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如何确定铅酸电池平衡器的平衡电流

本文摘要:LTC3305是一款铅酸电池平衡器,其使用一个辅助电池或一个可可供替代的蓄电池(AUX)与串联式电池组内部的个别电池之间往返传输电荷。平衡器掌控外部NMOS电源以把辅助电池顺序地相连至电池组中的每节电池。 为了避免损毁NMOS电源及其点对点PCB走线,必须用于一个电流容许器件。陶瓷于是以温度系数(PTC)热敏电阻乃是此类器件之一。 PTC热敏电阻器负责管理容许在AUX电池与电池间连接的峰值电流。

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LTC3305是一款铅酸电池平衡器,其使用一个辅助电池或一个可可供替代的蓄电池(AUX)与串联式电池组内部的个别电池之间往返传输电荷。平衡器掌控外部NMOS电源以把辅助电池顺序地相连至电池组中的每节电池。

为了避免损毁NMOS电源及其点对点PCB走线,必须用于一个电流容许器件。陶瓷于是以温度系数(PTC)热敏电阻乃是此类器件之一。

  PTC热敏电阻器负责管理容许在AUX电池与电池间连接的峰值电流。当AUX电池与所相连电池之间的差分电压(VDIFF)比较较小时,流到PTC的电流正处于低水平,其温度也很低,而且PTC呈现恒值电阻器的特性。

当VDIFF减少时,电流减小,且PTC的温度增高。如图1右图,当PTC的温度超过其居里点(Curiepoint)时,其电阻急遽减少。一旦超过居里点,则由PTC的电阻对电流加以容许。

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这样,PTC就起着了一个恒定功率器件的起到,可在VDIFF减少时容许通过的电流。  预测LTC3305的均衡电流必须为介于AUX电池和被均衡电池之间的总电路电阻绘制一幅电流-电压曲线图。然后把这根线变换在PTC的电流-电压(I-V)静态特征曲线上(图2)。

PTC电流-电压特征曲线可从PTC供应商处取得,或在实验室中产生。一旦得知了总的电路电阻,接着就可以使用PTC电流-电压特征曲线来计算出来流到电池和AUX电池的电流。  图1:MurataPTC的电阻-温度特性  图2:PTC电流-电压特征曲线  预测均衡电流  AUX电池与电池之间的总电路电阻还包括AUX电池的ESR(ESRAUX)和电池的ESR(ESRBAT)、MOSFET电源的RDS(ON)和PTC电阻(RPTC)。

当对BAT1和BAT4展开均衡时,在电路中有4个串联的(NFET=4)MOSFET电源,而对BAT2和BAT3实行均衡时电路中则具备5个串联的(NFET=5)MOSFET电源(闻LTC3305产品手册的第一页)。电池和辅助电池之间的任何点对点电阻都可集总到各自的电池和AUX电池的ESR中。

该点对点电阻必需还包括于是以和负端的点对点电阻。下面的表达式得出了辅助电池与电池之间的总电阻(RTOTAL),式中的NFET为串联MOSFET电源的数量。  RTOTAL=ESRAUX+ESRBAT+RPTC+NFET.RDS(ON)  图3示出了变换在PTCI-V特征曲线上的RTOTAL线。

箭头线是针对各种有所不同VDIFF之均衡电流的轨迹。当VDIFF减少时,均衡电流沿着总电阻曲线减小。当该差分电压产生了一个多达居里点电流的均衡电流时,PTC电阻减少,并最后在总的电路电阻中居主导地位。

居里点电流在产品手册中被称作跳变电流。随着PTC电阻的大大减少,均衡电流急剧下降,并渐渐相似PTCI-V曲线的负斜率。  图3:变换在PTC特征曲线之上的RTOTAL线  最后,在AUX电池和被均衡的电池之间传输了充足的电荷,而且VDIFF开始上升。当VDIFF增大时,则在另一方向遵循I-V特征曲线。

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随着VDIFF的增大,均衡电流遵循RTOTALI-V曲线而减小,以后其超过居里点电流为止。PTC电阻在该点上维持恒定,而均衡电流的变化则遵循RTOTAL线。  设计实例  这里的实例使用了一个具备1.9A跳变电流和0.27冻电阻的PTC(PTGLASARR27M1B51B0)。图4中示出的PTCI-V曲线是在实验室得出结论的。

辅助电池和电池的ESR分别为100m和50m。四个MOSFET电源各不具10m的RDS(ON)。针对每个电池和辅助电池的VDIFF可使用下式计算出来:  VDIFF=IPTC.(ESRAUX+ESRBAT+NFET.RDS(ON))+VPTC  图4:设计实例PTCI-V特征曲线  图5示出了流经系统的电流与各种有所不同的VDIFF值以及流到PTC的电流(或均衡电流IBAL)之间的关系曲线。系统曲线是作为VDIFF之函数的均衡电流之轨迹。

由于电路内部宿主电阻两端的可选电压叛,差分跳变电压升到低于PTC跳变电压。随着差分电压的减少,两根曲线彼此重合,这是因为RPTC在RTOTAL中占到主要地位。

  图5:系统I-V特征曲线。至VDIFF的系统曲线和至VPTC的PTC曲线  当差分电压低于VTRIP时,由于PTC电阻大大减少,因此均衡电流较低。对于高于VTRIP的差分电压,均衡电流为差分电压除以总电路电阻。


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