图 4：LTC3300 高效率双向多节电池有源平衡器
TRANSFER TO / FROM 12 ADJACENT CELLS：转移至 / 自 12 节相邻电池
“OFF-THE-SHELF” TRANSFORMERS：现成有售的变压器
BIDIRECTIONAL SYNCHRONOUS FLYBACK：双向同步反激式
CHARGE SUPPLY：充电电源
CHARGE RETURN：电荷返回
NEXT CELL ABOVE：上方相邻电池
NEXT CELL BELOW：下方相邻电池
SERIAL DATA OUT TO LTC3300-1 ABOVE：串行数据输出至上方的 LTC3300-1
STACKABLE SERIAL INTERFACE：可叠置串行接口
BALANCE 6 CELLS PER IC：每个 IC 平衡 6 节电池
NUMBEROUS SAFETY FEATURES：众多安全功能
SERIAL DATA IN FROM LTC3300-1 BELOW：来自下方 LTC3300-1 的串行数据输入
SoC 平衡通过在一节选定的电池和一个由多达 12 节或更多节相邻电池构成的子电池组之间重新分配电荷来实现。平衡决策和平衡算法必须由单独的监视器件以及控制 LTC3300 的系统处理器来应对。电荷从一个指定电池重新分配给由 12 节或更多相邻电池组成的电池组，以给该电池放电。类似地，从 12 节或更多相邻电池组成的电池组将电荷转移给一个指定的电池，以给该电池充电。所有平衡器可能同时在任一方向上工作，以最大限度地缩短电池组的平衡时间。所有平衡控制命令都通过一个可叠置和噪声裕度很大的串行 SPI 接口提供给每个 IC，对电池组的高度没有限制。
LTC3300 中的每个平衡器都采用非隔离式、边界模式同步反激式电源级，以实现对每一节电池的高效率充电和放电 (参见图 5)。6 个平衡器中的每一个都需要自己的变压器。每个变压器的“主”端跨接在接受平衡的电池上，“副”端跨接在 12 节或更多相邻电池上，包括接受平衡的电池。副端上电池的数量仅受外部组件击穿电压的限制。在相应的外部开关和变压器调节范围内，电池的充电和放电电流可由外部检测电阻器设定为高达 10 安培以上的值。通过主端和副端组件进行的排序和 IPEAK / IZERO 电流检测取决于平衡器是否启动以给电池充电或放电。高效率是通过同步工作以及组件的恰当选择实现的。每个平衡器都是通过 BMS 的系统处理器启动的，而且平衡器将保持启动状态，直至 BMS发出停止的命令，或指示检测到故障。
图 5：双向反激式电源级的工作
SYNCHRONOUS FLYBACK CONNECTIONS：同步反激式连接
1 TRNASFORMER PER CELL：每节电池一个变压器
SINGLE-CELL DISCHARGE CYCLE FOR CELL 1：第 1 号电池的单节电池放电周期
SINGLE-CELL CHARGE CYCLE FOR CELL 1：第 1 号电池的单节电池充电周期
平衡器效率事关紧要!
电池组面对的大敌之一是热量。高环境温度会快速缩短电池寿命并降低其性能。不幸的是，在大电流电池系统中，平衡电流也必须很高，以延长运行时间或实现电池组的快速充电。如果平衡器的效率不高，就会在电池系统内部导致不想要的热量，而且这个问题必须通过减少能在给定时间运行的平衡器之数量来解决，或通过采用昂贵的降低热量方法来应对。如图 6 所示，LTC3300 在充电和放电方向实现了 >90% 的效率，与具备相同平衡器功耗、效率为 80% 的解决方案相比，这允许平衡电流提高一倍多。此外，更高的平衡器效率允许更有效地重新分配电荷，这反过来又可产生更有效的容量恢复和更快速的充电。
图 6：LTC3300 的电源级性能
EFFICIENCY：效率
CHARGE：充电
DISCHARGE：放电
NUMBER OF CELLS (SECONDARY SIDE)：电池数量 (副端)
BALANCING CURRENT：平衡电流
BAL PDISS：平衡器功耗
BALANCER EFFICIENCY：平衡器效率
局部电池负责完成大部分的平衡工作
整个电池组内的电荷转移是通过使副端接线交错 (如图 7 所示) 来实现的。以这种方式进行交错将允许电荷在任何一组电池 (6 节) 与一组相邻电池之间来回转移。请注意，相邻的电池在电池组中既可以位于上方也可以位于下方。当优化某种平衡算法时这种灵活性是有帮助的。关于任何交错式系统存在着一种常见的误解：将电荷从一个非常高电池组的顶端重新分配至底端其效率一定是极低的，这是因为将电荷从电池组顶端移至底端需要进行大量的转换。然而，如图 7 中给出的实例所示，大多数平衡只是通过在与那些需要电荷平衡的电池最靠近的电池之间的电荷重新分配来完成的。含有 10 个或更多电池的副端电池组使得一个电荷不足的电池 (若不补充电荷则其将限制整个电池组工作时间) 简单地通过运行一个平衡器就能恢复其“丢失”容量的 90% 以上。因此，利用 LTC3300的交错式拓扑将无需把电荷从电池组的顶端一路转移至底端，大多数的平衡工作都是由相邻的局部电池完成的。
图 7：交错式连接和电荷转移性能
TOP：顶部
FROM CELL N-12 SECONDARY：来自第 N-12 号电池的副端
PRI：主端
SEC：副端
CELL N：第 N 号电池
TO CELL 24：至第 24 号电池
SoC ERROR：SoC 误差
PRE-BALANCE：平衡前
DISCHARGE：放电
TOP OF STACK：电池组顶部
BALANCE TOP AND BOTTOM 12 CELL MODULES ONLY：仅平衡顶部和底部由 12 节电池组成的模块
BOTTOM OF STACK：电池组底部
CHARGE：充电
ERROR：误差
SoC ERROR：SoC 误差
POST-BALANCE：平衡后
MAJORITY OF BALANCING DONE BY ADJACENT CELLS：大部分平衡任务是由相邻电池完成的
安全是第一位的
除了提供卓越的电气性能，LTC3300 双向有源平衡器还提供众多安全功能，以防止平衡时出现差错，并保持最高的可靠性。数据完整性检查 (对所有传入和传出的数据、看门狗定时器、数据回读等进行 CRC 校验) 防止平衡器响应无意间发出或错误的命令。可编程伏-秒箝位确保在平衡时的电流检测故障不会导致电流失控情况。逐节电池的过压和欠压检查以及副端过压检测可防止在平衡时突然发生的电池线束故障而导致损坏电路。
这些特性使 LTC3300 能在串连连接的电池系统中提供高性能和可靠的有源平衡。随着这类系统中的电池老化或需要更换，日益重要的是补偿所产生的电池容量失配，以防止进一步影响运行时间、充电时间或电池组的寿命。LTC3300 专门用来应对这种挑战，能使设计师实现全新的安全性和充电效率。
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