在電池管理系統(tǒng)中，PTC熱敏電阻器常用于限制電池之間的峰值電流，尤其是在輔助電池與主電池組之間的平衡過(guò)程中。本文將詳細(xì)介紹PTC熱敏電阻的工作原理、如何預(yù)測(cè)平衡電流，以及具體的電路設(shè)計(jì)實(shí)例，幫助工程師更好地理解和應(yīng)用這一技術(shù)。

PTC熱敏電阻的工作原理

PTC熱敏電阻器是一種具有正溫度系數(shù)的電阻元件，其電阻值會(huì)隨著溫度的升高而顯著增加。在電池平衡電路中，PTC熱敏電阻器的作用是限制AUX電池與主電池之間的峰值電流。當(dāng)AUX電池與主電池之間的差分電壓（VDIFF）較小時(shí)，流過(guò)PTC的電流較低，其溫度也較低，此時(shí)PTC表現(xiàn)出恒定電阻的特性。然而，當(dāng)VDIFF增加時(shí)，流過(guò)PTC的電流增大，其溫度隨之升高。當(dāng)PTC的溫度達(dá)到其居里點(diǎn)時(shí)，電阻會(huì)急劇增加，從而限制電流的進(jìn)一步增大。這種特性使得PTC在VDIFF增加時(shí)能夠起到恒定功率器件的作用，有效限制通過(guò)的電流。

預(yù)測(cè)平衡電流的方法

為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)LTC3305中的平衡電流，需要繪制AUX電池與主電池之間的總電路電阻的電流-電壓（I-V）曲線，并將其疊加在PTC的I-V靜態(tài)特征曲線上。PTC的I-V特征曲線可以從供應(yīng)商處獲取，也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試得到。總電路電阻包括AUX電池的等效串聯(lián)電阻（ESRAUX）、主電池的等效串聯(lián)電阻（ESRBAT）、MOSFET開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）以及PTC電阻（RPTC）。

在LTC3305的應(yīng)用中，當(dāng)對(duì)BAT1和BAT4進(jìn)行平衡時(shí)，電路中有4個(gè)串聯(lián)的MOSFET開(kāi)關(guān)；而對(duì)BAT2和BAT3進(jìn)行平衡時(shí)，電路中有5個(gè)串聯(lián)的MOSFET開(kāi)關(guān)。電池和AUX電池之間的任何互連電阻都可以計(jì)入各自的ESR中。總電阻（RTOTAL）的計(jì)算公式如下：

其中，NFET為串聯(lián)MOSFET開(kāi)關(guān)的數(shù)量。

設(shè)計(jì)實(shí)例

以下是一個(gè)具體的電路設(shè)計(jì)實(shí)例。假設(shè)采用的PTC熱敏電阻型號(hào)為PTGLASARR27M1B51B0，其跳變電流為1.9 A，冷電阻為0.27 Ω。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試得到的PTC I-V曲線如圖1所示。

圖1

AUX電池和主電池的ESR分別為100 mΩ和50 mΩ，四個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)的RDS(ON)均為10 mΩ。根據(jù)上述公式，可以計(jì)算出每個(gè)電池和AUX電池之間的VDIFF：

圖2展示了流經(jīng)系統(tǒng)的電流與不同VDIFF值以及流過(guò)PTC的電流（或平衡電流IBAL）之間的關(guān)系曲線。系統(tǒng)曲線是平衡電流隨VDIFF變化的軌跡。由于電路內(nèi)部寄生電阻引起的附加電壓降，差分跳變電壓會(huì)高于PTC的跳變電壓。隨著差分電壓的增加，兩根曲線逐漸重疊，因?yàn)榇藭r(shí)RPTC在RTOTAL中占主導(dǎo)地位。

圖2

當(dāng)差分電壓高于跳變電壓（VTRIP）時(shí)，由于PTC電阻不斷增加，平衡電流會(huì)降低。對(duì)于低于VTRIP的差分電壓，平衡電流等于差分電壓除以總電路電阻。例如，當(dāng)電池電壓為12.5 V，AUX電池電壓為12.0 V時(shí)，計(jì)算得到的平衡電流為1.12 A，與圖2中的I-V曲線一致。

LTC3305能夠有效平衡串接式鉛酸電池組和輔助蓄電池兩端的電壓。通過(guò)使用PTC熱敏電阻，可以精確控制平衡電流。利用PTC熱敏電阻的跳變電流和冷電阻參數(shù)，結(jié)合其他平衡電路的寄生電阻，可以針對(duì)不同差分電壓預(yù)測(cè)平衡電流。這種設(shè)計(jì)方法為工程師提供了一種可靠的電池平衡解決方案，有助于提高電池系統(tǒng)的安全性和性能。

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