航模電池及穩壓降壓模組——畢設簡記

簡述

準備給設計的控制系統選一塊航模電池，需要關注什麼引數？控制系統的感測器需要5V供電、直流減速電機需要12V供電、微控制器需要7~12V供電，這麼多供電該怎麼處理？難道是選擇多塊不同電壓的電池？

此文將針對上述疑問，介紹了大學做專案常用的

航模電池和電壓模組的選型

。此文將詳細的介紹

航模電池的電壓、介面等選購引數

，以及一些經驗上的使用建議。而文中電壓模組將包括：

穩壓、可調降壓、升壓、分電板等

內容。

此文如果對你有幫助，不妨點個贊 ~

文章內容概覽

希望此文能夠給剛入門或暫未接觸過實物的小白提供些許幫助，以便

更快的理解整個控制系統的供電網路是如何連線的

，以及我們該如何進行設計。

此前已經寫過如何選擇

鋰電池電壓並計算電池容量

，參見下文。

Poao：電源（鋰電池）選型計算—畢設簡記

此外，之前也寫過一篇介紹工訓搬運小車控制系統組成的文章，裡面也涉及到了該

系統供電網路的連線關係

。

Poao：2021-工訓智慧物流搬運-控制系統硬體組成

1 航模電池

航模電池也是鋰電池，多用於大學專案做的各種小型移動機器人，比如四旋翼無人機、巡檢機器人、工訓物流小車等等，基本上到處都能看見他。當然，上述的小型機器人也可以用綠色的鋰電池組，但我還是推薦使用航模電池。常見的航模電池（左）和綠色鋰電池組（右）如下圖：

右側的

航模電池

，其由若干個3。7V的電芯組成，每個電芯都是

長方體形狀

；左側的

鋰電池組

，由若干個3。7V的鋰電池組成，也就是

圓柱形

的那種電池。所以，一般相同電壓相同容量的電池，航模電池比鋰電池組體積更緊湊，同時價格也更貴。下面我將主要介紹航模電池選型的一些情況。

PS：鋰電池組的接頭比較單一，他的那個

圓頭電源輸出口不好用

。因為是圓頭的，所以

很容易把他的充電線與其他電子裝置的充電線混淆

。我們曾把一個鬧鐘的充電線（插頭通電）插到鋰電池組的充電口上（當時沒注意），然後鬧鐘充電線直接冒煙燒焦咯！當時嚇一跳。

如果把鋰電池組的圓頭電源口比作Type-C充電口，啥方向都能插；那航模電池的電源插頭就是USB充電口，需固定方向插入。畢竟電源就兩根線，一插錯就GG，所以我個人

更偏向於使用航模電池

。

航模電池選購時，主要需關注

容量、電壓、電池介面、放電倍率

這四大選購引數。透過閱讀後文內容，你將知道“3s 2200mha 30C XT60插頭“對於航模電池而言都是什麼意思。下圖為TB上航模電池加入購物車時的介面，

1。0 容量

航模電池和充電寶的容量單位是一致的，都是xxx

mah

。航模電池可選的容量範圍很廣，比如800mha、1300mha、1800mha、2200mha、4000mha、5300mha等。數字越大，對應的電池的續航能力越強，而體積重量也將隨之增長。

對於

相同電壓的航模電池，電池的容量越大，其每塊長方形電芯的尺寸及重量也將隨之增大

。比如3S 800mha的電池重75g，而3S 5300mha的電池則重367g。

電池的容量得根據用電裝置的功率進行計算

，一個簡化的

容量計算過程可以參考下文

，下文中最終得到的電池容量單位為Ah，

1Ah=1000mah

。

Poao：電源（鋰電池）選型計算—畢設簡記

1。1 電壓及使用建議

前面也提到，航模電池是由若干塊3。7V

長方形的電芯

連一起組成的。航模電池的電壓一般以

"xS"標識，即有x塊3.7V的電芯串聯在一起

（Series connection-串聯），一般x=2、3、4、5、6。

以最常用的

3s電池

為例，其標準電壓為3。7V*3=

11.1V

，而

充滿電之後電壓一般能夠達到12.6V

。我以前做工訓物流搬運小車時，一直

將3s電池當作12V的電池使用

。

下面的內容為電池的

使用建議

標準電壓3。7V的電芯存在著

充電截止電壓和放電截止電壓

，為保障電芯的

使用壽命

，我們最好

將其電壓控制在放電截止~充電截止範圍內

。一般，3。7V的電芯的

充電截止電壓為4.2V，放電截止電壓為3.5V

。網上的說法中，其放電截止電壓理論為2。75V，但還是建議以3。5V為準。

下表中，我

整理了常見的2s、3s、4s、5s、6s的標準電壓、充電截止電壓和放電截止電壓

（其實就是單塊電芯*電芯數），可供參考。我們在使用時，

主要需關注其放電截止電壓

，其充電截止電壓不用太在意（當然得選用平衡充充電器，且充滿電後最好早點拔下來）。同時，如果準備把航模電池放上幾個月半年不用，建議先將其

放電至標準電壓，以便長期儲存

。比如3s電池，放電至11。1V左右就可以長期儲存啦。

同時，推薦給電池配備一個

BB響，用於監測電池的電壓大小

，當電池電壓低於設定值時，BB響將會發出”嘀嘀嘀“的提示聲音。

1。2 電池介面

選擇好電池為x S電池和yyy mha後，還需要確定一下電池的電源介面。如果硬體連線上介面不對應，這電池就沒法用咯（不建議強行剪斷電池電源介面線重新焊接）。

現有的常用的航模電池電源介面有

JST插、T插、XT30插、XT60插

。其中，

XT60插頭用得比較

。一般而言，如果不考慮其他元器件的插頭型別，選擇哪種插頭都是可以的。但是如果其他元器件的插頭已經確定了，那就得必須

考慮電池插頭是否配套

。

可以根據使用需求，

選購合適的公母線或轉接線

。直接選購對應的插頭，並配備熱縮管，自己焊接也完全可以的。

1。3 放電倍率

選購電池時，另外一個常見的引數就是”xxC“，比如800mha 45C、2200mha 30C等，

C的量綱為“1/h”

。

C數代表著電池的放電能力大小，C數越大放電能力越大（最大放電電流）

。一般而言，

電池的最大放電電流如下計算

：

Imax = xxxmha*xxC/1000 （單位A）

// 比如 2200mha 25C

Imax = 2200mha*25C/1000 = 55A

// 2200mha 30C

Imax = 2200mha*30C/1000 = 66A

上面，我們計算得到2200mha 25C的電池的Imax=66A，這意味著理論情況下，這塊2200mha的電池，可以持續輸出66A的電流，

並維持60/25=4min

。

這裡同時也引出了C數的另外一個意義：

理論情況下，一塊xxxmha yyC的鋰電池，可以以xxx*yy/1000的輸出電流，持續工作60/yy min

。

需知，這裡計算得到的Imax為最大放電電流，電池實際能夠提供的電流肯定會小一些。

2 電壓模組

電壓模組

包括穩壓模組、降壓模組、升壓模組等，他們的作用便是變壓

，以便供給用電裝置（感測器、電機、控制器等等）。這些模組實現變壓功能的具體原理我們無需瞭解，

我們只需要知道常用的有哪些模組？常用的電壓及其大概的輸出電流（或功率）？

一般而言，我們只需要在搭建機器人系統時能夠正常的選型即可。

ps：後文的一些描述不一定嚴謹，主要是為了便於零基礎的小白理解。

2。1 穩壓模組

穩壓模組，顧名思義，就是

能夠輸出穩定的電壓

，它

可以輸入x1~x2(範圍內變化的電壓)V的電壓，並輸出yV（y為定值）

，比如一個5v穩壓模組，便可以輸入12~5v的電壓，並輸出恆定的5V。

一般而言，穩壓模組的輸出電壓y≥輸入電壓

（x1~x2）。當然，有的穩壓模組是可以自動升降壓的。

常用的穩壓模組的輸出電壓y=3.3v、5v、12v

，當然也有9v、24V等。

通常，可以買到的部分穩壓模組其實是可調的，我們

可以透過更改其另一側的焊盤連線情況，控制其輸出電壓

。但是，一般不建議多次更改焊盤連線情況。

當我們的控制系統中有一個感測器需要5V供電時，我們可以使用5V的壓降模組為其供電。而當我們

需要給的控制系統中的電機供電時，不但需要考慮電壓還需考慮穩壓模組的輸出電流大小

。

不同的穩壓模組其功率不同，根據P=UI，不同功率的5v穩壓模組其輸出電流也不同。感測器需要的驅動電流一般很小，我們無需考慮，但是

電機的驅動電流則可能達到幾A甚至幾十A，如果穩壓模組的功率不夠，供電電路也將無法正常的工作

。因此，我們還

需要根據穩壓模組的輸出端所接負載的工作情況，選擇合適的穩壓模組

。

2。2 可調降壓模組

通常，一個穩壓模組只能輸出一個固定值的電壓。如果我們需要驅動一個5V、一個12V的感測器，那就分別需要一個5V和12V的穩壓模組，而如果系統中又新增了一個9V的用電裝置，那又得去採購一個9V的穩壓模組。可見，如果系統中存在多個不同電壓的用電裝置，那我們就得準備一大堆相應電壓的穩壓模組，且需要分別多備幾個，以免模組壞掉。

為此，我們可以考慮使用可調降壓模組，即我們

可以手動調整其輸出電壓的降壓模組

。因為電壓可調，所以一般的可調降壓模組相比較與穩壓模組體積更大些（其具有可調電阻等分壓電路）。可調降壓模組上一般都

設有可調電位計

（可變電阻），我們

透過旋轉旋鈕即可實現輸出電壓的調整

。

此外，如果對降壓模組的體積大小沒啥要求，可以直接選用

帶電壓顯示的降壓模組(數碼管)

；而如果追求小體積，則需選用不帶電壓顯示的降壓模組，並

使用萬用表測量其輸出端電壓大小

。

與前面的穩壓模組相同，

依舊需要根據輸出端驅動負載的工作情況，選擇合適的可調降壓模組

。

2。3 分電板

分電板，顧名思義，就是

輸入一個電壓後輸出多個電壓

。一般而言，

分電板輸入xV，輸出便是多路xV，分流但不改變電壓

，在航模上用的比較多。當然，也有部分高階點的分電板，

其上設計有降壓穩壓電路，可以額外輸出5V或12V

。

需要搭多旋翼無人機、穿越機的時候，就需要使用到這種分電板，這些

分電板都普遍採用航模電池供電

。上圖中分電板上的+和-都是連線在一起的，

只需要在IN處接入航模電池的正負極，其他位置便會隨後輸出與輸入等壓的電壓

。分電板也有各種形狀、型號可供選擇，感興趣的去TB搜尋。

2。4 升壓模組

我們

可以藉助降壓模組將12V降壓至5V，也可以藉助升壓模組將5V升壓至12V

。只不過，一般降壓模組可能更常用些，特別是輸出的電源將用於驅動大電流負載的情況下。同理，升壓模組一般用於驅動一些小電流負載工作。

根據能量守恆定理且P=UI，我們先假設電壓轉換過程中沒有能量損耗，

12V4a的電源可以升壓至24V2a，可以降壓至5V9.6a

。不考慮電壓的情況下，我們一般使用電流大小衡量驅動能力，由此可見

“降壓使其驅動電流增大，升壓使其驅動電流減小”

。（並不嚴謹，但是就這麼個意思）

升壓模組和降壓模組長得都差不多，如下。