引言

為保證燃料電池系統(tǒng)工作的可靠性，必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shì)來診斷此時(shí)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(shí)，電堆可能發(fā)生反極現(xiàn)象，對(duì)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(cè)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(hào)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(hào)測(cè)量精度低，溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(duì)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(jiǎn)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(hào)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(shì)。

1、電壓采集模塊硬件設(shè)計(jì)

1．1、燃料電池單體電壓采樣需求

燃料電池單體電壓監(jiān)測(cè)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(duì)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(jí)能力需要采樣電路能提供瞬時(shí)－50V的耐反級(jí)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(cè)芯片，內(nèi)置一個(gè)12位ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、一個(gè)高電壓輸入多路復(fù)用器和一個(gè)串行口。每個(gè)LTC6803可以監(jiān)測(cè)多達(dá)12節(jié)的串接電池，通過運(yùn)用一個(gè)獨(dú)特的電平移位串行口可以把多個(gè)LTC6803級(jí)聯(lián)起來以監(jiān)測(cè)長串串接電池。每塊LTC6803有一個(gè)并聯(lián)的場(chǎng)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(yàn)證電池監(jiān)視芯片LTC6803監(jiān)測(cè)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(duì)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(gè)通道內(nèi)置的場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)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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