平衡的要性

一旦電壓出允許范圍，鋰電池很容易被損壞。如果出電壓的上限和下限（例如，nanophosphate鋰電池的電壓上限和下限分別為3.6V和2V），電池就可能會受到不可逆的損壞，至少也會增加電池的自放電率。在相當寬的荷電狀態范圍內，輸出電壓可以保持穩定，因此正常情況下出范圍的可能性比較小。但是，在接近范圍上限和下限的區域，變化曲線陡峭。作為措施，仔細監測電壓水平要。

當電池電壓接近臨界值時，須立即停止放電或充電。平衡電路的功能就是調節相應電池的電壓，使其保持在區域。為了這個目的，當電池組中任一電池的電壓與其他電池不同時，就須將能量在電池之間進行轉移。

電荷平衡

1 傳統的被動平衡方式

在常規電池管理系統中，每個電池開關與一個負載電阻相連。被動式平衡電路可以對指定電池單獨放電，但這種方式只能在充電模式下抑制電壓的電池的電壓上升。為了限制功耗，一般采用100mA內的小電流，這可能導致需要數小時才能完成電荷平衡。

2 主動平衡

現有文獻資料中介紹了幾種主動電荷平衡方法，這些方法利用蓄能元件轉移能量。如果采用電容器作為蓄能元件，則需要許多開關元件將蓄能電容與電池連接。相對而言，采用磁場來存儲能量的效率更高，這種電路的器件是變壓器。英飛凌項目組通過與VOGT電子器件有限公司（VOGT electronic Components GmbH）合作開發出了相應的原型，它可以用于：在電池之間轉移能量； 將多個電池電壓復用，作為基于地電壓的模數轉換輸入其構造原理是使用反激轉換器（flyback converter）。這種變壓器以磁場存儲能量，在磁芯中有一個空隙，以磁阻，避免磁芯材料磁飽和。變壓器有兩個不同的繞組：主繞組與電池組相連；次繞組與電池相連。

可行的變壓器模型可支持12個電池。其限制因素是可能連接數量。 本文所述的變壓器原型有28個引腳。開關采用OptiMOS 3系列中的MOSFET，它們具有低的導通電阻，所產生的傳導損耗可以忽略不計。

每個電池塊由英飛凌的8位微控制器XC886CLM控制，該控制器具有閃存和32KB的數據存儲器；兩個硬件CAN接口支持采用普通汽車控制器局域網（CAN）總線協議進行通信，降低了處理器的負荷；硬件乘除算法單元（MDU）了運算速度。

平衡方式

由于變壓器可以雙向使用，我們可以根據情況采用兩種不同的平衡方式。控制電路先逐個檢測電池的電壓，計算出平均值，然后找出電壓與平均值偏差的電池。如果該電池的電壓低于平均值，則采用下限平衡（bottom-balancing）方法；如果高于平均電壓，則使用上限平衡（-balancing）方法。

1 下限平衡：每個周期由2個主動脈沖和1個間隔組成。本例中的周期為40ms，對應的頻率為25kHz。變壓器的設計工作頻率應高于20kHz，以避免由于變壓器磁芯的磁彈性產生的噪聲。在某個電池的荷電狀態下，下限平衡方法可以延長電池組的工作時間。只要流出電池組的電流低于平均平衡電流，車輛就可以繼續行駛，直至耗盡后一個電池的電量。

2 上限平衡：如果某個電池的電壓高于其他電池，就需要將多余能量從該電池移走，這在充電模式下尤其要。如果沒有平衡功能，那么在個電池充滿后須立即停止充電。平衡功能使得電池的電壓維持在同一水平，從而避免上述情況的發生。上限平衡工作模式下的電流和時序與下限平衡類似，只是工作次序和電流的流向與之相反。

長沙華耐能源開發有限公司，低溫鋰電池制造，更多產品信息詳見華耐電池工廠網站。