电容器作为蓄能元件，则需要许多开关元件将蓄能电容与所有电池连接。相对而言，采用磁
场来存储能量的效率更高，这种电路的核心器件是变压器。英飞凌项目组通过与

VOGT 电

子器件有限公司（

VOGT electronic Components GmbH）合作开发出了相应的原型，它可以

用于：在电池之间转移能量；

 将多个电池电压复用，作为基于地电压的模数转换输入其构

造原理是使用反激转换器（

flyback converter）。这种变压器以磁场存储能量，在磁芯中有一

个空隙，以提高磁阻，避免磁芯材料磁饱和。变压器有两个不同的绕组：主绕组与电池组相
连；次绕组与电池相连。

可行的变压器模型可支持

12 个电池。其限制因素是可能连接数量。 本文所述的变压器原型

有

28 个引脚。开关采用 OptiMOS 3 系列中的 MOSFET，它们具有极低的导通电阻，所产生

的传导损耗可以忽略不计。

每个电池块由英飞凌的

8 位微控制器 XC886CLM 控制，该控制器具有闪存和 32KB 的数据

存储器；两个硬件

CAN 接口支持采用普通汽车控制器局域网（CAN）总线协议进行通信，

降低了处理器的负荷；硬件乘除算法单元（

MDU）提高了运算速度。

平衡方式

由于变压器可以双向使用，我们可以根据情况采用两种不同的平衡方式。控制电路首先逐个
检测所有电池的电压，计算出平均值，然后找出电压与平均值偏差最大的电池。如果该电池
的电压低于平均值，则采用下限平衡（

bottom-balancing）方法；如果高于平均电压，则使

用上限平衡（

top-balancing）方法。

1 下限平衡：每个周期由 2 个主动脉冲和 1 个间隔组成。本例中的周期为 40ms，对应的频率
为

25kHz。变压器的设计工作频率应高于 20kHz，以避免由于变压器磁芯的磁弹性产生的噪

声。在某个电池的荷电状态达到下限时，下限平衡方法可以延长电池组的工作时间。只要流
出电池组的电流低于平均平衡电流，车辆就可以继续行驶，直至耗尽最后一个电池的电量。

2 上限平衡：如果某个电池的电压高于其他电池，就需要将多余能量从该电池移走，这在
充电模式下尤其必要。如果没有平衡功能，那么在第一个电池充满后必须立即停止充电。平
衡功能使得所有电池的电压维持在同一水平，从而避免上述情况的发生。上限平衡工作模式
下的电流和时序与下限平衡类似，只是工作次序和电流的流向与之相反。

平衡功率

采用英飞凌

E-Cart 中的原型配置，平均平衡点六位 5A，比被动方式高 50 倍，而 5A 平衡电

流在整个电池块中产生的功耗仅为

2W。因此，这种平衡方式不需要采取专门的冷却措施，

同时改善了系统的能量平衡。

电压检测

为了对每个电池的荷电状态进行管理，每个电池的电压都要加以测量。由于只有

1 号电池处

于微控制器模数转换范围内，因此不能直接测量电池块中其他电池的电压。一种可能的方案
是采用差分放大器阵列，但这需要保持整个电池块的电压水平。