机器人电池基础

FRC的电源| reg |机器人是单个12V 18Ah SLA(密封铅酸)防溢漏电池,充满电后能够短暂提供超过180A的电流和超过500A的电弧。机械手电池组件包括COTS电池,带触点的引线电缆和Anderson SB连接器。团队使用多个机器人电池是被鼓励的。

COTS电池

《游戏手册》中的机器人规则指定了符合特定标准的商用现货[COTS]不可泄漏密封铅酸电池,并举例说明了许多供应商提供的合法零件编号。

电池安全与处理

健康的电池始终“打开”,并且终端始终“通电”。如果极性短接(例如,扳手或气雾剂可能掉落并桥接两个裸端子之间的间隙),则所有存储的能量将以危险的电弧释放。这种风险带来了广泛的最佳实践,例如覆盖存储中的端子,一次仅露出一个端子或在其中一个极性上进行揭露和工作,保持SB触点完全插入连接器等。

不要用电缆携带电池组件,并始终避免拉扯它们。用电缆拉电池会损坏接线片,也会损害接线片和接线片的内部连接。长时间这样,疲劳损坏的后果可能叠加起来,直到整个拉环从外壳上脱落为止!即使未明显损坏,内部疲劳损伤也会增加电池的内阻,从而使电池过早磨损。如果内部电阻增加,或者连接器松动,电池将无法提供相同数量的电流。

One terminal of an FRC battery fully detached from the battery.

跌落电池可能会使内板弯曲并导致性能问题,产生凸起,甚至使电池盒打开裂开。尽管大多数FRC电池使用吸收性玻璃毡[AGM]或凝胶技术来提高安全性和性能,但当电池被刺穿时,仍可能泄漏少量电池酸。这是FIRST建议团队使用电池溢出套件的原因之一。

最后,某些没有“维护模式”功能的较旧的电池充电器可能会“过度充电”电池,从而使部分电池酸沸腾。

An FRC battery that was boiled by a high current dumb charger.

损坏的电池应尽快被安全处置。所有销售大型SLA电池(如汽车电池)的零售商都应能够为您处理。他们可能会收取少量费用,或提供少量“核心费用退款”,具体取决于您所在州的法律。

危险

请勿尝试“修复”损坏的或无法正常工作的电池。

电池构造与工具

电池引线

电池引线必须为铜,最小尺寸(横截面)为6 AWG(16mm2,7 SWG),最大长度为12,颜色标记为极性并要带有Anderson SB连接器。标准6AWG铜引线带有粉红色/红色SB50电池引线在零件套件中,由FRC供应商出售。

引线电缆

允许镀锡,退火或涂层的铜。请勿使用CCA(覆铜铝),铝或其他非铜基金属。导体金属通常与其他电缆额定值一起印在绝缘层的外部。

几乎所有机器人都可以使用6AWG的线径,并适合标准SB50触点。少数团队采用较大的线径以获得边际性能优势。

股数较高的线材(有时以“ Flex”或“ weld wire”出售)具有较小的弯曲半径,这使布线更容易,并且疲劳极限更高。没有股数要求,但与19 / 0.0372(19股连接)相比,84/25(84股“柔性”连接线)和259/30(259股“焊接线”)都更*容易*金属丝)。

绝缘必须按照游戏手册进行颜色编码:自2021年起,+ 12Vdc电线必须为带条纹的红色,白色,棕色,黄色或黑色,接地线(回线)必须为黑色或蓝色。没有明确的绝缘温度额定值要求,但是绝缘变黑或损坏意味着需要更换电线:即插即用,105°C足够,更低的温度适用于几乎所有机器人。没有绝缘额定电压的要求,越低越好,绝缘越薄越好。

SB连接器

Anderson SB连接器可以是标准的粉红色/红色SB50,也可以是其他Anderson SB连接器。 *强烈建议*团队使用粉红色/红色SB50,以实现互操作性:其他颜色和尺寸的外壳将无法相互配合,并且您将无法借用电池或充电器。

请按照制造商的说明压接触点,然后将导线组装到Anderson SB连接器中。小型平头螺丝刀可以帮助插入触点(按在触点上,而不是插在电线绝缘上),或者如果触点插入错误的插槽或朝上,则可以帮助松开内部闩锁。

电池接线片

可通过在线商店和通过电气供应商获得#10螺栓(或M5)电池接线片的压缩接线片(“压接接线片”)(约0.2英寸或约5mm的孔直径),按AWG(或mm2)和可接受的电线尺寸出售。接线柱直径(“螺栓尺寸”,“孔直径”)。高端供应商还将在其接线片目录中区分标准(〜19)和Flex(> 80)股数。一些供应商除提供直角接线片外,还提供更常见的直式样式,请按照制造商的说明压接凸耳。

螺丝接线端子是合法的,但我们不建议这样做。如果使用螺钉式接线端子,请使用正确的尖端尺寸螺丝刀拧紧端子。经常检查端子的密封性,因为它们可能会随着时间的流逝而松动。

电池引线接线柱连接

#10或M5螺母和螺栓将电池引线接线片连接到电池凸耳。

警告

接线片和接线片必须直接铜与铜得接触:请勿放置任何类型的垫圈将它们分开。

One terminal of an FRC battery with socket head bolt and nylon locking (nylock) nut.

某些电池的包装中带有凸耳螺栓:他们是可以使用的,也可以用强度更高的合金钢螺栓代替。除了尼龙锁紧(“ nylock”)螺母外,最好添加一个功能性锁紧垫圈,例如#10星型垫圈或nordlock垫圈系统。每个连接中只能使用一种样式的锁紧垫圈。即使制造商在包装中提供了开口环锁紧垫圈,您也无需使用它们。

One terminal of an FRC battery with socket head bolt, nordlock locking nuts, and nylon locking (nylock) nut.

这些连接必须非常紧密,以确保可靠性。接线片在运行过程中的任何移动都可能会中断机器人的电源,从而导致机器人重新启动以及持续30秒或更长时间的现场断开连接。

为了安全起见,此连接也必须被完全覆盖。可以使用电工胶带,但建议在整个连接过程中使用热收缩。高收缩率(最低3:1,建议4:1)将使热收缩更容易进行。内衬热收缩胶是允许的。确保*所有*铜被覆盖!如果显示出一些铜,则必须用电工胶带“修补”热收缩。

One terminal of an FRC battery fully covered in heatshrink.

电池充电器

有许多适用于12V SLA电池的优质COTS“智能”电池充电器,每个电池的额定电流为6A或更小,具有“维护模式”功能。额定电压超过6A的充电器不允许进入FRC维修区。

比赛中使用的充电器必须是Anderson SB连接器。使用合适尺寸的接线螺母或螺钉端子将COTS SB连接器电池引线连接到充电器引线上,既快速又简单(请确保用热收缩或胶带覆盖任何裸露的铜)。如果小组具有压接功能,则SB连接器触头也可用于较小的电线尺寸。

警告

安装SB后,请先用万用表仔细检查充电器的极性,然后再插入第一个电池。

一些FRC供应商出售的充电器带有预先连接的红色SB50连接器。

电池评估工具

充电器

如果您的电池充电器具有维护模式指示灯,例如绿色LED,则可以使用该指示灯来告诉您是否准备就绪。某些充电器会定期在“充电”和“就绪”之间循环。这是一种“维护”行为,这有时与电池明明冷却并能够接受更多电荷有关。

驾驶室显示和记录

插入机器人并连接至驱动程序工作站便携式计算机后,电池电压将显示在NI Driver Station软件上。

完成驾驶会话后,您可以在Log Viewer中查看电池电压。 <docs/software/driverstation/driver-station-log-viewer:Using the Graph Display>`

手持式**电压表**或**万用表**

从断开连接的电池的SB连接器上的探针读取的电压读数将为您提供Voc(电压开路或“浮动电压”)处于“未加载”状态的快照。通常,不建议使用Voc来了解电池的健康状况:开路电压不如内部电阻和负载测试仪(或电池分析仪)提供的特定负载下的电压组合有用。

负载测试器

电池负载测试仪可以用作确定电池详细准备情况的快速方法。它可能提供以下信息:开负载电压,负载电压,内部电阻和充电状态。这些指标可用于快速确认电池已准备就绪,甚至可以帮助确定电池的某些长期问题。

Output screen of a common load tester showing properties of the battery.

理想的内部电阻应小于0.015欧姆。大多数电池的制造商规格为0.011欧姆。如果电池电量高于0.020欧姆,则最好考虑不要在比赛中使用该电池。

如果电池在较高的测试电流负载下显示出明显较低的电压,则可能无法完成充电,或者可能需要停用。

了解电池电压

“ 12V电池”不是12.0V。

充满电后,电池的开路电压(Voc)可以在12.7至13.5伏之间。开路电压是在“未连接*的情况下测量的。

一旦连接了负载(例如机器人),并且有大量电流流过,电池电压就会下降。因此,如果您用电压表检查电池,并且其读数为13.2,然后将其连接至机器人并打开电源,则其读数会更低,在Driver Station显示屏上可能为12.9。这些数字将随每个电池和特定的机器人而有所不同,请参见下面的特性描述。一旦您的机器人开始运行,它将拉动更多的电流,并且电压将进一步下降。

比赛前,应在闲置的机器人上读取12.5V的电池并进行充电。务必在机器人开始达到节电安全阈值之前将电池更换(在驾驶员站显示屏上停留在低电压下),因为频繁进入低电压范围可能会造成电池永久损坏;这种行为可能会在各种Voc状态下发生,具体取决于电池的运行状况,电池制造商和机器人的设计。电池充电状态应保持50%以上,以延长电池寿命。

电池电压和电流还取决于温度:凉爽的电池就是快乐的电池。

电池特性

电池分析仪可用于详细检查和比较电池性能。

Graph from a common battery analyzer plotting volts and AmpHrs for many different batteries.

它将提供一段时间内电池性能的图表。该测试需要花费大量时间(大约两个小时),因此不太适合在比赛中进行测试。建议每年对每个电池进行此测试,以监视和跟踪其性能。这将决定应如何使用它:比赛,练习,测试或处置。

在标准7.5安培的测试负载下,竞赛电池应至少具有11.5安培的小时额定值。少于该限制的任何内容仅应用于实践或其他要求不高的用例。

电池寿命

电池的额定正常充电/充电周期约为1200次。 FRC匹配所需的高电流将使用寿命缩短到约400个周期。这些循环旨在实现相对较低的放电,从大约13.5伏降至12伏或12.5伏。深度循环使用电池(将其完全耗尽)会损坏电池。

如果在不使用时通过定期充电或使用维护充电器将其充满电,则电池可持续使用最长的时间。每个月不使用时,电池会下降约0.1V。

电池应远离极热和极冷的地方。这通常意味着将电池存放在恒温区域:教室壁橱通常很好,停车场运输容器的危险性更大。

电池最佳使用方法

  • 比赛时只能使用充电的电池。如果您的电池电量耗尽,请向经验丰富的团队寻求帮助!没有人希望看到由于电池损坏或未充电而使机器人在场上死亡。

  • 强烈建议团队在压接过程中使用具有适当额定值的工具和严格的质量控制做法(向当地资深团队或商业电工寻求帮助),或使用供应商制造的电池引线。

  • 比赛结束后,请等待电池冷却后再充电:机壳不应摸起来很热,通常十五分钟就可以了。

  • 团队应考虑每年购买几节新电池以帮助保持其电池新鲜。淘汰赛可能需要很多电池,并且可能没有足够的时间来充电。

A wooden bookcase like cart for storing and charging batteries.
  • 多库电池充电器可让您一次为多个电池充电。许多团队会为其电池和充电器建立一个机器人手推车,以便于运输和存放。

  • 最好永久性地至少标识每个电池:团队编号,年份和唯一标识符。

  • 团队可能还希望使用一些可拆卸的物品(贴纸,贴标机等),根据其性能数据以及上次分析仪测试的运行时间来确定该电池的用途。

A battery flag is just a small piece of plastic that fits in the battery connector.
  • 使用电池标志(电池连接器中放有一块塑料)是指示电池已充电的常用方法。电池标志也可以轻松地被3D打印出。

  • 可以购买SB3触点的手柄或进行3D打印,以帮助避免在连接或断开电池连接时拉扯引线。请勿使用这些手柄搬运电池。

A plastic handle bolted on to an assembled SB50 connector.
  • 一些团队用旧的安全带或其他扁平尼龙缝制电池携带带,以固定在电池周围来防止导线携带。

An example showing a 2" wide nylon strap, wrapped around the battery and sewn into a loop.
  • 扎带边缘夹可与90度压接凸耳一起使用,以减轻电池引线的应力。

An example showing edge clips with zipties holding leads on a battery.