[讨论] 两节6S电池串联时单节电池两端最高电压是多少？

neosunrise

最近发了几篇关于两节6S电池串联实现12S供电的帖子，着重和大家交换关于ESC、BEC连线的想法：《关于12S中BEC的接法、插头的选择以及防打火问题》，《BEC至接收之间用双绞线连接有问题么？》。本人一直是完美主义者，在选择配件的时候不仅要考虑性能和可靠性，同时也会考虑设备装到机身上的时候对于外观的影响。所以WR Hercules的这个小mini BEC一直都是我比较喜欢也很有购买意向的，主要特点是：

• 1. 体积小
• 2. 持续10A，峰值20A，应对绝大多数的情况完全够用。在我前一篇帖子当中，有朋友提到使用低压舵机电流峰值达到了18A，他认为如果是高压舵机的话电流会更大。我的理解是，当功率一定的情况下，电压越高电流越低。这样来讲，是不是高压的舵机所需的电流越小呢？应该也不是，因为功率是不一样的，高压舵机速度快扭矩大，这些都是需要付出代价的，所以也只能通过具体的测试来确定舵机的功耗。这篇文章对我打算购买的BK-7001HV舵机做了测试《BK Servo DS-7001HV》，文中提到在给三颗高压舵机施加压力的情况下，总共的最大电流是7.2A，多次测试的平均电流为6.84A；而在完全没有负载的情况下快速拨摇杆测试舵机的电流为0.87A。我手头没有工具也没有舵机，因为没办法测试，但即便是最大电流7.2A，平均下来一颗是2.4A，即便尾舵（BK-7005HV）也消耗同样的电流，那么总电流是9.6A，而这只是峰值电流，持续的时间应该是不长的，这也远远低于大多数支持20A峰值电流BEC的极限。从理论上来说，应该不会出现什么问题。
• 3. Boost模式可以在电池电压不足的时候依然能够提供持续4A的供电能力，并保持设置的输出电压。
  

这小东西真的很袖珍


这个BEC的主要问题在与其最高仅支持8S输入，相对于其他系列的14S-18S输入来说有点小。当然我的打算是将其接入一节6S电池的两端，这么做的好处（我自己的观点，如有不对的地方还行指正）：

• 1. 在通电的时候，可以先接上一节电池给BEC通电，这样整机接收、陀螺仪以及舵机全部通电。此后再接上第二节电池给电调通电，这样也是出于安全考虑。
• 2. 6S电压输入BEC，压降相对12S要小。当然现在绝大多数BEC都是开关降压，所以输入电压可能并不太重要。相比之下线性降压的BEC对于高压输入则会产生较大的热量，对于电子元件的稳定性有一定的影响。
  

因而使用6S作为BEC的输入应该是没有什么问题的，如果硬要说问题，那么就是潜在的两节电池放电不平衡。不过有网友指出，一次飞行下来，两节电池消耗的电能差别大约不到100mah，可以很轻松的在接下来的平衡保存过程中消除。如果真的觉得不舒服，也可以两节电池交替接BEC。总之这对我（以及很多朋友）来说都不足以让人担忧。

BEC和ESC接线图


现在唯一的问题是这个BEC的输入电压问题——最高8S，虽然我只是接入到6S上，不会出现超出范围的情况，但Western Robotics官网关于这款BEC的说明书（http://www.western-robotics.com/media/HBECM_MANUAL_PRINT.pdf）提到了所谓的“Back Electro-Magnetic Interference（EMI）”，中文不知道是否可以译为反向电磁干扰？以下是关于这个问题的原文：
Q: Can I install the BEC in a multi-cell pack system such as a 12s battery pack?
问：我能将这个BEC装在多节电池的系统（比如12S）中么？
A: It is not recommended to install any BEC to a multi-cell battery pack that has a voltage rating higher than the BEC’s maximum voltage input. Due to the different battery chemistries in the market, with the introduction of back electro-magnetic interference (EMI) cause from the main ESC motor, this can cause any cell within the multi-cell pack to reach to the full voltage rating of the entire battery pack. For example, in a 12s battery pack (50.4V Peak) of 2 x 6s (25.2V peak) cells tied in series, once EMI is introduce to the battery, it is possible for either of the 6s cell to reach the full 12s voltage rating (50.4V). Therefore, if you attached a BEC (rated only for 6s or 8s) only on one of the 6s cells and not across the entire 12s pack, this still can cause permanent damage to the BEC because of the potential of 12s pack voltage. It is recommended only to use a BEC that is rated enough to handle the entire multi-cell battery pack regardless of configuration.
答：我们不推荐将任何BEC安装到一个总电压超过该BEC最大容许值的多电池系统中。由于市面所售的电池所采用的化学材料的差异，通过主电调及电机所产生的反向电磁干扰会导致多电池系统中的单颗电芯两端电压达到整个电池系统的总电压。例如，在一个由两颗6S（峰值电压25.2V）电池所组成的12S系统中（峰值电压50.4V），一旦这种EFI（电磁干扰）到达电池，两节6S中的任意一节有可能会具有全部12S的电压（50.4V）。因此，即便你将一个标称值为6S或者8S的BEC仅仅接到一颗6S电池而不是整个12S电池上，这么做也可能会对BEC造成永久性的损伤（12S超过了8S的极限）。我们推荐无论在任何情况下，一定要使用最高输入电压大于整个配置的总电压的BEC。

我并不清楚这所谓的反向电磁干扰到底是否会发生，也不知道这东西到底发生过没有。经过仔细思考，并结合网上搜索的相关资料以及网友“Himalaya”在我之前那篇帖子中的讨论（http://bbs.5imx.com/forum.php?mo ... 5980&fromuid=171041），我有几点疑惑：

• 1. 电机究竟能否穿越电调参与到这场大战当中？而且由于大齿盘单项轴承的存在，电机本身是不会反向旋转的，何来所谓的“反向电磁干扰”？
• 2. 电调是否会出现输入端短路的情况？如果这样的话，等于是把整个12S电池系统短路，结果就不是BEC报废这么简单了。
• 3. 这种所谓6S电池两端电压达到12S峰值电压的情况究竟是由什么原因产生的？我猜测一个重要因素是电池的内阻，只有在接BEC的这节电池内阻非常高的时候（也就是电池基本报废的情况下），同时ESC短路，这才有可能让全部12S的电压加在这节电池上。
  

下面是我画的假想图，假设ESC短路，那么这就相当于电池被短接（虽然碰上这种事情的几率比中彩票还小，但是既然人家西部机器人都说了有这种情况，那咱就来分析下吧）


其中B1和B2为两节6S电池，R1和R2是电池的内阻。整个电路在ESC短路的情况下，电流应该是多少呢？不是简单的 I = 12S / (R1 + R2) 吧？毕竟还有个BEC在其中。即使我们假设电流是这么大，那么加在R1两端的电压就是 12S x R1 / (R1 + R2)，但是注意它的极性。在最坏的情况下，R1趋向于无穷大，其两端的电压是12S的峰值，但BEC并不是简单地接在R1两端，而是接在电池B1上，我好奇的是，此时BEC两端的电压又是多少呢？很多年没有接触这些计算了，希望感兴趣的朋友可以积极热情地讨论，给我指点指点。

roland-c

scu319hy 发表于 2016-10-13 14:03
嗯, 谢谢指点. 我只是业余玩玩电子的东西. 不知道机电行业里对电机的"反向电动势"是怎么定义的. 我只是粗 ...

大电流的电调我也没自己做过...
p.s. 光耦没法隔离电机从线路里传输的干扰。光耦只是阻挡空间中的电磁干扰进入回路。
有刷电机换向时候的火花干扰很严重，瞬间产生很大的辐射，导致单片机死机或者进入错误的状态。
(论坛里有些装飞控的油直也在飞控前后加了不少光耦，因为油机的火花也是很强的干扰源)

可以尝试把单片机和电机拉开很远的距离，然后在电机两端同时并联多种规格的电容(小电容补偿大电容的电感)，应该板子不会出问题。

JamesDowson

neosunrise 发表于 2016-10-13 03:13
我看了一下，Kontronik Jive Pro 120+ HV要599美元，太贵了，而且厂家在德国，出问题了还得寄过去修，也 ...

那就凤凰或者好盈卜~

scu319hy

roland-c 发表于 2016-10-12 21:33
超过电机电压几倍的那个是毛刺，能够滤掉的，能量很小....如果能量大的话，推动级或者你的arduino板子早 ...

嗯, 谢谢指点. 我只是业余玩玩电子的东西. 不知道机电行业里对电机的"反向电动势"是怎么定义的. 我只是粗略的把所有因磁场变化产生的感应电流都归到里面了, 包括你所说的"毛刺".

那个能量是很小, 但要看是对谁, 对于推动级来说, 那些大功率器件可以忍受几十甚至几百mJ的冲击, 这点能量不在话下.
但输入级的器件都是非常小功率的, 估计几mJ的能量就击穿了.

另外, 除了用光耦合隔离, 我不知道怎么才能比较安全的避免电机影响arduino. 请问有没有什么其它简单易行的方案. 我试过组电机加几个小电容过滤, 但效果不大.

neosunrise

JamesDowson 发表于 2016-10-11 08:09
嗯嗯！话说如果楼主在境外的情况下，那考虑到在境外K牌保修比较方面，其实更加推荐K牌。
我感觉 ...

我看了一下，Kontronik Jive Pro 120+ HV要599美元，太贵了，而且厂家在德国，出问题了还得寄过去修，也不是很方便啊。相比之下好盈只有不到一半的价钱，差别太大了。。。当然我这套更便宜，就是用着麻烦点，得单独弄个BEC。

roland-c

scu319hy 发表于 2016-10-12 12:37
电机的反向电动势有多大, 在没有电机详细参数的情况下是猜不出来的. 但根据电磁方程, 磁场变化速度越快,  ...

超过电机电压几倍的那个是毛刺，能够滤掉的，能量很小....如果能量大的话，推动级或者你的arduino板子早就被击穿了
另外，根据电磁方程，产生的反电动势是不会超过之前供应给电机的电压的。所谓kv就是反电动势与输入电压相等，电机在理想状态下，输出扭矩=0的转速。如kv500 就是输入电压=1V的时候，如果这时候电机转速=500rpm，则输出扭矩正好=0。

ls_ls

不用担心，你只需加大滤波以及加强屏蔽就好，其实屏蔽也不用加。

scu319hy

neosunrise 发表于 2016-10-11 23:16
如果只是你说的这么简单的话，我们根本就不用进行这么多的讨论了。知其然必须要之其所以然，否则这些话完 ...

电机的反向电动势有多大, 在没有电机详细参数的情况下是猜不出来的. 但根据电磁方程, 磁场变化速度越快, 电动势越高. 很容超过输入电压几倍的. 找个示波器看一下就清楚了. 影响还是相当大的. 比如我用arduino无隔离驱动电机时, 刹车或提速的时候十之八九会死机.

wslqf

neosunrise 发表于 2016-10-10 13:55
我强迫症晚期，没治了。。你电调决定了么？其实我这个也就是多了个BEC，设置好之后不用管它的。以后直接 ...

没呢，现在荷包紧，晚点再说哈哈
但我还是坚定我用2s之路哈哈

sjzzhsx

路过帮顶…

neosunrise

roland-c 发表于 2016-10-11 06:53
如果从电磁干扰角度来说，如果6s电池有了12V电压，那么12s电池的电压大多数情况下就有24s。除非空间输入的 ...

非常感谢提供理论分析，也感谢你纠正我理解上的错误！可不可以理解为，这种电机产生的反向电动势能够返回电池的可能性微乎其微？而且电机反向电动势最高能到多少？你的回复提到电机超速正转，这个正常情况下不可能实现吧？WR提到的这种情况还真是有意思。。

neosunrise

scu319hy 发表于 2016-10-11 04:47
文档里不是说的很清楚嘛, 电机的反向电动势可能很大, 会反过来影响bec, 从而超出bec的限制. 导致bec损坏.

如果只是你说的这么简单的话，我们根本就不用进行这么多的讨论了。知其然必须要之其所以然，否则这些话完全可能是谣言。当然我没有说这是谣言，只是想通过分析得知这种可能性有多大。不过还是谢谢你的参与！

JamesDowson

neosunrise 发表于 2016-10-11 11:09
哈哈，就是现在没折扣，到时候看价格吧，价格好的话直接就把手头的凤凰120HV卖掉买这个。。

嗯嗯！话说如果楼主在境外的情况下，那考虑到在境外K牌保修比较方面，其实更加推荐K牌。
我感觉K牌电调简直就是电调中的瑞士表。

roland-c

如果从电磁干扰角度来说，如果6s电池有了12V电压，那么12s电池的电压大多数情况下就有24s。除非空间输入的电磁波的相位被严格控制....

EFI导致电压剧烈变化的唯一原因是回路中存在LC或者其等价替代。高倍率电池可以认为是L(电池是卷起来的)和C-R的并联。由于电池的L太小（没有磁棒！），估计电感量很小。电池的电容很大，但内阻相比于一般的电容也大太多了，所以很难引起震荡。可能在频率很高的地方(几百兆)的地方有轻微的振荡，不过由于电池的内阻，这个强度估计也能被忽略。。

如果是电调反向供应了24s的电压。。。输入并联的电容足以把它滤掉。。。因为这种毛刺电压不是电机产生的。
纠正LZ一个错误，反向供应电压不是电机反转，而是电机超速正转。直机中有单向轴承，这种情况根本不会存在。

scu319hy

文档里不是说的很清楚嘛, 电机的反向电动势可能很大, 会反过来影响bec, 从而超出bec的限制. 导致bec损坏.

aigz

简单电路，不要往复杂里(ˇˍˇ) 想～。

neosunrise

Himalaya 发表于 2016-10-10 22:16
有ESC上电绝不启动电机的基本算法在，BEC接6S或12S的安全其实都没问题。决定因素实际上只是个人习惯好恶 ...

恩，我也是这么想的，如果真是那种情况发生了，不仅是BEC报销，整个电池可能已经着火baozha了。。。所以WR很可能就是为了希望人们都买他们更高耐压的BEC而不断地提起这种发生可能性几乎为零的事件。我还真是第一次听到这种说法，感到不可置信。很高兴与你就这些问题进行讨论，很畅快淋漓的感觉，Really nice talking to you :)

Himalaya

neosunrise 发表于 2016-10-11 10:51
我的主旨不是在于效率，而在于想通过分析了解把一个最高支持8S的BEC接入到12S当中的一颗6S上是否安全。老 ...

有ESC上电绝不启动电机的基本算法在，BEC接6S或12S的安全其实都没问题。决定因素实际上只是个人习惯好恶。
还有个遗留问题，传说中的电机发电击穿BEC。除非发生我在2楼开玩笑的那种奇葩情况，否则真是很难想象在6S pack两端出现12S电压。那意味着上KA的电流对6S pack充电，即使只是一瞬间。
So, do what makes you feel the best.

neosunrise

JamesDowson 发表于 2016-10-10 22:01
好盈160V4在用，好使。

哈哈，就是现在没折扣，到时候看价格吧，价格好的话直接就把手头的凤凰120HV卖掉买这个。。

neosunrise

哩巛 发表于 2016-10-10 05:10
两块电池分别接一个BEC，两个BEC同时给舵机和陀螺仪供电，这样是不是更安全，而且还能防止其中一个BEC突然 ...

似乎一般的BEC厂商都不建议再另外接电源并联在BEC的输出端。

JamesDowson

neosunrise 发表于 2016-10-11 10:51
我的主旨不是在于效率，而在于想通过分析了解把一个最高支持8S的BEC接入到12S当中的一颗6S上是否安全。老 ...

好盈160V4在用，好使。