英飛凌（Infineon）主動均衡解決方案

英飛凌的主動平衡解決方案是針對鋰電充放電進行主動均衡處理的智能型方案。該方案采用特制變壓器來將電池單體中的能量轉移到電池包中，或者在各個電池包中轉移，可以幫助提高能源效率，減少電池單體不一致而產生的問題，并將電池使用時間提高至少10%，對降低整個電池系統的成本起到極大作用。

目前，應用在主動均衡上的做法，主要有基于電容均衡、電感均衡、DC-DC均衡等幾種方式。

基于電容的的均衡在電路失效的時候不會造成電池的過放，不過主動均衡電容充當電量搬用工，需要超級電容。超級電容的成本也很高，耐壓卻不高。容易出現老化，損壞等問題。 超級電容的壽命也存在問題。另外這種方式均衡的時候，電壓壓差越小均衡效率越低。可靠性無法保證。

基于電感的均衡存在一個風險， 就是均衡開關打開的時候出現死機或者意外控制型號失靈的狀態，會引起大電流損壞電路。可靠性無法保證。

下面介紹由英飛凌公司基于變壓器的主動均衡方案（互感充放電）。

目前，主動均衡的做法有很多，但均需要一個用于轉移能量的存儲元件。如果用電容來做存儲元件，將其與所有電池單元相連就需要龐大的開關陣列。更有效的方法是將能量存儲在一個磁場中。該電路中的關鍵元件是一個變壓器。

其中，英飛凌設計的變壓器能在電池單元之間轉移能量，并將多個單獨的電池單元電壓復接至一個基于地電壓的模數轉換器（ADC）輸入端。變壓器實用模型支持多達 12 個電池單元，開關則采用低導通電阻 OptiMOS3 系列 MOSFET。

電池管理模塊原理圖

上圖每個模塊都受英飛凌公司的 8 位先進微控制器 XC886CLM 控制。這種微控制器自帶閃存程序和一個32KB的數據存儲器。此外，微控制器還有兩個基于硬件的CAN接口，支持通過公共汽車控制器局域網（CAN）總線協議與下面的處理器負載通信，包含一個基于硬件的乘除法單元，可用于加快計算過程。

由于變壓器可以雙向工作，所以可以根據不同情況采取不同的均衡方法。在對所有電池單元進行電壓掃描之后（電壓掃描的細節將在后面介紹），計算平均值，然后檢查電壓偏離平均值最大的電池單元。如果其電壓低于平均值，就采用底部平衡法（bottom-balancing），如果其電壓高于平均值，就采用頂部平衡法（top-balancing）。

底部平衡法：當對所有電池單元掃描后，發現某個電池是最弱單元（比如電池2），則必須對其進行增強，此時閉合主開關（“prim”），電池組開始對變壓器充電。主開關斷開后，變壓器存儲的能量就可以轉移至選定的電池單元。相應的次級（“sec”）開關——在本例中是開關sec2——閉合后，就開始能量轉移。具體如下圖所示：

鋰離子電池的底部充電平衡原理

頂部平衡法：如果某個電池單元的電壓高于其他單元，那么就需要將其中的能量導出，這在充電模式下尤其必要。如果不進行平衡，充電過程在第一塊電池單元充滿之后就不得不立即停止。采用平衡之后則可以通過保持所有電池單元的電壓相等而避免發生過早停止充電的情況。

鋰離子電池的頂部充電平衡原理

上圖給出了頂部平衡模式下的能量流動情況。在電壓掃描之后，發現電池單元5是整個電池組中電壓最高的單元。此時閉合開關sec5，電流從電池流向變壓器。由于自感的存在，電流隨時間線性增大。而由于自感是變壓器的一個固有特性，因此開關的導通時間就決定了能夠達到的最大電流值。電池單元中轉移出的能量以磁場的形式得到存儲。在開關sec5斷開后，必須閉合主開關。此時，變壓器就從儲能模式進入了能量輸出模式。能量通過巨大的初級線圈送入整個電池組。頂部平衡法中的電流和時序條件與底部平衡法非常類似，只是順序和電流的方向與底部平衡法相反。