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锂动力电池主动均衡需要一个用于转移能量的存储元件，假如用电容来做存储元件，将其与所有锂动力电池单元相连就需要庞大的开关阵列。有效的方式是将能量存储在一个磁场中，存储元件是一个变压器。其作用是在锂动力电池单体之间转移能量。  基于变压器的均衡电路示意图如图1所示，在图1所示电路中，变压器既作为吸收能量源又作为释放能量源，吸收与释放能量的转换在于能量在磁能与电能之间的转换。设锂动力电池1电压最高，将S1、Q2置1，其他开关管置0，此时变压器作为吸收能量源，将锂动力电池1的电能转换为磁能；S1、Q2置0，Q1、S2置1，能量由初级绕组传递给次级绕组，能量释放给锂动力电池3，能量由磁能转换为电能。  变压器将能量存储在磁场中，其铁氧体磁心中的气隙增大了磁阻，还可以避免磁心材料出现磁饱和。变压器两侧的初级线圈与整个锂动力电池组相连，次级线圈与每个锂动力电池单体相连。  由于变压器可以双向工作，因此可以根据情况采取两种不同的平衡方法。在对所有锂动力电池单体进行电压扫描之后，计算平均值，然后检查电压偏离平均值最大的锂动力电池单体。如果其电压低于平均值，就采用底部平衡法(bottom-balancing)，如果其电压高于平均值，就采用顶部平衡法(top-balancing)。 （1）底部均衡法 锂动力电池底部均衡原理如图2所示，若扫描发现锂动力电池单体2是电压最低的锂动力电池单体，必需对其进行均衡。  此时闭合主开关(“prim”)，锂动力电池组开始对变压器充电。主开关断开后，变压器存储的能量就可以转移至选定的锂动力电池单体。相应的次级(“sec”)开关（在本例中是开关sec2）闭合后，就开始能量转移。 每个周期均包含两个主动脉冲和一个暂停，在本例中，40毫秒周期的转换频率为25kHz。在设计变压器时，其工作频段应在20kHz以上，以避免出现人类听觉频率范围内可感知的啸叫噪音，这种声音是由变压器铁氧体磁心的磁致伸缩导致的。 当某个锂动力电池单体的电压已经达到SoC的下限时，底部均衡法可以延长整个锂动力电池组的工作时间。只要锂动力电池组供应的电流低于平均均衡电流，锂动力电池组就能继续工作，直到最后锂动力电池组能量被耗尽。 （2）顶部均衡法 假如某个锂动力电池单体的电压高于其他锂动力电池单体，那就需要将电压高的锂动力电池单体中的能量导出，均衡之后则可以保持所有锂动力电池单体的电压相等而避免发生过早停止充电。  锂动力电池顶部均衡电路如图3所示，在电压扫描之后，发现锂动力电池单体5是整个电路锂动力电池组中电压最高的锂动力电池单体。此时闭合开关5，电流从电路锂动力电池流向变压器。因为自感的存在，电流随时间线性增大。因自感是变压器的一个固有特征，因此开关的导通时间决定了能够达到的最大电流值。锂动力电池单体中转移出的能量以磁场的形式获得存储。在开关sec5断开后，必需闭合主开关。此时，变压器就从储能模式进入了能量输出模式，能量通过初级线圈送入整个锂动力电池组。 顶部均衡法中的电流和时序条件与底部均衡法非常类似，只是顺序和电流方向与底部均衡法相反。为了治理每个锂动力电池单体的充电状况，必需测量它们各自的电压。在电压扫描模式中没有使用变压器的回扫模式。当S1到Sn这些开关中有一个闭合时，与其相连的锂动力电池单体的电压就转换到变压器的所有绕组中。 在经由一个离散滤波器的简单预处理之后，被测信号就被送入微节制器的ADC输入端口。开关S1到Sn中的某个开封闭合时所产生的测量脉冲持续时间可能异常短，实际导通时间为4μs。因此，通过这个脉冲存储至变压器中的能量很少。而且在开关断开之后，存储在磁场中的能量都会通过初级晶体管流回整个锂动力电池组。因此锂动力电池组的能量多少并不受影响。在对所有锂动力电池单体进行完一个周期的扫描之后，系统又回到初始状况。 |
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