ADI LTC6806燃料电池电堆巡检的应用场景

氢能是风、光、水等可再生能源的重要转换枢纽，而在包含制、储、运、用多个环节的氢能产业链中，氢燃料电池作为将氢能转化为电能的关键技术，具有非常重要的地位。在各种燃料电池中，质子交换膜燃料电池具有功率密度高、无电解质泄漏风险、可于室温下快速启停等优点，在交通、便携式发电、中小规模固定式发电等应用场景具有广阔的应用前景。

氢燃料电池的电动车其驱动方式还是电机，氢只是用来反应发电的能源，最后与氧气反应产生电能，驱动车辆行驶。燃料电池单体的电压不到1V，为提高输出电压，一般需将多个燃料电池单体堆叠串联组成燃料电池电堆。为了保证燃料电池的正常运行，还需要为电堆匹配附件系统，以持续向燃料电池供给合适温度、压力、流量、湿度的反应物，排出生成的水和热量。

电堆和附件系统共同组成燃料电池系统，燃料电池的健康状态主要反映在其单体电压上，过干、过湿、缺气等不良操作条件及机械损伤等因素均会使燃料电池的单体电压发生改变。因此，如果要诊断燃料电池的状态或依靠单体电压进行燃料电池系统控制，就需要知道燃料电池的单体电压，配合使用燃料电池（电堆）和巡检。

电压巡检通过巡检信号采集线与燃料电池电堆上的单体电池进行连接，以实现电压的采集，在电压巡检中通过巡检通讯（如CAN总线通讯）线束传输到通讯工具，后通过通讯工具与上位机连接，直接监控或记录采集到的电堆单体电压。         

众所周知，锂电池包在充电放电时需要电池管理系统（BMS），主要是检测锂电池的电压电流温度参数；保证锂电池能够安全使用；同样燃料电池在工作时也需要对其状态进行检测，确保功能安全。燃料电池由于其不同于锂电池的放电原理，其检测时主要检测电池的电压，温度等参数即燃料电池电堆巡检（CVM）。

由于燃料电池在做质子交换发电时偶尔会出现质子交换膜极性反转，所以传统的锂电池BMS方案不再适用对燃料电池进行检测。为解决燃料电池电堆巡检问题，国内部分公司采用模拟分离方案解决这一问题。

模拟分离方案特点

采用多路高共模电压运放和12Bit ADC采集电池电压，电池和采集板的隔离采用高压光耦做隔离；电池通道切换采用译码器。采集板和主控MCU做隔离，采集板和汽车主机采用隔离CAN通信。

该方案信号链路如下：

该方案特点：

●    8路高共模运放、多路高压光耦能够测量 120 个串联燃料电池

●    通道测量范围：±4V

●    隔离5V 单电源供电

●    2路CAN

●    总测量误差为 15mV

●    通讯周期100ms

●    工作温度：-40-85℃

ADI AFE集成解决方案

针对燃料电池市场，ADI推出了业界唯一的AFE集成解决方案 — LTC6806。

LTC6806是一款燃料电池监控器，可测量多达144个串联燃料电池，总测量误差小于15mV。LTC6806包括36个输入通道，每个通道具有±5V测量范围，允许每个通道测量1至4个串联的燃料电池。

该方案的特点：

●    36 个测量通道可监控多达 144 个串联燃料电池

●    通道测量范围：±5V

●    电池组电压范围：–80V 至 150V

●    5V 单电源供电

●    可堆叠架构支持大型燃料电池组

●    内置式 isoSPI™ 接口

●    总测量误差为 15mV

●    只需 6.75ms 即可测量系统中的所有单元

●    具有内置噪声滤波器的 Δ-Σ 转换器

●    六个通用数字 I/O 或模拟输入

●    温度或其他传感器输入（可驱动放电、故障指示灯）

●    工作温度：-40-125℃                

该方案的优势：

●    集成度高大量减少了高压光耦、译码器、隔离电源模块的使用，降低成本的同时可以降低PCB Layout难度，减小PCB尺寸

●    LTC6806内置滤波器可以有效降低汽车启动时的噪声干扰

●    LT6806内置ISO SPI接口，可做菊花链通信；方便多芯片或者多模组级联

●    整个系统方便做小型化，模块化设计；更容易匹配车厂的氢燃料电池组

为了让用户更容易的评估LTC6806的性能，缩短项目开发周期，ADI提供演示DEMO，方便客户测试验证，缩短开发周期。

总结

相对于传统的分离方案，LTC6806可以提供更优越的性能和更多重的保护；同时也提高了电压测量精度，降低整个系统的成本。高度集成的AFE技术在方便模块化小型化设计，支持多模块横向级联和竖向级联安装方式，方便用户任意扩展片数，安装灵活，应用自如。