的性能和更多重的保護；同時也提高了電壓測量精度，降低整個系統的成本。高度集成的AFE技術在方便模塊化小型化設計，支持多模塊橫向級聯和豎向級聯安裝方式，方便用戶任意擴展片數，安裝靈活，應用自如。