簡介
E-Cart原型電池系統架構
鋰離子電池的放電特性（鈉米磷酸鹽型）鎳鎘電池與隨後出現的鎳氫電池多年來一直主宰著電池市場。鋰離子電池是最近才進入市場的，但由於其性能有極大提高，因此其市場份額增長非常迅速。鋰離子電池的儲能容量非常驚人，但即便如此，單個電池單元的容量不論從電壓還是從電流方面仍都太低，不能滿足一個混合動力發動機的需要。並聯多個電池單元可以增大電池所提供的電流，串聯多個電池單元則可以增大電池提供的電壓。
電池組裝商通常利用一些縮略短語來描述其電池產品，例如“3P50S”代表該電池組中有3個並聯的電池單元、50個串聯的電池單元。
模組化結構在對包含多個串聯電池單元的電池進行管理時是很理想的結構。例如，在一個3P12S的電池陣列中，每12個電池單元串聯之後就組成了一個模組（block）。然後，這些電池單元就可通過一塊以微控制器為核心的電子電路對其進行管理和平衡。
這樣一個電池模組的輸出電壓取決於串聯電池單元的個數和每個電池單元的電壓。鋰離子電池單元的電壓通常在3.3V到3.6V之間，因此一個電池模組的電壓約在30V到45V之間。
混合動力車的驅動需要450V左右的直流電源電壓。為了根據充電狀態來補償電池單元電壓的變化，比較合適的做法是在電池組和發動機之間連線一個DC-DC轉換器。這個轉換器還可以限制電池組輸出的電流。
為確保DC-DC轉換器工作在最佳狀態，要求電池組電壓在150V到300V之間。因此，需要串聯5到8個電池模組。
平衡的必要性
電池管理模組的原理圖如果電壓超出允許的範圍，鋰離子電池單元就很容易損壞（見圖2）。如果電壓超出了上、下限（以納米磷酸鹽型鋰離子電池為例，下限電壓為2V，上限電壓為3.6V），電池就可能出現不可逆轉的損壞。其結果至少是加快電池的自放電速度。電池輸出電壓在一個很寬的充電狀態（SOC）範圍內都是穩定的，電壓偏離安全範圍的風險很小。但在安全範圍的兩端，充電曲線的起伏相對比較陡峭。因此，為預防起見，必須嚴密監控電壓。
如果電壓達到一個臨界值，就必需立即停止放電或充電過程。在一個強大的平衡電路的幫助下，相關電池單元的電壓可以返回安全範圍內。但為達到這一目的，該電路必需能在電池組中任何一個單元的電壓開始與其他單元出現差異時馬上在各單元之間轉移能量。
充電平衡法
1.傳統的被動方法：在一般的電池管理系統中，每個電池單元都通過一個開關連線到一個負載電阻。這種被動電路可以對個別被選中的單元放電。但該方法只適用於在充電模式下抑制最強電池單元的電壓攀升。為限制功耗，此類電路一般只允許以100mA左右的小電流放電，從而導致充電平衡耗時可高達幾小時。
2.主動平衡法：相關資料中有很多種主動平衡法，均需要一個用於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。電路原型是由英飛凌的開發小組與VOGT電子元件GmbH公司共同開發的。其作用是：
a.在電池單元之間轉移能量
b.將多個單獨的電池單元電壓復接至一個基於地電壓的模數轉換器（ADC）輸入端
該電路是按照回掃變壓器原理構造的。這類變壓器能夠將能量存儲在磁場中。其鐵氧體磁心中的氣隙增大了磁阻，因此可以避免磁心材料出現磁飽和。
該變壓器兩側的電路是不同的：
a.初級線圈與整個電池組相連
b.次級線圈與每個電池單元相連
該變壓器的一種實用模型支持多達12個電池單元。變壓器的可能連線數量限制了電池單元的個數。上述原型變壓器有28個引腳。
其中的開關採用OptiMOS3系列的MOSFET，它們的導通電阻極低，因此其傳導損耗可以忽略不計。
