鉅大LARGE | 點擊量：1344次 | 2020年02月12日
基于LTC6803的低成本燃料電池單體電壓監(jiān)測器設(shè)計
引言
為保證燃料電池系統(tǒng)工作的可靠性，必須實時監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)。電堆電壓是燃料電池故障診斷的重要指標(biāo)，如根據(jù)單體電壓的下降趨勢來診斷此時電堆內(nèi)部出現(xiàn)的水淹、饑餓等故障;另外，燃料電池單體電壓過低時，電堆可能發(fā)生反極現(xiàn)象，對膜電極組件的性能以及壽命有著不可逆轉(zhuǎn)的損害，這就需要通過監(jiān)測所有的燃料電池單體的電壓確保電堆正常工作。
目前傳統(tǒng)的信號采集技術(shù)存在硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高，電壓、溫度和電流等信號測量精度低，溫度監(jiān)測點少、可擴(kuò)展性差;容易受到外界干擾，在電池組掉電保護(hù)期間無法對電池狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控等缺陷。為此，本文采用Linear公司的電池監(jiān)視芯片LTC6803，提出了一種硬件結(jié)構(gòu)簡單、誤差小、可擴(kuò)展性好、傳輸速度快、可靠性高、低成本的電池管理系統(tǒng)信號采集方案，在應(yīng)用上和傳統(tǒng)技術(shù)相比具有較大的優(yōu)勢。
1、電壓采集模塊硬件設(shè)計
1．1、燃料電池單體電壓采樣需求
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
燃料電池單體電壓監(jiān)測控制器的單體電池電壓采樣需求為具有較高的共模電壓輸入范圍：對于24節(jié)單體電池電堆采樣，所需的最高共模電壓理論上為30V（單節(jié)電池理論最高電壓設(shè)為1．25V）;單體電壓采樣誤差小于20mV;耐反級能力需要采樣電路能提供瞬時－50V的耐反級能力。
1．2、核心芯片LTC6803可行性分析
LTC6803是Linear公司的第二代專業(yè)電池監(jiān)測芯片，內(nèi)置一個12位ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、一個高電壓輸入多路復(fù)用器和一個串行口。每個LTC6803可以監(jiān)測多達(dá)12節(jié)的串接電池，通過運用一個獨特的電平移位串行口可以把多個LTC6803級聯(lián)起來以監(jiān)測長串串接電池。每塊LTC6803有一個并聯(lián)的場效應(yīng)管，當(dāng)通道電壓輸出范圍超出正常范圍，將關(guān)閉通道。見圖1。
為進(jìn)一步驗證電池監(jiān)視芯片LTC6803監(jiān)測燃料電池單體電壓的理論可行性，將基于LTC6803的采樣電路與原基于AD8479放大芯片及MC9S08DZ60內(nèi)置ADC采樣的電路進(jìn)行核心參數(shù)對比。見表1。
從參數(shù)上看，基于LTC6803的采樣電路具有更高的采樣精度，采用Sigma-delta的采樣算法犧牲速率補(bǔ)償精度，采樣速率低于基于AD8479的采樣;LTC6803每個通道內(nèi)置的場效應(yīng)管對電壓范圍的控制使得LTC6803具有一定的耐反極能力;較低的共模電壓輸入范圍不能滿足具有高共模需求的燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域（如車用領(lǐng)域）的采樣精度要求。
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