如何確定鉛酸電池平衡器的平衡電流

　　LTC3305是一款鉛酸電池平衡器，其采用一個(gè)輔助電池或一個(gè)可供替代的蓄電池(AUX)與串接式電池組內(nèi)部的個(gè)別電池之間來(lái)回傳輸電荷。平衡器控制外部NMOS開(kāi)關(guān)以把輔助電池順序地連接至電池組中的每節(jié)電池。為了防止損壞NMOS開(kāi)關(guān)及其互連PCB走線，需要使用一個(gè)電流限制器件。陶瓷正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻便是此類(lèi)器件之一。

　　PTC熱敏電阻器負(fù)責(zé)限制在AUX電池與電池間連接的峰值電流。當(dāng)AUX電池與所連接電池之間的差分電壓(VDIFF)相對(duì)較小時(shí)，流過(guò)PTC的電流處于低水平，其溫度也很低，而且PTC呈現(xiàn)出恒值電阻器的特性。當(dāng)VDIFF增加時(shí)，電流增大，且PTC的溫度升高。如圖1所示，當(dāng)PTC的溫度達(dá)到其居里點(diǎn)(Curie point)時(shí)，其電阻急劇增加。一旦達(dá)到居里點(diǎn)，則由PTC的電阻對(duì)電流加以限制。這樣，PTC就起到了一個(gè)恒定功率器件的作用，可在VDIFF增加時(shí)限制通過(guò)的電流。

　　預(yù)測(cè)LTC3305的平衡電流需要為介于AUX電池和被平衡電池之間的總電路電阻繪制一幅電流-電壓曲線圖。然后把這根線疊加在PTC的電流-電壓(I-V)靜態(tài)特征曲線上(圖2)。PTC電流-電壓特征曲線可從PTC供應(yīng)商處獲得，或在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生。一旦獲知了總的電路電阻，接著就可以采用PTC電流-電壓特征曲線來(lái)計(jì)算流過(guò)電池和AUX電池的電流。

　　圖1：Murata PTC的電阻-溫度特性

　　圖2：PTC電流-電壓特征曲線

　　預(yù)測(cè)平衡電流

　　AUX電池與電池之間的總電路電阻包括AUX電池的ESR (ESRAUX)和電池的ESR (ESRBAT)、MOSFET開(kāi)關(guān)的RDS(ON)和PTC電阻(RPTC)。當(dāng)對(duì)BAT1和BAT4進(jìn)行平衡時(shí)，在電路中有4個(gè)串聯(lián)的(NFET = 4)MOSFET開(kāi)關(guān)，而對(duì)BAT2和BAT3實(shí)施平衡時(shí)電路中則具有5個(gè)串聯(lián)的(NFET = 5) MOSFET開(kāi)關(guān)(見(jiàn)LTC3305產(chǎn)品手冊(cè)的第一頁(yè))。電池和輔助電池之間的任何互連電阻都可集總到各自的電池和AUX電池的ESR中。該互連電阻必須包括正和負(fù)端的互連電阻。下面的表達(dá)式給出了輔助電池與電池之間的總電阻(RTOTAL)，式中的NFET為串聯(lián)MOSFET開(kāi)關(guān)的數(shù)量。

　　RTOTAL = ESRAUX + ESRBAT + RPTC + NFET.RDS(ON)

　　圖3示出了疊加在PTC I-V特征曲線上的RTOTAL線。箭頭線是針對(duì)各種不同VDIFF之平衡電流的軌跡。當(dāng)VDIFF增加時(shí)，平衡電流沿著總電阻曲線增大。當(dāng)該差分電壓產(chǎn)生了一個(gè)超過(guò)居里點(diǎn)電流的平衡電流時(shí)，PTC電阻增加，并最終在總的電路電阻中居主導(dǎo)地位。居里點(diǎn)電流在產(chǎn)品手冊(cè)中被稱為跳變電流。隨著PTC電阻的不斷增加，平衡電流驟降，并逐漸接近PTC I-V曲線的負(fù)斜率。

　　圖3：疊加在PTC特征曲線之上的RTOTAL線

　　最后，在AUX電池和被平衡的電池之間傳輸了足夠的電荷，而且VDIFF開(kāi)始下降。當(dāng)VDIFF減小時(shí)，則在另一方向遵循I-V特征曲線。隨著VDIFF的減小，平衡電流遵循RTOTAL I-V曲線而增大，直至其達(dá)到居里點(diǎn)電流為止。PTC電阻在該點(diǎn)上保持恒定，而平衡電流的變化則遵循RTOTAL線。