无人机、机器人 RC 2S1P 电池管理解决方案参考设计

电池管理系统（BMS）通常包含若干功能块，如：FET驱动、电流监控、单电池电压监视器、单电池电压均衡、实时时钟、温度监控和状态机,可使用许多功能块和设计技术。认真考虑电池要求和电池寿命目标有助于确定合适的架构、功能块和相关集成电路，进而创建电池管理系统和充电方案，以优化电池寿命。

电池管理系统（BMS）在机器人领域中具有举足轻重的作用，时刻监测每一块电池的电压、内阻、SOC变化以及整组电池的电压、充放电流、SOC、温度等工作参数，当工作参数发生异常时，及时进行信息显示，发出预警，甚至自动执行关断等保护动作。

BMS的作用功不可没，但是其所起到的作用并没有达到预期效果，其最大的短板就是无法高效解决电池组的不一致性问题。

首先，BMS未能很好地解决电池不一致性问题。电池组使用期间最容易出现不一致性问题，不一致性问题原因复杂，电池生产工艺、充放电参数、环境温度、等等都会引起这一问题，轻微的不一致性问题对电池组的运行影响不大，几乎感觉不到，但这一问题会随着充放电次数的增加和时间的积累呈加速趋势，并且是呈指数加速。电池不一致性问题是困扰电池组安全高效运转的最常见问题，很多更为严重的问题甚至事故都是由它引起的，可以说，不解决电池的不一致性问题就无法保证电池组的安全运行，特别是如果充放电参数不合理将导致“落后”电池频繁发生过充电和过放电问题，最终导致电池组失效、热失控，甚至发生安全事故。尽管一些BMS具有电池均衡功能，但基本上都是耗能式放电均衡技术，并且只能用于充电期间，而且均衡时间特别漫长，对于大电流充放电的大容量动力电池组没有达到预期的作用和效果。

其次，BMS的监测功能并不能很好地发挥电池组的运行功效。电池组发生严重不一致性问题后，BMS会立即监测到，为了防止“落后”电池过充电和过放电会适时发出预警信息并适时关闭充电通道和放电通道，这将导致正常电池无法充满电和有效放完电，正常电池的容量利用率降低，直观感觉是电池容量下降严重，衰减的厉害，对于电动汽车而言就是续航里程严重下降。

第三，研制BMS的本意是保障电池组的稳定运行。这里的稳定不仅包含充放电运行稳定，还要包括有效容量稳定，有效容量稳定主要是指单体电池和整组电池容量的衰减要符合电池的正常衰减规律，在设计循环寿命周期内，容量处于平稳衰减，如果无法保证电池的合理衰减那就意味着BMS的功能和作用没有实现。BMS的核心是管理，保障电池组的容量稳定和安全运行，如果无法实现容量稳定这一最重要的功能，那么就不能叫做电池管理系统，称为电池监测系统（Battery Monitoring System）更切实际。电池的衰减有一个持续的过程，是一个与时间有关的从量变到质变的过程。电池的衰减包括自然衰减和运行衰减。自然衰减相对稳定，运行衰减才是最大并且急需要解决的问题。运行衰减是与电池发生不一致性密切关联的，如果能在电池出现不一致性的初期就将不一致性问题消除，那么电池组的不一致性问题就没有了，自然也就消除了运行衰减。

电池组不一致性问题的解决靠什么?当然是电池主动均衡装置。鉴于不一致性问题发生的特点，只有采用实时均衡技术才能起到快速消灭不一致性问题的作用，并且这种技术要能与BMS进行有机结合，实现无缝对接，将两种技术结合在一起就可以实现真正的强强联合。作为一种实时电池均衡技术，国家专利技术：电能转移式电池均衡器（专利号201220553997.0）以及特别为单体2V的电池组设计的2V铅酸蓄电池均衡器（专利号201520061849.X）则很好地解决了这一问题，具有实时均衡、均衡电流自适应、均衡电流范围大、与电池串数无关、微损耗、无需辅助电源、均衡效率高、均衡精度高（mv级）、与电池的工作状态无关等特点，一旦电池间出现超过设计精度的电压偏差，均衡功能立刻介入，立即自动启动均衡功能，完成均衡后自动进入待机监视状态，还有一点，这两项专利技术都很好地解决了功能与成本的矛盾问题，通过特殊的设计，摒弃各种专用芯片如CPU、MCU等，大幅度降低设备成本，减轻用户负担。由于这项技术采用的是实时介入、实时均衡技术，电池间很难发生大电压差情况，最大均衡电流也很小，仅在电压发生波动时才会启动，基本没有发热现象，有利于电池组的稳定运行。

最关键的BMS系统，BMS具体参数设置，以及电池组的放电管理，这些是需要长时间试验尝试，并且需要卓越的算法去实现对每一个电池的精细管理，特斯拉有上千颗电池，管理这些电池将是最关键的技术，这个也就是为什么同样的电池容量的电动汽车，续航里程，充电时间，启动加速时间，电池寿命大不相同的。

  BMS（Battery Management System）电池管理系统主要分为两部分，第一部分是前端模拟测量保护电路 （AFE），包括电池电压转换与量测电路、电池平衡驱动电路、开关驱动电路、电流量测、通讯 电路；第二部分是后端数据处理模块，就是依据电压、电流、温度等前端计算，并将必要的信息通过通信接口回传给系统做出控制。因此，透过BMS能准确量测电池组使用状况，保护电池不至于过度充放电，平衡电池组中每一颗电池的电量，以及分析计算电池组的电量并转换为驾驶可理解的续航力信息，确保动力电池可安全运作 。
  无人机、机器人如今抢尽风头，成为行业内最炙手可热的科技产品。当前，无人机制造商不仅在产品功能及外观上各展千秋，可载人、高分辨率摄影、可抛飞等应用绝招尽出，也更加讲究电子设计性能，务求更加节能及优良的操控体验，而此时“电机控制”和“电池管理”解决方案便扮演极重要的角色。
  TIDA-00982电量监测计能精准测量电池电量，具有先进的充电方式，可快速将监测、保护、平衡和充电功能添加至适用于无人机、机器人或 RC 产品的任何新设计，助力产品飞得更高高、走得更远！

  随着移动设备普及率的不断提高，消费者对于移动设备的使用体验的要求也越来越高，而续航能力则是用户体验中很重要的一项指标，因此电源管理对于依赖电池电源的移动式设备至关重要。
  电池管理系统主要有三个功能：
1. 实时监测电池状态。通过检测电池的外特性参数（如电压、电流、温度等），采用适当的算法，实现电池内部状态（如容量和SOC等）的估算和监控，这是电池管理系统有效运行的基础和关键；
2. 在正确获取电池的状态后进行热管理、电池均衡管理、充放电管理、故障报警等；
3. 建立通信总线，向显示系统、控制器等实现数据交换。
  TI给TIDA-00982添加了一些高级功能，诸如可编程保护功能、电池的诊断使用寿命数据监控器和黑盒记录器；板载3.3V/5V 500mA稳压器，能运行外部控制器，能更好的服务系统。

电源管理对于无人机类产品，太重要了，谁也不想飞着飞着没电掉沟里。选择良好的解决方案是必须的。TI可以提供如此详细和专业的设计方案，对于相关从业人员来说省老事了。

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无人机和各种移动电子设备，比如航模，电池供电的机器人，都需要使用电池供电，电源管理就显得至关重要，直接影响电池的寿命，也会影响各个模块的功能，

TI为提供的用于一套无人机、机器人 RC 2S1P 电池管理解决方案参考设计综合考虑了 监测、保护、平衡和充电功能等功能，评估版也可以使开发者快速上手，实现无人机、机器人 RC 2S1P的电源管理

无人机在航模大赛上应用极为广泛，对电池寿命解决方案尤其重要，在电池使用上如果不能有一个合理高效的管理系统将会严重影响系统的正常工作。研读好电源管理知识，解决这一问题给广大无人机设计开发生产人员带来实实在在实惠，选择良好的解决方案是必须的。TI可以提供如此详细和专业的设计方案，值得借鉴参考学习。

以前做两轮的平衡车，四轴的飞行器，很少考虑用BMS系统，大多数是为了学习控制算法，滤波算法。把重点都放在这个上面去了，对电源的消耗，节能这部分确实考虑的比较少。但是如果做一个商用的产品，这块就是一个重要的组成部分。不然的话做出来的东西能耗大，四轴飞行的时间太短，两轮平衡车也跑不了多远，用户可能是不会满意的。参考TIDA-00982这个设计，在以后的项目中对于电源的管理有很大的帮助.希望在以后的项目中把BMS考虑进去，做出有竞争力的产品。

随着智能机器的出现，现在电池的重要性越来越明显，现在无人机是一个热门的新兴产品，对于无人机电池优化也确实比较重要，看了该文章，觉得这套电池管理方案还是挺完善的，值得借鉴。

        作为需要自行运动并且有灵活的运动空间的电子设备，智能机器人必然需要使用电池供电，因此，电池的充放电效率和使用寿命在机器人的应用中是一个重要课题。由此应运而生的电池管理解决方案 (BMS)是众多半导体厂商争相竞技的舞台。综合来看，TI是这方面最给力的方案提供商，  TI不仅提供了多种应用场合的电池管理解决方案参考设计，而且提供了丰富的电子元器件供大家选择。

        移动机器人是工业机器人的一种类型，它由计算机控制，具有移动、自动导航、多传感器控制、网络交互等功能，它可广泛应用于机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业的柔性搬运、传输等功能，也用于自动化立体仓库、柔性加工系统、柔性装配系统（以AGV作为活动装配平台）；同时可在车站、机场、邮局的物品分捡中作为运输工具。

        AGV能源系统是AGV的关键系统之一，它包括：电池智能充电管理系统、智能电池充电机、电池电量检测和电池。智能的电源管理机制，最大化地提高将电池能量转换为机械驱动力的效率，从而增加单次充电的使用时间，同时也可延长电池使用寿命。

        TI提供的高级解决方案有很高的集成度，旨在缩减解决方案的外形尺寸。除了减少板级空间占用之外，许多此类解决方案还降低了功率耗散并提高了总体效率。TI的电池管理解决方案可支持多种电池化学组成和电池单元数量，从普遍使用的锂离子电池（Li-Ion）技术到业界标准的镍氢电池 （NiMH）和铅酸电池等。因此TI的产品是相当不错的。

机器人就是利用机器来模拟人的行为，或者是利用算法来使机器变得智能，解放人的大脑和双手。不过任何机器的运作都离不开电源系统。自己之前做过四轴飞行器和平衡车那种脱离有线供电的机器，对电源系统比较敏感。特别是现在市面上的商业无人机那么多，但是续航能力和电池寿命一直是产品的痛点。TI提供的针对无人机、机器人应用的RC 2S1P 电池管理解决方案，提供充电平衡和电池保护和监护对价格昂贵的电池来说是一大福音哦！TI的参考设计对开发者也是莫大帮助，提高了产品设计的成功率，赞~

机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物理能，指力、速度、可靠性、联用性和寿命等。因此，可以说机器人就是具有生物功能的实际空间运行工具，可以代替人类完成一些危险或难以进行的劳作、任务等。

目前无人机或机器人的电机及其控制系统已经很成熟和稳定了，难点在于电池和续航路程，归根结底就是电池管理系统，需要更智能更高效率的电池系统。电池的容量越大体积也越大，而无人机、机器人或无线电控制 (RC)产品由于体积限制不能太大，所使用的电池容量就有限，如何在有限的动力下工作更长的时间，是科研人员需要解决的，采用低功耗产品、增加休眠功能、增加电池管理系统等能起到一些作用。

TI针对无人机、机器人或 RC 产品推出的TIDA-00982 参考设计，用于 2S1P 电池管理解决方案 (BMS) 的子系统设计，能精确测量锂离子电池和锂聚合物电池中的可用电量；充电时具有集成型电池平衡；可编程保护功能等，优化电源管理，提供电源效率。

希望有实际案例具体分析指标和性能。

TIDA-00982 参考设计是一款用于 2S1P 电池管理解决方案 (BMS) 的子系统设计，其特性可以让工程师非常方便地进行设计。通过定制电源控制系统可实现快速将监测、保护、平衡和充电功能添加至适用于无人机、机器人的新设计，电源管理方案将让您快速地投入工作并测试高级电源的管理功能。

这也是TI产品在实际运用中的特点！

 无人机 对载重非常敏感的系统，在电路板上都是要小巧才行的。TI提供的这套应用系统非常的小巧，不仅满足了充放电的平衡控制，还可以有效的对电源做好监控，确保飞行器在飞行可控范围内有足够的电量返回，且在电能消耗一定程度后可以继续保证充足的电流输出，让系统平稳的运行。

随着航拍的流行，无人机拍照已经受到越来越多人的喜爱。都知道供电对无人机来说是个大的技术难点，因为重则需要加大供电，轻则电池不够用。ti给出这个方案，真是给需要的实际者省了不少事啊。同时即使是现在不需要的，也是一个不错的参考学习资料。

       2017年3月9号，阿里宣布启动“NASA”计划，20年内建造机器学习、生物识别、芯片全新研发团队。机器人风暴时代即将到来，各大IT技术巨头都大力发展人工智能技术，机器人产业创新创业生态也在不断完善，未来机器人应用必将更广泛，更智能。

       而电源、新型传感器技术等是机器人发展的重要一环，不因成为人工智能技术发展的障碍。各个领域对电源管理IC的需求越来越高，所有电源技术的发展需要更多的投入人力物力，研发出更高性能的电源管理IC，以满足人工智能、机器人工作需求。