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[知识点] 机器人大赛动力系统及其选型（电源篇）

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Robot 动力系统及其选型（电源篇）

本文是为刚刚开始入门的同学们所写，帮助大家避免一些低级错误，并非严谨的学术著作；如有疏漏，请予纠正，不胜感激。

本文所有内容均仅适用江苏省大学生机器人大赛的范畴。

机器人的动力系统可以大致分为电源、供电系统和执行机构三部分。我们首先讲解电源。

电源简介

电源在我们的比赛中，基本只会用到两种：18650锂电池与航模锂电。
机器人大赛动力系统及其选型（电源篇）图1
（左为18650，右为航模锂电）

电池尺寸规格简介

18650是电池行业的一种标准规格——直径18mm，高65，0则代表是圆柱形，所有的18650都可以装置到标准的18650电池座中。但电池座的使用也是有讲究的：

两种电池座，千万不要选择左边的。看似它带线，使用更方便，但这种电池座的的电阻较大，附带的线也很细，电流较大时会造成比较严重的电压降，甚至会烫坏电线胶皮；另外，这种弹簧的质量也很差，容易接触不良。

航模锂电的尺寸规格多样，可以根据实际需要进行挑选。与18650不同，航模锂电不需要电池座，其直接通过两种标准接口进行供电。标准接口包括T插和XT系列插头；XT系列有多种尺寸，航模锂电上一般使用XT60。此处要注意，虽然XT60插口（仅指插口本身）的成本仅稍高于T插，但XT60对T插的优势是碾压性的，无论载流性能、寿命都成倍地超过T插，市场占有率也是XT60更高。商家出售航模锂电时一般可以选配T插或XT60，此处建议大家选择XT60。（也就意味着要买一些XT60焊上线用来安装电池）
机器人大赛动力系统及其选型（电源篇）图2
（左为T插公母头，右为XT60公母头，至于公母怎么分……emmmmm……）

串并联与电压、容量、放电能力

串并联一般被称为s、p。多少个电芯（即物理上的一个原电池）串联就叫多少s，多少个并联就叫多少p。18650一节就是一个电芯，所以市售18650是不会讨论s数和p数的；而航模锂电是用多块电芯串联而成的，这直接决定其电压，所以市售航模锂电都会标注2s、4s之类的来标定其电压（最常见的是3s）。而p数多见于最终组成的电池组，如4s3p的18650电池组，是四串三并的18650电池组。

18650和航模锂电是基于类似的技术制造的，单节电芯标称电压3.7V，充满电为4.2V左右；随着电池慢慢耗尽，电压会逐渐下降。原则上不允许在电池低于3.6V时继续工作，因为过放是充电锂电池的大敌，随随便便就可以导致电池报废。为了减少这种事故的发生，除了及时对电池进行电压检测（18650用万用表，航模锂电可以用一种叫BB响的东西）和充电，也应注意电池组内各电芯的一致性，不同型号或者剩余电量不同的电池尽量不要一起使用，避免低电量电池被高电量电池强行过放。航模锂电在这方面的表现更好些，因为它的各块电芯被强行捆绑，放电时必须一起放，充电时则使用平衡充对各块电芯同时均衡地充电，基本不存在一致性不好导致的过放。

锂电池的容量一般用mah（毫安时）表示，是放电电流对时间的积分。需要注意的是，这是电池容量单位，以电流对时间的积分为基准。一般18650锂电池的容量为2200-3000mah，最大3500mah，超过3500均为虚标；航模锂电则有多种规格，最常见、性价比最高的是2200mah的。对于电池组，串联的电池组容量即单节电芯的容量（航模锂电也是这样标注的），并联则单节电芯容量×p数。

放电能力有两种标注方法，一种是直接标注允许电流（多用于18650），一种是c数，c数可以用于计算允许电流，公式为I=电池容量×c数。需要注意的是，此处单位并不统一，电池容量的单位是mah，但此处是将其作为ma使用的。比如2200mah、20c的航模锂电，允许电流为2200ma×20c=44000ma，即44安培。对于串联的电池组，放电能力即单电芯放电能力，并联×p数。

优缺点比较

说了这么多，肯定有同学想知道，到底选哪个呢？

性能以及使用方便程度上，航模锂电对18650几乎是全面碾压的，特别是极强的放电能力，即使是高端的动力型18650也无法望其项背。

当然，航模锂电的价格也是明显高过18650的。高端的18650大约30RMB一枚，3000mah；中高端的格式ACE系列航模锂电，3s 2200mah的型号100RMB起步，同样的规格即使二三线品牌也要75RMB以上。而低端的、允许电流2-3A（实际5A也不会有太大问题，只是会发热以及缩短寿命）的18650价格不到十元一枚，容量有3200mah的。不仅如此，入门级的18650充电器也比航模锂电的平衡充要便宜很多。

到底选哪个？

这个问题，其实不是二选一，而是四选一：低端/中高端的18650/航模锂电。
首先，除非是一些对功率要求极小的项目，低端18650是不在考虑范围内的。低端18650内阻大，电流稍大就会导致输出电压明显降低。这事可大可小，但对于新手来说，无疑增大了排查故障的风险，所以不建议采用。

高端航模锂电也不建议。高端航模锂电内阻小、电芯一致性高、寿命长、放电能力强，这是实打实的优点，但属于性能过剩了，价格也太过高昂。

剩下就是低端航模锂电和中高端18650了。这其中其实还有细分。18650有允许电流5A左右、内阻50mΩ、价格15RMB左右的国产中端产品，基本可以在3s1p或4s1p下满足如搬运工程、足式机器人等对动力没有较高要求的项目；在某些对动力有一定要求的项目里，只要设计不是高度特化或者离谱，也是堪用的，如1:10无人车的大多数参赛机器人。

而对动力特性有要求，或者机身较重的项目，则建议高端18650或者低端航模锂电。世界上做18650最好的是日本的索尼（同时索尼也是18650这个规格的开创者），我国也有进口，性能属于尖端水平，价格也完全没有虚高，在17-30元的范围内。支持国产的话，建议耐杰和耐时之类的大品牌，有权威的第三方（充电头网）测评。另外最好避开神火电池，因为我在充电头网上居然搜不到任何一条和神火电池相关的信息……神火电池的风评也不是很好。

附上充电头网的link，大家可以搜着看看：http://www.chongdiantou.com/

至于航模锂电，我只用过格式ACE和某小品牌的。航模锂电比18650更容易过放损坏，一次就报废，一次100，而我买某小品牌电池就是因为原来的格式ACE被过放坏掉了……虽然是小品牌，但放电能力依然是过剩的，使用起来也比18650方便。容量上建议2200mah，产量大，性价比比较高，再大了太贵再低了用起来不方便。当然，虽然我建议用“低端”航模锂电，但也不能太低端，低到对18650都有了价格优势就不对头了。我在这方面不算很了解，给大家一个链接多做了解吧：https://tieba.baidu.com/p/5708272056?red_tag=1589740372

当然，18650也并非一无是处。高端18650虽然放电能力不如航模锂电，但同容量下的重量要轻30%~40%。电池算是机器人上面一个比较重的部件，对机器人的动力特性还是有不小的影响的。

总而言之，对放电能力要求比较小的，以及对成本敏感的，上18650；如果想要用起来更方便，性能更好，就上航模锂电。

当然，电池/电池组的s数另一个值得注意的东西。基本上，要求电池的电压和机器人上电压要求最高的用电器保持一致即可，如最高的是一台12V的直流电机，那我们用3s就可以了。详细的内容，将在供电系统篇中讲解。