前言

在经历了24赛季一整年自研四开关电容控制器的基础上，本人对超级电容的理解有了新的认识，电容不是功率越大，拓扑越复杂越好，简单易用稳定才是真，光电容控制器能跑多大功率其实是伪需求，因为能量来源是电容组，最大功率不仅取决于控制器，也取决于电容组内阻，所以这赛季我对电容组的定义是-稳定，响应快，效率高，电容组内阻小，功率放在最后，因为本身这赛季有20000j限制，并且功率需求其实取决于战术和操作手，很多时候功率做的很足但是受制于其他因素（比如24赛季吉大的全向轮，本人作为硬件兼全向电控，实测整车300w无法飞坡，车的避震或者重心等机械问题，导致多少瓦都无法稳定飞坡，所以最后电容做的功率很大也浪费了）当然以上内容仅以我24赛季得出的理解，如有不对无视就好。

在此叠个甲

本人所开源皆为提供思路供大家交流，如有疑问可以联系本人QQ1776624386，或者在硬件群拷打，本设计为了简化方案，使用电容控制器作为主动均衡时钟来源，在每场上场前断开4pin线，场上的几次循环靠一致性，对新电容组可以，旧电容组建议还是集成到电容板子上，此也为可优化方向，其次为了尽可能的简单，电容控制器只从上位机（电控单片机）获取功率上限和当前缓冲能量还有，自行进行闭环。但是这样在小功率（超功率不超过80w）突变时可以稳定补偿至30j缓冲能量，但是在大功率突变时补偿能力不够，需要重调缓冲能量pid或者加入上位机前馈，仅提供思路供各位参考（以于2025.6.28更新驱动修复）

更新日志

2025.6.08 发布首版软硬件开源（无动能回收）

2025.6.27 修改原理图部分阻容错误（电感采样电阻，电容adc对应RC，主动均衡驱动电容），更新控制算法实现动能回收。

原控制算法仅由缓冲能量环输出给电感电流环，现中间再串一环电池电流环，配合电池电流前馈可以实现几乎完美的功率闭环。

效果展示

蓝线：缓冲能量，黑线：电容组百分比能量。电容截止电压5v，满电18.5v

此为原地小陀螺加电容恒功率70w，前后左右平移完整放完一次电容组能量的缓冲能量曲线，

可以看出，在上位机运行西交利物浦功率控制模型目标30j下，配合电容组的功率闭环，只有刚开小陀螺降到了18j左右，全程移动包括后期电容电压降低都能稳定30j+-3j。

在良好的电流环响应下，成功实现动能回收效果，效果如下

关闭动能回收的chassis电流（<0是冲回电池）测试平台为3号全舵整车17.5kg

关闭动能回收后的对角舵切换，以及小陀螺启停时的chassis口电流波形（由超级电容控制器采样1khz返还给上位机，同时放大100倍），可以看到有明显反向电流即冲回电池电流，对角切换最大3A，小陀螺急停急起10A左右。

打开动能回收的chassis电流（几乎没有流回chassis的能量）

在开启动能回收并且目标值设定为2A后，可以看到由对角切换的能量已经全部吸收，而小陀螺引起的电流反冲峰值大大下降，从10A左右变成4A左右，并且仅有极少数能量由于pid是误差控制而漏掉。

在实际动能回收过程中可以看到电感电流存在着30A以上的吸收电流，这都归结于良好的电流环响应，可以让电池电流闭环的5k计算频率保证每次输出电感电流目标值，电感电流内环都能完美响应（电感电流响应小于200us）。

实战视频

1级血量步兵开启超电可以快速过洞并且开启全程缓冲能量很稳几乎死死焊在了30j附近，在整场八大局比赛中英雄0次超功率，三号起伏路段舵电机处理不到位上只超过几次，四号因未处理好虚弱仅第一场超过，没有因为电容不稳定超过功率，在苏州十多天没烧过一块控制板，仅有一个电容组因为均衡虚焊导致鼓包，更换之后再未损坏。可以说今年电容相比于去年稳定性有了极大的提升，这不仅依赖于软硬件设计，更是借助了嘉立创的smt才得以实现，如果电容组也smt那么电容组也不会坏。

主动均衡因为难以展示效果会放出电路让大家自行了解，但是今年删除了被动均衡，全靠主动均衡在整个备赛和比赛中。无功能性损坏可以看出主动均衡还是很有性价比的，虽然有些人可能觉得有些冒险，但是实际上rm的电容组属于急冲急放。单靠那十几二十瓦的被动均衡，只会让板子发热徒增功耗。而如果真是电容控制板疯了，那么不管有没有被动均衡都拦不住电容过充，除非少数队伍用很阻值低的均衡电阻，但仍然无法解决快充满的漏电问题。

在给不同串电容随机冲入0-2.5v电压后，开启主动均衡20秒后，各串电容组的电压误差在小数点后三位有不同，使用测量工具为福禄克手持万用表（因为没有台式）

方案说明

电容控制板

本赛季电容控制板使用2开关管方案，即升压放电，降压充电。

选型

硬件上使用slm27211栅极驱动，配合0欧栅极电阻可以做到qg为100nc左右的管子60ns左右

硬件部分

mos管选型为buk7j1r4，此mos最大好处就是好焊接，40v耐压1毫欧左右内阻，虽然参数上不如csd18540和英飞凌的其他管子，但是这个真的很好焊接。24赛季我因为四开关的csd18540虚焊被折磨了好久。因为买的18540基本上都是拆机打磨的，焊接起来良率不高，而且24赛季的mos位置很难伸进烙铁补焊，所以今年设计上额外优化了可制造性，几乎没有qfn封装的芯片。

主控stm32g474rbt6最便宜的g474没什么好说的。

电感选择磁环090125 10uh本来是想自扰电感的，可惜手上没有电桥，按计算值绕了一个上机一测大寄特寄。

电容直接选择1812 50v 100uf，淘宝科技，都不用想这玩意上了24v偏置容量得掉多少，但是好在rm场景对输出纹波需求不明显，所以这么用着也没什么问题。

电流采样，一路采集chassis输入功率做闭环，另一路接电感测电感电流采样芯片ina240a1.

软件部分

本赛季为了加强环路响应速度，在充电也就是buck给电容充电的算法上，不使用pid，而使用2型补偿器，补偿电流内环。使用数字补偿器的好处是通过建模加实际微调，可以非常容易的调节想要的参数。使用matlab可以很方便的提高穿越频率拉高响应，或者提高相位裕度降低超调，而pid虽然能用，但是太吃调试者的水平，并且其理论上限不如2型补偿，因为type2等效于pi加滤波。

仿真得到的响应，15个周期快速响应，60us左右。

实测的电感电流波形，0.5A->3A的响应，大约40us的响应。

代码时序是 250khrtim波形中心触发采样->采样结束触发环路计算->环路计算完成更新比较值。除了cube配置比较麻烦其实还好，再就是我的中心触发很怪很怪，可以说是用bug跑的，但是效果上来看是正确的。

通信格式

电容接受来自电控上位机数据

powerbuffer为缓冲能量当前值，直接转发裁判系统即可。

power limit为当前功率限制值

automode stage为是否开启电容

电容反馈数据

第一个字节为当前dcdc状态 0关闭 1放电 2充电

第二个字节为当前电容是否启用

后四个字节为电感电流和总线电流先放大100后保留小数点后两位，为调试用变量，可以根据需求更改反馈值，反馈频率1k。

电容数据解算

energy是当前电容放到5v截至的能量，per_energy是算出能放出来的百分比能量，用于ui的绘制（ui使用百分比能量会比电压更直观）

使用方式

只需要将chassis口接到电容的vbat上面，vbus接底盘分线板，cap接电容组硬件即链接完毕。

软件上只要正确发送功率上限和缓冲能量值并且开启电容，即可自行功率闭环以及动能回收闭环。稳定缓冲能量在30j。

电容组

使用etn 35F*2+6F 7s标称1939.14，小电容也可以换成cda 7F，如图紫皮电容。整块电容组单个造价不超过90。得益于2n开关管的主动均衡，比被动降了一点点，被动均衡的合金耗散电阻不便宜，通过大小电容并联后串联，加上低串数，本赛季的电容组内阻显著下降，在大功率充放过程电容电压变化较小，不会出现上赛季刚放电电压就降一截，等加入内阻补偿可以进一步降低影响。此均衡方案来自本人冲浪刷到的一个架构，通过电平位移电路开启mos管。实测效果很好就放弃了被动均衡。

实物照片

2025电容.zip

动能回收效果展示 .zip

注意板子上所有gh1.25座子都为卧贴。

以上文件包括电容组电容控制板的pcb，原理图，动能回收效果展示，和电容组壳的3D文件（本人画的可能不是很规范）实测保护效果很好，往地上摔都坏不了。

注意，主动均衡的时钟输入必须是互补带死区的pwm，如果不带死区，分分钟大短路

致谢

非常感谢西交利物浦的林学长，他的电容控制理解和功率模型对本人有极大的启发作用，林学长的分享直接启发我做出这版电容，同时也感谢学弟对电容软件的完善，我只把充放电环路调通，自动模式的代码我只提供了思路。希望今后电容能在此基础上迭代，也许某赛季还会换回四开关hhhh。

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