机器人锂电池双路供电方案设计

一、什么是机器人双路供电方案

机器人双路供电（Dual Power Supply Architecture）是指由两套独立电源回路共同为机器人系统供电，实现动力系统与控制系统分离供电或主备冗余供电。

广泛应用于：

• 人形机器人

• 四足机器狗

• 巡检机器人

• 防爆机器人

• 履带机器人

• 军用机器人

• 排爆机器人

• 消防机器人

• AGV机器人

• AMR机器人

• 水下机器人

• 无人车平台

双路供电的核心目标：

• 提高系统可靠性

• 防止动力冲击影响控制系统

• 实现故障冗余

• 保证紧急情况下控制系统不断电

二、机器人电源架构分类

方案一：动力与控制分离供电（最主流）

架构

动力电池PACK
      │
      ├──动力回路
      │
      └──DC/DC
            │
            └──控制回路

供电对象

动力回路：

• 驱动电机

• 伺服系统

• 液压系统

• 执行机构

控制回路：

• 工控机

• MCU

• 激光雷达

• 摄像头

• 交换机

• 通讯系统

典型配置

动力系统：

• 48V

• 72V

• 96V

控制系统：

• 24V

• 12V

• 5V

例如：

72V动力电池

↓
72V→24V DC/DC

24V控制系统

↓
24V→12V

↓
24V→5V

优点：

• 结构简单

• 成本低

• 应用广泛

方案二：双电池独立供电

架构

动力电池PACK
      │
      └──驱动系统

控制电池PACK
      │
      └──控制系统

动力电池

常见：

• 48V

• 72V

• 96V

容量：

• 20Ah～500Ah

控制电池

常见：

• 24V

• 12V

容量：

• 5Ah～50Ah

优势

动力异常时：

• 控制系统仍在线

实现：

• 自动停车

• 故障报警

• 数据保存

• 远程控制

应用

• 军工机器人

• 排爆机器人

• 消防机器人

• 特种机器人

方案三：双主电池冗余供电

架构

PACK A
     │
     ├──自动切换模块
     │
PACK B
     │
     └──负载

工作方式

正常：

A工作
B待机

故障：

A失效
↓
10ms内切换B

适用于

• 军工平台

• 无人作战平台

• 医疗机器人

• 关键基础设施巡检机器人

方案四：双路热备份供电

架构

PACK A
      │
      ├──────负载
      │
PACK B

特点：

两路同时在线

自动均流

任何一路故障：

系统不停机

应用：

• 数据中心机器人

• 军用机器人

• 航空航天设备

三、机器人双路供电主流规格

小型机器人

例如：

• 服务机器人

• 配送机器人

配置：

动力：

• 24V 30Ah

控制：

• 24V 10Ah

四足机器狗

配置：

动力：

• 48V 30Ah

控制：

• 24V 10Ah

续航：

• 2～6小时

巡检机器人

配置：

动力：

• 72V 100Ah

控制：

• 24V 20Ah

续航：

• 8～12小时

履带机器人

配置：

动力：

• 96V 200Ah

控制：

• 24V 50Ah

续航：

• 8～20小时

军工机器人

配置：

动力：

• 144V 300Ah

控制：

• 24V 50Ah

备用：

• 24V 20Ah

四、双路供电关键器件设计

动力电池PACK

推荐：

磷酸铁锂

电压：

• 24V

• 48V

• 72V

• 96V

• 144V

容量：

• 20Ah～500Ah

控制电池PACK

推荐：

磷酸铁锂

电压：

• 12V

• 24V

容量：

• 5Ah～100Ah

DC/DC模块

输入：

• 48V

• 72V

• 96V

输出：

• 24V

• 12V

• 5V

效率：

• ≥95%

OR-ing自动切换模块

功能：

• 双路自动切换

• 防反灌

• 故障隔离

切换时间：

• ＜10ms

军工级：

• ＜1ms

五、BMS设计要求

动力BMS

功能：

• SOC估算

• SOH估算

• 过流保护

• 短路保护

控制BMS

功能：

• 长时间待机

• 超低功耗

待机功耗：

• ＜1W

双BMS联动

实现：

动力电池报警

↓

控制系统接管

↓

自动返航

↓

自动停机

六、通信架构设计

推荐：

动力BMS
     │
     ├──CAN FD
     │
控制BMS
     │
VCU
     │
工控机

支持：

• CAN2.0B

• CAN FD

• RS485

• Ethernet

七、安全设计要求

电气隔离

要求：

• 动力系统与控制系统隔离

绝缘电压：

• ≥2500VDC

故障隔离

支持：

• 单路短路不影响另一系统

EMC设计

满足：

• 工业机器人电磁兼容要求

• 军工机器人电磁兼容要求

八、典型机器人双路供电方案案例

巡检机器人

动力电池：

• 72V 100Ah

控制电池：

• 24V 20Ah

系统能量：

• 约7.7kWh

四足机器狗

动力电池：

• 48V 30Ah

控制电池：

• 24V 10Ah

系统能量：

• 约1.7kWh

履带消防机器人

动力电池：

• 96V 280Ah

控制电池：

• 24V 50Ah

系统能量：

• 约28kWh

军用无人平台

动力电池：

• 144V 314Ah

控制电池：

• 24V 50Ah

备用电池：

• 24V 20Ah

系统具备：

• 双冗余

• 自动切换

• 故障返航

• 战场断电保护

九、推荐方案

对于目前主流巡检机器人、机器狗、履带机器人和无人平台，推荐采用：

一级供电架构

72V/96V动力电池
        │
        ├──驱动系统
        │
        └──72V→24V隔离DC/DC
                  │
                  ├──工控机
                  ├──激光雷达
                  ├──摄像头
                  └──通信系统

二级冗余架构

主控制电源 24V
          │
备用电源 24V
          │
      OR-ing模块
          │
       控制系统

该方案兼顾：

• 成本

• 安全性

• 可靠性

• 维护便利性

尤其适用于机器狗、巡检机器人、AGV、AMR、无人车、无人船及军工特种机器人平台。

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