机器人常用的电池和电源.ppt

机自机自1206班班主讲人：卢凡主讲人：卢凡组员：廖志梁、马成、丁涛、组员：廖志梁、马成、丁涛、张景栋张景栋机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源123目录目录1.1 机器人常用电池1.2 线性稳压电源1.3 开关电源 机器人的能源子系统是为机器人上所有的控制子系统、驱动及执行子系统提供能源的部分。通常小型或微型机器人采用直流电作为电源；重点介绍和对比当今常见的电池技术。机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源 1.1机器人常用机器人常用电池池-简介简介（1）定义：）定义：电池是指能将化学能、内能、光能、原子能等形式的能直接转化为电能的装置。机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源（2）分类：）分类：在化学电池中，根据能否用充电方式恢复电池存储电能的特性，可以分为一次电池（也称原电池）和二次电池（又名蓄电池，俗称可充电电池，可以多次重复使用）两大类。由于需要重复使用，机器人上通常采用二次电池。1.1.1 干电池 1.1.2 铅酸蓄电池1.1.3 镍镉/镍氢电池1.1.4 锂离子/锂聚合物动力电池1.1 机器人常用电池1.1.1 干电池 机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1、简介：、简介：我们在生活中经常用到干电池。电子闹钟、电动剃须刀、手电筒等都是以干电池为电源的设备。干电池属于化学电源中的原电池，或者称为一次电池。2、适用范围：、适用范围：干电池不仅适用于手电筒、半导体收音机、收录机、照相机、电子钟、玩具等，而且也适用于国防、科研、电信、航海、航空、医学等国民经济中的各个领域。3、分类：、分类：常见的有普通锌-锰干电池、碱性锌-锰干电池、镁-锰干电池、锌-空气电池、锌-氧化汞电池、锌-氧化银电池、锂-锰电池等。1.1.1 干电池 机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源锌锌-锰干电池的结构与原理锰干电池的结构与原理锌锰干电池是日常生活中常用的干电池。正极材料：MnO2、石墨棒负极材料：锌片电解质：NH4Cl、ZnCl2及淀粉糊状物电池符号可表示为（）ZnZnCl2、NH4Cl（糊状）MnO2C（石墨）（）负极：ZnZn22e正极：2MnO22NH42eMn2O32NH3H2O总反应：Zn2MnO22NH42Zn2Mn2O32NH3H2O机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.1.2 铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种具有一百多年应用历史的蓄电池。（1）组成：）组成：1、阳极板(过氧化铅.PbO2)-活性物质2、阴极板(海绵状铅.Pb)-活性物质3、电解液(稀硫酸)-硫酸.H2SO4+水.H2O4、隔离板、电池外壳等附件机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源（2）工作原理：工作原理：电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化：(阳极)(电解液)(阴极)PbO2+2H2SO4+Pb-PbSO4+2H2O+PbSO4(放电反应)(过氧化铅)(硫酸)(海绵状铅)(阳极)(电解液)(阴极)PbSO4+2H2O+PbSO4-PbO2+2H2SO4+Pb(充电反应)(硫酸铅)(水)(硫酸铅)1.1.2 铅酸蓄电池机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.1.2 铅酸蓄电池（3）免免维护蓄蓄电池池：免维护蓄电池的工作原理与普通铅蓄电池相同。放电时，正极板上的二氧化铅和负极板上的海绵状铅与电解液内的硫酸反应生成硫酸铅和水，硫酸铅则沉淀在正负极板上，而水则留在电解液内；充电时，正负极板上的硫酸铅又分别还原成二氧化铅和海绵状铅。对免维护蓄电池，由于其负极板上的硫酸铅含量比正极板上多，因此，充足电时正极板的硫酸铅全部转变成了二氧化铅，而负极板用来产生氧气，用于使多余的硫酸铅转变成海绵状铅。同时，在正极板上所产生的氧气也不会外逸，而是迅速与负极板上的活性物质（海绵状铅）发生反应生成二氧化铅，再与电解液中的硫酸反应变成硫酸铅和水。机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源（4）免免维护蓄蓄电池池的的性能特点：性能特点：1、自放自放电量小量小2、失水量小、失水量小3、启、启动性能好性能好4、使用寿命和、使用寿命和储存寿命存寿命长5、使用方便、使用方便1.1.2 铅酸蓄电池镍镉电池镍镉电池 简介一简介一镍氢电池镍氢电池 简介二简介二 镍镉电池是最早应用于手机、笔记本电脑等设备的电池种类，它具有良好的大电流放电特性、耐过充放电能力强、维护简单等优势。但其最致命的缺点是，在充放电过程中如果处理不当，会出现严重的“记忆效应”，使得电池容量和使用寿命大大缩短。镍氢电池是早期的镍镉电池的替代产品，不再使用有毒的镉，可以消除重金属元素对环境带来的污染问题。它是使用氧化镍作为阳极，以及吸收了氢的金属合金作为阴极，由于此合金可吸收高达本身体积100倍的氢，储存能力极强。1.1.3 镍镉/镍氢电池机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.1.3 镍镉/镍氢电池 镍氢电池采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作为正极，储氢金属作为为负极，碱液（主要KOH）作为电解液，镍氢电池充电时，正极：Ni(OH)2 e+OH-NiOOH+H2O负极：MHn+ne M+n/2H2放电时正极：NiOOH+H2O+e Ni(OH)2+OH-负极：M+n/2H2 MHn+ne机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.1.4 锂离子/锂聚合物动力电池（1）简介：）简介：铅酸蓄电池和镍氢电池都有一些其固有的缺点，例如能量密度较低、大电流放电能力不足、自放电率较高等。当前广泛使用的可充电电池化学技术是锂离子电池技术（Li-Ion battary）。锂离子电池因为拥有非常低的自放电率、低维护性和相对短的充电时间，已被广泛应用在数码娱乐产品、通讯产品等领域。机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源（2）优点：）优点：单元标称电压达3.6-3.7V，其在常温中以等电流密度放电时，放电曲线极为平坦，整个放电过程中电压平稳。另外，在摄氏-40度的情况下这类电池的电容量还可以维持在常温容量的50%左右，远超过镍氢电池。因此其具有极为优良的低温操作性能。再加上其年自放电率约为2%左右,所以一次充电后贮存寿命可长达10年以上。缺点：缺点：首先影响锂离子电池使用的是其安全性。其次是价格。1.1.4 锂离子/锂聚合物动力电池123目录目录1.1 机器人常用电池1.2 线性稳压电源1.3 开关电源机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.2 线性稳压电源（1）定义定义：“线性稳压电源”主要是针对开关电源来说的，指的是使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET来进行稳压的电源。从输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。（2）原理原理：线性稳压器能保持稳定输出额定电压的原理均是在工作在线型区的晶体管电路中引入负反馈，保证当输出电压过高时能降低输出电压，当输出过低时提高输出电压。机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.2 线性稳压电源（3）举例：）举例：常见的线性电源主要是三端稳压器件，例如78xx/79xx 系列三端稳压器件是最常用的线性降压型 DC/DC 转换器，78xx/79 系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采用。如7805，7806，7809，7812，7815，7824，（79），以及三瑞可调稳压（LM317,337,338.）78xx/79xx系列在降压电路中应注意以下事项：系列在降压电路中应注意以下事项：1、输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏；2、输出电流不能太大，1.5A 是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿；3、输入输出压差也不能太小,大小效率很差。123目录目录1.1 机器人常用电池1.2 线性稳压电源1.3 开关电源机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.3 开关电源 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.3 开关电源 开关电源的选用：开关电源的选用：开关电源在输入抗干扰性能上，由于其自身电路结构的特点（多级串联），一般的输入干扰如浪涌电压很难通过，在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势，其输出电压稳定度可达(0.51）。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，在选用中应注意以下几点：机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.3 开关电源 1、输出电流的选择、输出电流的选择 Is=KIf 式中：Is开关电源的额定输出电流；If用电设备的最大吸收电流；K裕量系数，一般取1.51.8 2、接地、接地 开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源1.3 开关电源 3、保护电路、保护电路 开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。4、开关电源技术的发展动向、开关电源技术的发展动向 开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。机器人常用电池及电源机器人常用电池及电源开关电源与线性稳压电源的比较1.开关电源和线性电源相比，通常具有允许较高的输入输出压差、效率高（满载效率通常可达到75%以上，甚至可达到95%-97%）、体积小等优势。2.由于开关电源是依靠开关晶体管不断导通和关断的原理工作的，因此也带来了电源品质通常不如线性电源、瞬态响应特性不如线性电源、有电磁辐射等先行电源所没有的缺点。致 谢!