鉅大LARGE | 點擊量：1368次 | 2020年02月12日
基于LTC6803的低成本燃料電池單體電壓監測器設計
引言
為保證燃料電池系統工作的可靠性，必須實時監測系統的工作狀態。電堆電壓是燃料電池故障診斷的重要指標，如根據單體電壓的下降趨勢來診斷此時電堆內部出現的水淹、饑餓等故障;另外，燃料電池單體電壓過低時，電堆可能發生反極現象，對膜電極組件的性能以及壽命有著不可逆轉的損害，這就需要通過監測所有的燃料電池單體的電壓確保電堆正常工作。
目前傳統的信號采集技術存在硬件結構復雜且成本高，電壓、溫度和電流等信號測量精度低，溫度監測點少、可擴展性差;容易受到外界干擾，在電池組掉電保護期間無法對電池狀態進行監控等缺陷。為此，本文采用Linear公司的電池監視芯片LTC6803，提出了一種硬件結構簡單、誤差小、可擴展性好、傳輸速度快、可靠性高、低成本的電池管理系統信號采集方案，在應用上和傳統技術相比具有較大的優勢。
1、電壓采集模塊硬件設計
1．1、燃料電池單體電壓采樣需求
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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節單體電池電堆采樣，所需的最高共模電壓理論上為30V（單節電池理論最高電壓設為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公司的第二代專業電池監測芯片，內置一個12位ADC（模數轉換器）、一個高電壓輸入多路復用器和一個串行口。每個LTC6803可以監測多達12節的串接電池，通過運用一個獨特的電平移位串行口可以把多個LTC6803級聯起來以監測長串串接電池。每塊LTC6803有一個并聯的場效應管，當通道電壓輸出范圍超出正常范圍，將關閉通道。見圖1。
為進一步驗證電池監視芯片LTC6803監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內置ADC采樣的電路進行核心參數對比。見表1。
從參數上看，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償精度，采樣速率低于基于AD8479的采樣;LTC6803每個通道內置的場效應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用領域（如車用領域）的采樣精度要求。
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