[其他] 「活动已结束」「RM圆桌」第四期 超级电容哪家强?

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工作人员RM圆桌
2019-1-24 00:30:35 显示全部楼层

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本帖最后由 快拆小分队 于 2019-1-25 21:30 编辑

vol4-new.jpg

圆桌时间:2019年1月25日(周五) 19:00-20:00

圆桌嘉宾:@昊(论坛昵称:neutdthq

温馨提示:
在直播期间,大家可以直接移步至论坛技术交流版块,直播墙会自动实时更新内容。

在前20分钟内,为主持人嘉宾对话时间,这段时间内嘉宾是不会回答其他参与者的问题的,大家可以在后面40分钟的自由问答时间内提问。

参与本期活动的网友,我们将挑选出一位优秀提问者,奖励3510电机(8成新)。


电机.jpg

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1、  什么是超级电容?

通常意义上上超级电容的定义:
双电层电容器(EDLC)有时也称为电双层电容器,或超级电容器,是拥有高能量密度的电化学电容器,比传统的电解电容容量高上数百倍至千倍不等。双电层电容器主要用于能源储存,而非通用电路元件,特别适用于精密能源控制和瞬间负载设备。EDLC也有作为能量储存和KERS设备在车辆使用,另外亦有用于其他小型系统,例如需要快速充/放电的家用太阳能系统。
缺点:
能量密度低于电化学电池;
存在介质吸收效应;
高自放电 - 大大高于电化学电池;
工作电压低;
非常低的内部电阻允许极快速放电,有发生电火花的危险;
循环周期内电压变化幅度大,放电不平稳,往往需搭配DC-DC电路。
优点:
寿命长;
每周期的成本低;
可逆性好;
充电和放电效率高;
非常低的内部电阻(ESR);
高周期效率(95%以上);
高输出功率;
功率密度高。
一般采用腐蚀性较低,或无腐蚀性的中性电解质,提高了使用和储存的安全性。
比赛中我们所说的超级电容器:
a)      RM比赛中用到的超级电容(下文中均使用超级电容代指超级电容模块,包括其他dc-dc器件)大部分时候指的不仅仅是通常意义上的超级电容组,而是由其他电子器件、功能模块一起构成的组合体。
b)      超级电容是用来在底盘低功率消耗时存储能量,在底盘需要输出大功率时释放能量的功率缓冲单元。
c)      超级电容通常还能起到限制输入功率的作用,常常通过软件和硬件一起来实现底盘输入功率限制和底盘短时间的爆发输出。
d)      综上所述,什么是超级电容呢?简单来说就是可以让你的机器人在80W功率限制下能跑的更快(你是需要付出代价的,这个我们后面再谈),并且不超功率的一个模块。
e)      要是做个类比的话,超级电容和裁判系统的60j缓冲能量(2018年步兵机器人)有着相似的作用,不过也有一些不同,这个我们在之后讨论。
f)       超级电容是一把双刃剑,亲身经历,使用需谨慎!!!使用不稳定的超级电容,就是在自寻死路!!!

2、 有很多队伍都做了超级电容,那么东大的优势体现在哪里?
东大的超级电容并没有什么技术上的优势,相比之下港科、大交、桂电开源的功率控制和超级电容方案都非常值得借鉴,我衷心的感谢以上三所学校的RM队员对整个大赛中功率方案带来的推进作用,同时也发自内心对他们的开源精神致以敬意。

3、 为什么要做超级电容?在2018年比赛时,超级电容给你们队伍带来的收获是什么?
a)      就像刚刚提到的跑得比人快,你就得付出代价,2018赛季我们的超级电容使得我们的机器人勉强赶上了国赛8强队伍机器人的速度,付出的代价就是不持久。你的电容早晚会没电,你的速度迟早会慢下来,因此,这需要超级电容设计时考虑到电容没电的问题,队伍制定战术方案时做一些额外考虑。这也是我们分区赛失利的一大因素。
b)      另一方面,因为有超级电容的存在,使得我们可以采用硬件限制输入功率,再通过搭配软件控制充分利用60J的能量。

4、 超级电容要在备赛的哪个阶段去做呢?最应该避免犯的错误是什么呢?
a)      超级电容最好从备赛开始时就开始设计,并且在第一代机器人投入测试前就应该具有较为完备的功能,这是为了有足够的时间验证方案的稳定性,和对超级电容的性能的进行改善。
b)      最应该避免放的错误(没有之一):千万不要把电容组极性接错(电解电容的话我相信你会毕生难忘的,毕竟这么大的电容,爆炸也很有排面是吧。)
c)      此外,电容组一定要设计过充保护,事关安全。。
d)      硬件设计时一定要认真阅读器件手册,不要全照搬照抄典型应用。。

5、 一般做超级电容有什么工作流程?(包括需求分析、元器件选型等内容)
一、需求分析
功能需求:
1、  限制输入功率,超级电容在没电时对直流的阻抗很小,这就意味着一开始给电容的充电功率会非常大,需要增加一些额外的硬件来限制输入功率,以避免机器人在一上电时因为给超级电容充电而导致超功率暴毙。。。。
2、  需要稳压输出,随着超级电容的放电,电容组电压会大幅度下降,如果直接把电容组电压供给底盘,轻则造成底盘电机效率降低,特性变软,影响底盘控制;重则导致电调欠压重启,造成致命问题。。
3、  能存储足够多的能量,一方面这涉及到电容组的选型,和机械尺寸,重量的限制,需要在设计时综合机器人的实际情况考虑,另一方面涉及到超级电容的方案中是否对电容电压进行升压,这直接关系到你能使用你电容组总容量的多少。
4、  功率路径的管理和切换:一般情况下电容迟早会没电,电容充电需要时间,而赛场上没有人会给你时间回复自己的电容能量。这就需要能够控制什么时候用电容作为底盘电源,什么时候用裁判系统输出作为底盘电源。而对于这个问题,我粗略的把它划分为主动式功率路径管理和被动式功率路径管理,他们的区别会在之后提到。
5、  当裁判系统切断底盘供电,不论超级电容有电与否,超级电容模块必须停止底盘供电。
6、  底盘输出功率不足80W时,剩余功率对超级电容充电,并且当底盘功率大于80W且超级电容有电时,输入功率恒定为80W左右。。

性能需求:
1、  稳定,啥都不用说了,这是重中之重。比赛功率出问题了,设计者是要谢罪的!!!(玩笑归玩笑,但后果非常严重,平时测试绝对不能凑合,不行就是不行!!)
2、  超级电容自身损耗小,这之中有MOS的开关损耗(buck和boost)、传导损耗(Powerpath管理),功率二极管的损耗(视具体方案而定,如果你的功率路径上串联有大功率二极管的话,需要考虑),电容组冲放电的损耗,和控制电路正常工作消耗掉的功率。

二、结构框图:
我给出一个超级电容的结构框图,比较简单,省略了一万个可能遇到现实问题,重在帮助大家理清思路,明确各部分存在的意义,其中各个黄色模块会分开详细叙述。
1-结构框图.png
1、  输入功率(输出功率)的检测:采集输入电压和输入电流得到,输入电压的采集可以分压之后直接ADC采集,但我建议加上一级有源RC滤波后再用ADC采集。关于电流的采集可以在低侧(其实高侧也完全可以,不在乎成本的话。。)串联采样电阻再用运放放大得到,另一种可以采用基于霍尔原理的电流传感器。就目前的需求来说低侧串联采样电阻就完全够用。
2、  降压:这一部分可以采用一些降压恒流恒压模块,某宝上很多,很多都可以设置输出电压、电流,稍微改动一下就可以用stm32实现闭环。另外肝比较健壮的也可以自己设计这一部分电路,可以大幅提高整个超级电容模块的集成度。采用降压模块的目的是为了限制给电容的充电功率。
2-降压模块.png
3、  功率二极管:可以采用大功率二极管,但一般都有0.6V到0.7V的导通压降,会产生不小的导通损耗。。。白白浪费功率。。因此可以换成用低导通内阻的NMOS来设计理想二极管以此来减小由于导通内阻造成的传导损耗。。但这么做也会造成新的功率损失,当降压电路限制电容的充电功率时,会造成充当理想二极管的NMOS频繁开关,因此会引入开关损耗,一方面取决于你的Mos驱动能力,另一方面取决于你的MOS门极寄生电容的大小,这两个因素决定了你的mos上升沿和下降沿的陡峭程度,决定了你的mos有多长时间工作在放大状态产生开关损耗。。。至于哪种方案损耗小,我没有具体测试过,留给各位大牛自己去寻找答案。。。
4、   升压:同上,可以购买具有恒压功能的升压模块,肾好技术也好的大佬也可以自己设计,全功能集成,想想都觉得美丽。
3-升压模块.png
5、  功率路径的管理:需要解决两个问题,一个是电压高的电源不会给低压电源倒灌,另一个是我可以控制此时由哪个电源供给底盘。常见的方案有两种,但不仅限于此。
a)每路电源串连二极管Diode ORing。通过功率二极管来实现功率路径的切换,如下图所示:(对应上文提到的被动式Powerpath管理)
4-5-a)  双二极管.png
原理比较简单,通过调节升压模块输出电压或者在升压模块之后加MOS可以实现两路电源的切换。但由于此时NMOS的高侧驱动会增加成本和硬件的复杂度,如果能控制升压模块输出电压,就尽量避免采用MOS。
(注:可以使用Pmos,这样驱动问题会得到解决。。但Nmos相对Pmos来说选择范围会大很多)
缺点:在功率路径上增加了二极管。。产生损耗较大。。。
优点:简单稳定。

b)每路电源串联背对背NMOS开关,如图所示:(对应上文提到的主动式Powerpath管理)
5-5-b) 背对背MOS.png
Mos有寄生二极管(body diode),每路电源只靠单颗Mos会导致较高压的电源回灌电流到电压较低的电源。为解决这问题,在每路电源再多放一颗mos,source接source,两颗mos的寄生二极管互相抵销,解决电流倒灌问题。要接通该路电源时,同时把两个mos接通。
优点:输出的电路不受该路电源的电压影响,不会因输出电流波动而意外切换输出电路;可以省略升压稳压器,节省空间和重量。视乎升压稳压器,超级电容直接供电能允许更大输出电流,并且能够实现刹车回冲,刹车能量得到利用。但不采用升压也会造成电容有效利用率降低。。。大家自己权衡。。。mos驱动电源由裁判系统底盘输出口供电,底盘被裁判系统杀掉后即使电容有电,底盘也不会连接至电源。
缺点:两路电源切换时间要短,mos控制次序要对,否则会导致输出不稳定或电流倒灌。Mos驱动电路较为复杂。。。关于背对背Mos的驱动方案,可以采用ADI的方案,有兴趣可以自己去了解。

6、  电容组的选择:电容选择时要注意几点,电容的容量、耐压、内阻。市面上大部分超级电容都为2.7V XXXF的,可以自己购买单个电容来针对机器人的机械安装设计电容组PCB,但需要注意一定要设计过充保护。以防出现事故。。。
6-超级电容1.png 6-超级电容2.png

另外也可以选择购买成品电容组,这种一般都带有过充保护,但并没有均压功能,一般会随着使用时间的增加各个电容的差异。。导致性能下降。。。
7-超级电容组-带过充保护.png
另外还一些体积小,价格贵的超级电容,贫穷的我们并没有尝试过,有钱的大佬请自行安排。。。

7、  Mos的选型(后半部分来自网络,大家适当参考。。。):
对于Powerpath上使用的Mos,它作为开关使用,这个开关实际上始终处于导通状态,MOS管只相当于一个导体。因此设计人员最关心的是最小传导损耗。一般而言,MOS管制造商采用RDS(ON) 参数来定义导通阻抗;对ORing FET(和我们的作用稍微不同)应用来说,RDS(ON) 也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON) 与栅极 (或驱动) 电压 VGS 以及流经开关的电流有关,但对于充分的栅极驱动,RDS(ON) 是一个相对静态参数。一般来说,一个低RDS(ON) 值的MOS管,具备大额定电流。
开关电源中的MOS管:从定义上而言,这种应用需要MOS管定期导通和关断。同时,有数十种拓扑可用于开关电源,这里考虑一个简单的例子。DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功能(图2),这些开关交替在电感里存储能量,然后把能量释放给负载。目前,设计人员常常选择数百kHz乃至1 MHz以上的频率,因为频率越高,磁性元件可以更小更轻。
8-Mos选型DC-DC拓扑图.jpg

一般来说,可以采用一个综合品质因数(栅极电荷QG ×导通阻抗RDS(ON))来评估MOS管或对之进行等级划分。栅极电荷和导通阻抗之所以重要,是因为二者都对电源的效率有直接的影响。对效率有影响的损耗主要分为两种形式--传导损耗和开关损耗。
栅极电荷是产生开关损耗的主要原因。栅极电荷单位为纳库仑(nc),是MOS管栅极充电放电所需的能量。栅极电荷和导通阻抗RDS(ON) 在半导体设计和制造工艺中相互关联,一般来说,器件的栅极电荷值较低,其导通阻抗参数就稍高。开关电源中第二重要的MOS管参数包括输出电容、阈值电压、栅极阻抗和雪崩能量。
开关器件长期工作于高电压大电流状态,承受着很大的功耗,一但过压或过流就会导致功耗大增,晶圆结温急剧上升,如果散热不及时,就会导致器件损坏,甚至可能会伴随爆炸,非常危险。
这里就衍生一个概念,安全工作区。安全工作区(SOA)曲线,该曲线同时描述了漏极电流和漏源电压的关系。基本上,SOA定义了MOSFET能够安全工作的电源电压和电流。

安全工作区的定义:SOA(Safe operating area)是由一系列(电压,电流)坐标点形成的一个二维区域,开关器件正常工作时的电压和电流都不会超过该区域。简单的讲,只要器件工作在SOA区域内就是安全的,超过这个区域就存在危险。
开关器件的各项参数在数据手册中都会明确标注,这里我们先来解读两个参数:
VDS(Drain-source voltage):漏源电压标称值,反应的是漏源极能承受的最大的电压值;
IDM(Draincurrent(pulsed)):漏源最大单脉冲电流(非重复脉冲),反应的是漏源极可承受的单次脉冲电流强。
9-Mos选型器件手册参数表.jpg
器件手册一般都会提供SOA(Safe operating area)数据图表,主要和晶圆的散热、瞬间电压和电流的承受能力有关,通过IDM和VDS及器件晶圆沟道损耗的限制形成一个工作区域,称为安全工作区,如下图所示。安全工作区可以避免管子因结温过高而损坏。
10-Mos选型器件手册SOA区域图.jpg
mos管初选基本步骤:
a)电压应力
在电源电路应用中,往往首先考虑漏源电压VDS的选择。在此上的基本原则为MOSFET实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的 90% 。
即:
VDS_peak ≤ 90% *V(BR)DSS
注:一般地,V(BR)DSS 具有正温度系数。故应取设备最低工作温度条件下之 V(BR)DSS 值作为参考。
b)漏极电流
其次考虑漏极电流的选择。基本原则为MOSFET实际工作环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的90%;漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的 90% 。
即:
ID_max ≤ 90% * ID
ID_pulse ≤ 90% * IDP
注:一般地,ID_max及ID_pulse具有负温度系数,故应取器件在最大结温条件下之ID_max及ID_pulse值作为参考。器件此参数的选择是极为不确定的—主要是受工作环境,散热技术,器件其它参数(如导通电阻,热阻等)等相互制约影响所致。最终的判定依据是结点温度。根据经验,在实际应用中规格书目中之ID会比实际最大工作电流大数倍,这是因为散耗功率及温升之限制约束。建议初选于 3~5 倍左右 ID = (3~5)*ID_max 。
c)驱动要求
MOSFEF的驱动要求由其栅极总充电电量(Qg)参数决定。在满足其它参数要求的情况下,尽量选择Qg小者以便驱动电路的设计。驱动电压选择在保证远离最大栅源电压( VGSS )前提下使 Ron 尽量小的电压值(一般使用器件规格书中的建议值)
                        
d)损耗及散热
小的 Ron 值有利于减小导通期间损耗,小的 Rth 值可减小温度差(同样耗散功率条件下),故有利于散热。

e)损耗功率初算
MOSFET损耗计算主要包含如下 8 个部分:
即:
PD = Pon + Poff + Poff_on + Pon_off + Pds + Pgs+Pd_f+Pd_recover
详细计算公式应根据具体电路及工作条件而定。例如在同步整流的应用场合,还要考虑体内二极管正向导通期间的损耗和转向截止时的反向恢复损耗。

7、超级电容的充放电控制:
可以使用Pmos来控制对Buck电路的开关,可以参考大交的方案,也可以把输入功率和buck的输出电压形成一个闭环来控制充电功率。
放电同样可以使用Pmos来控制,也可以直接切换Powerpath来实现这个功能。
注:使用ADC时需要注意的一些问题:
1、隔离数字信号与模拟信号
这一点应该是各位硬件大佬们最先想到的,由于模拟信号抗干扰能力比较差,系统有频率比较高的数字信号时,最好能够在硬件上对模拟信号进行隔离。我自己在这方面了解不是很深,实际使用中,在模拟电源跟地前面串了个小磁珠,在要求不是太过苛刻的环境下也够用了,如下图所示:
11-数字地、模拟地隔离.png
2、对被采集信号(输入电压、电流等关键信号)做一个有源RC滤波(特别是走线比较紧凑,并且有大功率开关器件时候更应当注意)。
程序方面就不多说了,超级电容的软件控制因具体方案的不同而不同,方法多种多样,再者自从2018年增加60J能量后,纯软件限制功率的门槛降低了很多。鉴于篇幅,我只选择了超级电容设计中阻碍较大的硬件设计来进行交流。

6、超级电容做成什么样才叫好?大家用的是成品的超级电容组还是自己组装的?
当然是稳定耐操持久高爆发啦,合适自己的才是最好用的。时间和人员充足的话,自己设计电容组能更加适配自己的机器人,节省空间。但要把控好稳定性,进行充分的测试。

7大佬,讲讲充电电流控制吧。
充电电流控制可以用恒流恒压的降压模块,上面也提到过,但是注意电流倒灌容易损坏降压模块的MOS,所以最好限制降压模块到电容组之间的电流方向。

8超级电容会可以带电入场吗?(从零电压开始充电对技术的要求可能比从一定基准电压开始充电技术要求更高吧。
可以带电入场,一般是放不到0电压的,技术要求上可能需要你的降压部分能够承受足够的功率。

9还有能不能推荐下好用电容型号和厂家?
这个我回头看看,现在记不住了,大家这方面试过多的也可以多交流交流。

10以及精度高一点的电流检测或者电压检测芯片,直接分压ADC测的感觉有点奇怪
直接分压检测效果不好是正常的,具体参考我对ADC提出的建议,设计上注意就行了。

11、超级电容利用的能量容量在大概多少会比较合适去适应赛场上的状况。
这个看你超级电容模块的方案,如果你有升压部分和Powerpath管理的话,电容容量理论上越大越好。如果没有的话,考虑电容充电时对整体机器人的影响来选择电容大小,多测试。

12、有没有好的大电流恒流源或恒功率源方案吗?
这个大家淘宝找找吧。

13超级电容容量怎么选取?
容量看你的电容方案,要是功率路劲能切换,电容没电就切换到裁判系统输出的话,完全可以堆叠电容容量。如果不能,那就自己测试最佳容量吧。

14大佬觉得超级电容的使用需要功率检测加自动切换吗?
有总比没有好,但是是在稳定的前提下。我觉得看战队情况而定,如果人员充足,技术充沛,那干就完事了。

15、这相当于是恒流么?不是恒功率吗?
市面上大部分都是输出恒流恒压模块,可以实现不超功率,但不能实现功率利用的最大化,要想实现可以自己做输入电流的闭环。

16有什么比较好的方法去检测电容的电量嘛?
我可能没理解你的意思,电容电量我觉得检测电容电压就可以啊。

17大佬,电流传感器推荐下吧
TI(德州仪器)有很多,自己去找找。

18、电流采样是自己做的还是用模块呀?
功能上来说,都行,但是我觉得想要尽量减少体积的话,自己设计整合到一起。

19、哨兵10MF可以想办法加下超级电容吗?
我并没有考虑过这个问题,大家一起讨论讨论吧。

20、我们计划用恒流源给电容充电,以达到控制功率的目的,请问大佬们有没有好的恒流源方案?
淘宝上找能调节设定电流的,带电位器的话,改电位器,用stm32的DAC就能搭建一个简单的输出电流闭环,你再自己采集降压模块输出电压的话,就能做输出功率闭环了。

21好像没有说过恒流的部分(一个网友的疑惑)
恒流降压模块的设计这次就不说了,我自己能力有限哈哈,大家肝好可以试试,淘宝上的模块简单好用。

22、超级电容组利用的能量容量设计在大概多少会比较合适去适应赛场上的状况?
问题11回答过啦,参考上面。

23如果用MOS管控制超级电容的电流输入的话,是不是需要加电容滤波?如果需要,电容的容值大概选多少合适呢?
单独用MOS管控制超级电容输入电流我没有试过,但是你的超级电容组就相当于是一个超级大的滤波电容了。所以我觉得你要考虑的不是加滤波电容的问题,而是怎么样确保在你MOS导通或者上升沿、下降沿器件不被大电流损坏。。超级电容内没电时阻很小的哦。我推荐用mos控制恒流降压模块的输入比较好。

24MOS管控制通断的频率大约是多少数量级呢?
这个没试过,就无能为力啦。

25利用裁判系统的数据,如果从主控板转发到超级电容,延迟会不会很严重?需不需要超级电容先读取裁判系统数据再转发给主控板?
这个延时取决于你的CAN发送频率和CAN总线的占用率。可以用超级电容先读,但同样的热量限制方面又会产生新的延时。我觉得主控读在发给超级电容就没问题。

26、不管是电容的控制电路还是其他部分的控制电路大多需要12V5V的供电,请问有没有建议的供电手段,是用稳压芯片还是模块?
这个模块,芯片都可以,我推荐有一定硬件基础的同学用芯片,一开始设计上可以模仿大疆开源的主控进行元件选型。之后可以尝试更多高效率小体积的降压方案。

27、电容的容量怎么选择?
这个之前说过啦。

28、输出增加升压电路会不会造成功率浪费?*(直接用26-20V的能量如何)
会,升压模块的效率会浪费一定的功率,但是你能把电容组榨干到10V左右,能大大提高你的电容利用率。

29MOS控制的频率一般在什么范围内?太高了会造成能量浪费啊
Mos的控制频率在几十K赫兹都是可以的,具体要看你的MOS驱动电路的驱动能力和你MOS的栅极电荷数值。

30、请问下电容的利用电压范围大概是多少?
没有升压的话,到15V甚至更低电调电机都能正常工作的,但是PID会变软,影响控制效果,效率也会降低,有升压模块的话,能利用的10V左右,取决于升压模块的最低电压。

31、请问大佬有思考过全硬件闭环(稳定功率80W)吗【回传电容组的电压状况给软件系统调控功率限制】?会有什么劣势还是施行起来比较困难?
限制80W全硬件闭环是完全可行的,我们2018赛季就是这么做的,通过剩余60J来调制硬件功率闭环的设定值。硬件闭环可以多试试一些开关电源管理芯片,网上还是有很多资源的。

32、除了开源的功率限制方法,有没有更好的功率限制和超级电容相结合的办法?
功率限制方法我目前能想到的只有纯软件(用裁判系统60J完全能限住)或者恒流模块配合电容的方案。欢迎大家提出新的方法一起探讨。

33、在进行用剩余功率进行充电的方案中,在优化过开关损耗和导通损耗后,在电容组低电压时DS极间压差较大,Mos管发热严重,请问是否有什么建议的解决方案?
请问你的MOS是用来做PowerPath切换的还是工作在开关状态下用来做DC-DC变换的mos?如果是前者的话,我觉得减小mos的导通内阻(确定你的栅极电压能够让MOS完全开通),后者的话,看你的栅极波形,观察上升沿和下降沿时间,是不是死区时间不够,存在上下桥臂都开通(不完全关断)的状态,提升MOS驱动能力。至于你说的DS压差较大并不会造成发热,应该是其他原因。

34、在电容给底盘供电时,如何做到电池时刻给电容充电,我在调试的过程中,发现超级电容供电时,如果一直充电的话,会超功率,请问这是那方面的原因呢?
一直充电会超功率,确定你的恒流恒压模块设定的没问题?因为大部分这种模块都是对输出恒压恒流,对于电容组来说,随着电容组的放电(输出功率大于充电功率)电容组电压会下降,但由于恒流模块的硬件电流闭环,电容电压下降会导致你的恒流模块给电容的充电功率下降。。

35、请问大佬是用什么将超级电容和主控板联系到一起的?
主控只是和电容模块通信,电容模块最好有自己的控制部分。
这个去拜托你们战队硬件组的大佬把,让他们给你们设计一个自带主控的电容模块。

36、大佬可以讲讲超级电容上软件部分的方案吗,有什么比较好的算法让底盘边跑边充的同时,超级电容又不会抢了底盘的那路电?
这个大家一起讨论吧,软件需要配合你的硬件才行,你的电容模块设计有硬件上的输入电流闭环的话(类似我框图的结构)就能做到边跑边充电。

37、电容放电是电源放电功率和电容放电功率比例怎么控制?就是说怎么控制是电容放电?
取决于你的功率路径管理,这个我上面发的有提到,我上面提到了两种方案,大家认真看看。

38、电容是不是越多越大越好?
肯定不是啊,考虑机器人重量尺寸、和你的电容能不能从功率路径中切出去,电容没电了是不是要边跑边冲等等问题。

39、大佬,有没有测过加了电容后最大功率能到多少啊?
这个没测试过。

40、就是什么算法可以很好的抑制电容充电在底盘大功率瞬间不会抢了底盘的正常供电?
可以有以下几种两种思路:
留出功率余量。以防底盘输出功率的瞬间提升硬件闭环响应慢导致的超功率。
在特定情况下提前降低充电功率的设定或直接不充电。

41、不知道大佬有没有尝试过先升压模块再级联一个降压开关来限流给电容充电以提高高电压时的快速充电,如果要级联的话,前后模块开关的频率需要在数量级上差开吗?差开的话差多少合适(比如前一个模块300KHz,自己的开关30KHz会不会有干扰模块工作的问题?
这个没有试过。想提高充电速度可以降低电容串联数量,增加并联数量,之后再升压,这样也能达到你所说的效果。

42、这个市场上的电流传感器和裁判系统测量的数值,是不是有一定的差距?
有差距是正常的,一般都会留下几瓦或者几十焦耳能量作为余量。我自己测出来的差距在3-4瓦以内。

43、大佬有没有比较好的板间通信处理方法以及故障应对措施?
CAN,RS485都是非常好的选择。担心故障的话那就好好走线,做冗余通信。

44、万一赛场上出现意外,例如突然超功率之类的,大佬有没有什么防护措施呢?
可以读裁判系统扣血原因,检测超功率扣血之后,下调功率限制设定。

45、例如超级电容模块,功率检测模块,自己加的东西越来越多,有没有必要做个冗余通信防止不稳定?
你可以把它超级电容,功率检测都做到一块板子或者一个模块上。冗余通信做得不彻底还不如不做。

46、能不能稍微详细讲下咋改买到的恒流Buck模块啊,程控电阻?
有的模块带通信,没有的话就拆掉电阻,改一改电路,用单片机ADC输出电压跟随器给电压就行。(不一定是电压跟随器,你得先看看之前电压范围。。)

47、加电容是为了辅助电池放电,那问题是怎么知道是电容在帮着电池放电,或者说,怎么知道此刻电机主要在消耗电容放的电,电池和电机的释放功率比例关系单纯从电压这个参数考虑吗?
不不不,如果你仔细看了我给的框图的话,每一个时刻,电池和电容只有一个再给底盘供电的,同时供电的话会因为电压差而可能出现多电源之间的电流倒灌。

48、大佬供电用的是24V还是比24V高的呢?
加升压模块的话可以把电压升到27V底盘正常用没问题,再高我们没有试过。
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[其他] 「活动已结束」「RM圆桌」第四期 超级电容哪家强?

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下士neutdthq
2019-1-25 19:00:31 显示全部楼层
大家好我是昊汧

[其他] 「活动已结束」「RM圆桌」第四期 超级电容哪家强?

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下士neutdthq
2019-1-25 19:26:28 显示全部楼层
安全工作区的定义:SOA(Safe operating area)是由一系列(电压,电流)坐标点形成的一个二维区域,开关器件正常工作时的电压和电流都不会超过该区域。简单的讲,只要器件工作在SOA区域内就是安全的,超过这个区域就存在危险。
开关器件的各项参数在数据手册中都会明确标注,这里我们先来解读两个参数:
VDS(Drain-source voltage):漏源电压标称值,反应的是漏源极能承受的最大的电压值;
IDM(Draincurrent(pulsed)):漏源最大单脉冲电流(非重复脉冲),反应的是漏源极可承受的单次脉冲电流强。
Mos选型器件手册参数表.jpg

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下士neutdthq
2019-1-25 19:24:11 显示全部楼层
图大家去帖子里看,接下来我们说说MOS的选择

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版主快拆小分队
2019-1-25 19:48:41 显示全部楼层
@我是李嘉图  TI  是德州仪器  半导体厂商

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下士neutdthq
2019-1-25 19:32:44 显示全部楼层
3、        超级电容会可以带电入场吗?(从零电压开始充电对技术的要求可能比从一定基准电压开始充电技术要求更高吧
可以带电入场,一般是放不到0电压的,技术要求上可能需要你的降压部分能够承受足够的功率。

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下士neutdthq
2019-1-25 19:25:56 显示全部楼层
开关器件长期工作于高电压大电流状态,承受着很大的功耗,一但过压或过流就会导致功耗大增,晶圆结温急剧上升,如果散热不及时,就会导致器件损坏,甚至可能会伴随爆炸,非常危险。
这里就衍生一个概念,安全工作区。安全工作区(SOA)曲线,该曲线同时描述了漏极电流和漏源电压的关系。基本上,SOA定义了MOSFET能够安全工作的电源电压和电流。

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下士neutdthq
2019-1-25 19:22:44 显示全部楼层
1、  电容组的选择:电容选择时要注意几点,电容的容量、耐压、内阻。市面上大部分超级电容都为2.7V XXXF的,可以自己购买单个电容来针对机器人的机械安装设计电容组PCB,但需要注意一定要设计过充保护。以防出现事故。。。
超级电容2.png 超级电容1.png
另外也可以选择购买成品电容组,这种一般都带有过充保护,但并没有均压功能,一般会随着使用时间的增加各个电容的差异。。导致性能下降。。。




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下士neutdthq
2019-1-25 19:10:19 显示全部楼层
2、        需要稳压输出,随着超级电容的放电,电容组电压会大幅度下降,如果直接把电容组电压供给底盘,轻则造成底盘电机效率降低,特性变软,影响底盘控制;重则导致电调欠压重启,造成致命问题。。
3、        能存储足够多的能量,一方面这涉及到电容组的选型,和机械尺寸,重量的限制,需要在设计时综合机器人的实际情况考虑,另一方面涉及到超级电容的方案中是否对电容电压进行升压,这直接关系到你能使用你电容组总容量的多少。
4、        功率路径的管理和切换:一般情况下电容迟早会没电,电容充电需要时间,而赛场上没有人会给你时间回复自己的电容能量。这就需要能够控制什么时候用电容作为底盘电源,什么时候用裁判系统输出作为底盘电源。而对于这个问题,我粗略的把它划分为主动式功率路径管理和被动式功率路径管理,他们的区别会在之后提到。
5、        当裁判系统切断底盘供电,不论超级电容有电与否,超级电容模块必须停止底 盘供电。
6、        底盘输出功率不足80W时,剩余功率对超级电容充电,并且当底盘功率大于80W且超级电容有电时,输入功率恒定为80W左右。。

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中校哈哈哈
2019-1-24 09:49:18 显示全部楼层
两个圆桌时间不一样哦~海报君午饭是不是不保了

点评

改回来了,但我的午饭也被取消了:'(  详情 回复 发表于 2019-1-24 10:20

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工作人员RM圆桌
 楼主| 2019-1-24 10:20:48 显示全部楼层
哈哈哈 发表于 2019-1-24 09:49
两个圆桌时间不一样哦~海报君午饭是不是不保了

改回来了,但我的午饭也被取消了

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中校哈哈哈
2019-1-24 14:29:57 显示全部楼层
RM圆桌 发表于 2019-1-24 10:20
改回来了,但我的午饭也被取消了

论坛每位坛友给你1毛钱,应该可以吃好几餐金拱门

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中尉Copyright
2019-1-24 14:40:12 显示全部楼层
热身赛时被这位小哥哥问路过几次。。。。。。。。。

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版主快拆小分队
2019-1-24 17:01:33 显示全部楼层
Copyright 发表于 2019-1-24 14:40
热身赛时被这位小哥哥问路过几次。。。。。。。。。

然后小哥来做嘉宾了!什么时候轮到你呢!

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版主快拆小分队
2019-1-25 10:08:17 显示全部楼层
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下士neutdthq
2019-1-25 17:07:15 显示全部楼层
自己顶一顶

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管理员admin
2019-1-25 18:10:08 显示全部楼层
大家有疑问可以先提问哈!

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版主快拆小分队
2019-1-25 18:10:40 显示全部楼层
是的是的!大家有疑问可以先提问哈!

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