随着AGV、AMR、机器狗、人形机器人、无人车、无人艇以及工业移动设备向长续航、高功率和连续作业方向发展,单电池供电逐渐难以满足部分设备的实际需求。
因此,双电池管理系统开始受到关注。
所谓双电池管理,简单来说,就是对两组独立电池进行:
监测、充放电控制、功率分配、状态判断和安全切换。
需要特别注意的是,双电池系统并不等于简单地把两块电池正负极直接并联。
一个完整的双电池系统通常需要考虑:
BMS、电源路径、接触器或MOSFET、SOC、SOH、电流、电压、温度、通信、防反灌以及切换逻辑。
对于需要连续工作的机器人和工业车辆而言,合理设计双电池管理系统,可以提高设备能源利用效率,并为备用供电、换电和不中断运行提供系统基础。
双电池管理系统,是指针对两组电池进行统一能源管理的一套系统架构。
例如:
电池A + 电池B + 双电池控制单元 + 负载
系统根据两组电池的状态决定:
哪一组电池供电
两组电池是否同时供电
什么时候切换
什么时候充电
哪一组优先使用
出现故障后如何隔离
因此,双电池管理系统的核心并不是“两块电池”,而是:
如何让两块电池安全、可靠、可控地协同工作。
双电池系统主要适用于以下几类需求。
两组电池可以提供更大的总储能量。
一组电池工作,另一组处于备用状态。
当一组电池电量较低时,可以切换到另一组电池。
双电池架构可以与自动换电机构结合。
在合理架构下,两组电池可以共同承担较大的功率需求。
双电池系统并没有唯一方案,常见架构包括:
双电池独立供电切换
双电池并联供电
一主一备
双电池交替工作
以及:
双电池热插拔。
不同架构适用于不同设备。
| 架构 | 主要特点 | 典型应用 |
|---|---|---|
| 一主一备 | 一组工作、一组备用 | 机器人、移动设备 |
| 自动切换 | 电量不足后自动切换 | 巡检机器人 |
| 并联供电 | 两组共同承担负载 | 高功率设备 |
| 交替供电 | 两组轮流工作 | 长时间作业设备 |
| 热插拔 | 更换电池时尽量不中断供电 | AGV、机器人 |
不建议直接将两块电池简单并联。
这是双电池系统设计中非常重要的问题。
如果两块电池存在:
电压差
SOC差异
内阻差异
直接并联后可能产生较大的:
均衡电流或冲击电流。
严重情况下可能造成:
BMS保护
连接器发热
甚至:
电池系统故障。
因此,双电池并联通常需要增加:
预充电路
电流检测
MOSFET或接触器
以及:
电池管理逻辑。
双电池系统需要重点管理以下数据:
判断两组电池是否处于合理工作范围。
监测充放电电流和异常电流。
判断剩余电量。
判断电池健康状态。
监测电芯和PACK温度。
包括过流、过压、过温等异常状态。
通过这些数据,控制系统才能决定:
继续工作
切换电池
限制功率
或者:
停止输出。
通常情况下,每组独立电池PACK都应具备相应的电池监控与保护能力。
例如:
电池A → BMS A
电池B → BMS B
然后通过上层控制逻辑统一管理。
这种架构可以分别获得:
电池A SOC
电池B SOC
电池A温度
电池B温度
电池A故障
电池B故障
等信息。
如果采用特殊集成式架构,也可以由系统级BMS进行统一管理,但具体方案需要根据电池结构和安全架构确定。
一个典型的自动切换逻辑可以是:
电池A正常供电
↓
检测A电池SOC
↓
SOC下降到设定阈值
↓
检查B电池状态
↓
B电池满足供电条件
↓
启动电源切换
↓
B电池接管负载
↓
A电池退出供电
这种设计可以减少人工更换电池造成的停机时间。
但切换过程中需要重点考虑:
切换时间
负载瞬态
母线电压稳定性
以及:
控制器掉电风险。
双电池热插拔,是指在设备运行过程中:
拔出一组电池
或者:
更换一组电池
而设备能够通过另一组电池维持供电。
例如:
电池A + 电池B
设备运行时A、B中的一组或两组供电。
当需要更换A时:
B电池维持系统运行
然后:
A电池退出 → 更换新电池 → 新电池接入。
这种架构非常适合:
AGV
AMR
机器狗
移动机器人
等需要长时间连续运行的设备。
热插拔并不是简单增加一个插头。
通常需要考虑:
1. 防火花
防止带电插拔产生电弧或冲击。
2. 预充
减少电容性负载造成的瞬间冲击电流。
3. 防反接
避免电池安装方向错误。
4. 防反灌
防止一组电池向另一组电池异常充电。
5. 电压匹配
确保接入电池满足系统要求。
6. BMS通信
系统需要知道新接入电池的状态。
7. 机械锁止
避免设备运行时电池松动。
这是设计双电池系统时非常关键的问题。
如果两个电池直接并联,而两组电池电压存在差异,就可能形成:
电池A → 电池B
的非预期电流路径。
因此需要通过:
MOSFET
理想二极管
接触器
或者:
专用电源路径管理电路
进行隔离和控制。
系统需要明确规定:
什么时候允许连接
以及:
什么时候必须断开。
可以,但需要满足系统设计条件。
如果两组电池:
电压平台一致
电芯体系合理匹配
容量和内阻处于允许范围
并且具备:
独立BMS
和:
电流管理
就可以设计共同供电架构。
但需要特别注意:
两组电池不一定天然适合直接并联。
如果电池之间存在明显差异,需要通过电源管理系统进行隔离和功率控制。
技术上可以设计,但需要谨慎。
例如:
电池A:48V 100Ah
电池B:48V 50Ah
如果直接并联,电流分配可能并不理想。
两块电池的:
容量
内阻
倍率
SOC
都可能不同。
因此,如果需要同时使用,应该通过系统级电源管理策略进行功率分配。
如果采用:
一主一备
架构,则大小不同的电池更容易进行独立管理。
需要。
如果两组电池需要共同供电,SOC差异过大可能导致:
电流分配不均
一组电池过早退出
甚至:
系统异常。
因此双电池系统需要建立SOC管理策略。
例如:
SOC A ≈ SOC B
时进行共同供电。
如果:
SOC A明显低于SOC B
则可以适当降低A电池的功率输出,或者让B电池承担更多负载。
可以。
目前机器人系统对连续工作时间的要求越来越高。
双电池架构可以用于:
AGV
AMR
机器狗
四足机器人
人形机器人
轮式机器人
以及:
特种机器人。
尤其是需要:
连续运行
快速换电
或:
任务不中断
的机器人应用,双电池系统具有较高的工程价值。
AGV通常需要长时间运行。
如果AGV只有一块电池:
电量不足 → 停止运行 → 充电 → 恢复工作。
如果采用双电池架构:
电池A工作
↓
A电量降低
↓
B接管
↓
A进入充电或更换
这样可以提高设备的连续运行能力。
对于仓储和制造业而言,减少充电造成的停机时间具有实际价值。
机器狗执行户外巡检、安防和复杂地形任务时,可能需要:
长时间连续运行。
如果每次电量不足都需要人工拆卸电池,会影响任务效率。
双电池系统可以通过:
主备电池
或:
自动切换
减少人工干预。
如果进一步与自动换电平台结合,还可以实现:
机器人自主返回 → 电池更换 → 继续执行任务。
可以。
人形机器人通常存在:
多关节电机
计算平台
传感器
等多个耗电单元。
如果机器人需要长时间工作,可以考虑:
双电池
或:
模块化电池。
不过,人形机器人对:
重量
重心
空间
要求较高。
因此双电池设计不能简单增加两块相同电池,而需要考虑电池在机器人身体内部的:
重量分布
和:
重心位置。
双电池系统的电压应该首先匹配设备母线。
例如设备采用:
48V
动力系统,可以考虑:
两组48V电池。
如果采用:
72V
动力系统,则可以设计:
两组72V电池。
需要注意:
双电池不等于电压翻倍。
两组48V电池可以采用:
主备
或者:
并联供电
架构。
如果将两组48V电池直接串联,则系统可能变成接近96V的平台,这已经属于完全不同的电气架构。
一个典型的架构可以采用:
BMS A
↓
CAN总线
↓
主控
↓
BMS B
↓
CAN总线
主控根据两个BMS的数据进行:
SOC判断
功率分配
故障判断
和:
切换控制。
通信内容可以包括:
电池电压
电池电流
SOC
SOH
温度
充电状态
放电状态
故障状态
允许充电电流
允许放电电流
这样可以形成完整的:
双电池能源管理系统。
可能产生异常均流或冲击电流。
系统无法正确识别两组电池状态。
双电池容量增加,并不意味着瞬时功率一定满足需求。
可能导致两组电池输出不均衡。
带电插拔可能造成火花和冲击。
忽略机械锁止、连接器和散热。
一组电池出现故障时,必须考虑能否安全隔离,避免影响另一组电池。
根据系统架构不同,可能包括:
电池PACK
BMS
接触器
MOSFET
保险丝
预充电路
电流传感器
高压连接器
低压连接器
CAN通信模块
以及:
系统控制器。
如果是高压机器人、AGV或无人艇,还可能需要进一步配置:
HVIL
绝缘监测
等功能。
具体配置应根据系统电压等级和安全架构确定。
双电池管理系统可以应用于多种移动设备,例如:
AGV
AMR
RGV
无人叉车
机器狗
四足机器人
人形机器人
轮式机器人
履带机器人
无人车
无人艇
以及:
工业移动设备。
共同特点通常是:
需要较长续航时间
或者:
需要减少充电和换电造成的停机时间。
双电池系统属于电池PACK与整机电源管理相结合的系统方案。
浩博电池所属的东莞市浩博光电科技有限公司,可根据AGV、机器人及其他移动设备的实际需求,对:
双电池PACK
BMS
CAN通信
主备切换
并联供电
以及:
热插拔和换电结构
进行方案评估。
对于不同设备,双电池管理架构并不相同。
例如:
AGV可能更关注自动换电;
机器狗可能更关注重量和瞬时功率;
人形机器人则需要进一步考虑重心、空间和动态负载。
因此,双电池系统需要从整机电气架构出发进行设计,而不是简单增加一块电池。
双电池管理是对两组电池进行状态监测、充放电控制、功率分配、故障判断和安全切换的系统。
不建议直接并联。需要考虑电压差、SOC差异、内阻差异以及防反灌和限流问题。
通常每组独立PACK都需要具备相应的电池监控和保护能力,再由系统级控制逻辑统一管理。
可以。可以根据SOC、电压、温度和故障状态设定自动切换策略。
可以,但需要专门的电源路径、预充、防反灌、机械锁止和BMS管理设计。
可以,但必须根据电池参数、BMS和电源架构进行合理设计。
不一定。如果采用主备或并联架构,系统电压通常不会简单翻倍;只有采用串联架构时,电压才会相加。
技术上可以,但需要根据主备、并联等具体架构进行设计,不建议在没有电源管理的情况下直接混用。
适合。AGV、AMR、机器狗、四足机器人和人形机器人都可以根据连续运行和换电需求进行评估。
可以。电压、容量、BMS、通信方式、切换逻辑、连接器、安装结构以及热插拔功能都可以根据设备需求进行定制。
双电池管理并不是简单地增加一块电池,而是一套完整的电源管理系统。
它需要解决:
两组电池如何连接
如何监测
如何充放电
如何切换
如何防止反灌
如何进行故障隔离
以及:
如何与设备控制系统通信。
对于AGV、AMR、机器狗、人形机器人等需要长时间连续运行的设备,双电池架构可以根据实际需求实现:
主备供电
自动切换
共同供电
热插拔
以及:
自动换电。
真正合理的双电池方案应该从整机需求出发,根据:
电压 → 功率 → 容量 → 电流 → SOC → BMS → 通信 → 切换逻辑 → 结构
进行系统设计。
如果企业正在开发双电池AGV、双电池机器人或需要热插拔/自动换电的移动设备,浩博电池(东莞市浩博光电科技有限公司)可以根据设备实际工况对双电池PACK、电源管理及BMS通信方案进行定制化评估,具体架构应以设备电气系统和实际测试结果为准。