原標題：鋰動力電池，基於變壓器的均衡電路特性

鋰動力電池主動均衡需要一個用於轉移能量的存儲元件，假如用電容來做存儲元件，將其與所有鋰動力電池單元相連就需要龐大的開關陣列。有效的方式是將能量存儲在一個磁場中，存儲元件是一個變壓器。其作用是在鋰動力電池單體之間轉移能量。

基於變壓器的均衡電路示意圖如圖1所示，在圖1所示電路中，變壓器既作爲吸收能量源又作爲釋放能量源，吸收與釋放能量的轉換在於能量在磁能與電能之間的轉換。設鋰動力電池1電壓最高，將S1、Q2置1，其他開關管置0，此時變壓器作爲吸收能量源，將鋰動力電池1的電能轉換爲磁能；S1、Q2置0，Q1、S2置1，能量由初級繞組傳遞給次級繞組，能量釋放給鋰動力電池3，能量由磁能轉換爲電能。

變壓器將能量存儲在磁場中，其鐵氧體磁心中的氣隙增大了磁阻，還可以避免磁心材料出現磁飽和。變壓器兩側的初級線圈與整個鋰動力電池組相連，次級線圈與每個鋰動力電池單體相連。

由於變壓器可以雙向工作，因此可以根據情況採取兩種不同的平衡方法。在對所有鋰動力電池單體進行電壓掃描之後，計算平均值，然後檢查電壓偏離平均值最大的鋰動力電池單體。如果其電壓低於平均值，就採用底部平衡法(bottom-balancing)，如果其電壓高於平均值，就採用頂部平衡法(top-balancing)。

（1）底部均衡法

鋰動力電池底部均衡原理如圖2所示，若掃描發現鋰動力電池單體2是電壓最低的鋰動力電池單體，必需對其進行均衡。

此時閉合主開關(“prim”)，鋰動力電池組開始對變壓器充電。主開關斷開後，變壓器存儲的能量就可以轉移至選定的鋰動力電池單體。相應的次級(“sec”)開關（在本例中是開關sec2）閉合後，就開始能量轉移。

每個週期均包含兩個主動脈衝和一個暫停，在本例中，40毫秒週期的轉換頻率爲25kHz。在設計變壓器時，其工作頻段應在20kHz以上，以避免出現人類聽覺頻率範圍內可感知的嘯叫噪音，這種聲音是由變壓器鐵氧體磁心的磁致伸縮導致的。

當某個鋰動力電池單體的電壓已經達到SoC的下限時，底部均衡法可以延長整個鋰動力電池組的工作時間。只要鋰動力電池組供應的電流低於平均均衡電流，鋰動力電池組就能繼續工作，直到最後鋰動力電池組能量被耗盡。

（2）頂部均衡法

假如某個鋰動力電池單體的電壓高於其他鋰動力電池單體，那就需要將電壓高的鋰動力電池單體中的能量導出，均衡之後則可以保持所有鋰動力電池單體的電壓相等而避免發生過早停止充電。

鋰動力電池頂部均衡電路如圖3所示，在電壓掃描之後，發現鋰動力電池單體5是整個電路鋰動力電池組中電壓最高的鋰動力電池單體。此時閉合開關5，電流從電路鋰動力電池流向變壓器。因爲自感的存在，電流隨時間線性增大。因自感是變壓器的一個固有特徵，因此開關的導通時間決定了能夠達到的最大電流值。鋰動力電池單體中轉移出的能量以磁場的形式獲得存儲。在開關sec5斷開後，必需閉合主開關。此時，變壓器就從儲能模式進入了能量輸出模式，能量通過初級線圈送入整個鋰動力電池組。

頂部均衡法中的電流和時序條件與底部均衡法非常類似，只是順序和電流方向與底部均衡法相反。爲了治理每個鋰動力電池單體的充電狀況，必需測量它們各自的電壓。在電壓掃描模式中沒有使用變壓器的回掃模式。當S1到Sn這些開關中有一個閉合時，與其相連的鋰動力電池單體的電壓就轉換到變壓器的所有繞組中。

在經由一個離散濾波器的簡單預處理之後，被測信號就被送入微節制器的ADC輸入端口。開關S1到Sn中的某個開封閉合時所產生的測量脈衝持續時間可能異常短，實際導通時間爲4μs。因此，通過這個脈衝存儲至變壓器中的能量很少。而且在開關斷開之後，存儲在磁場中的能量都會通過初級晶體管流回整個鋰動力電池組。因此鋰動力電池組的能量多少並不受影響。在對所有鋰動力電池單體進行完一個週期的掃描之後，系統又回到初始狀況。