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摘要电量估计是机器人系统中的重要组成部分之一，且野外场景作业过程中显得尤为重要本文将电池建模法和库伦计法2种传统算法有效结合，详细阐述了结合算法的理论建模及实验测试过程，解决了库伦计法存在累计误差和电池建模法存在动态测量数据波动大等问题，该方法代理芯海商具有简单可靠、实用性高等优势。
1引言 在开发某些机器人样机的过程中，如无人车、无人机、无人艇等，或者参加机器人比赛的时候，经常需要考虑的一件事情是：机器人携带的电池电量还剩多少，还能坚持多久？尤其是在室外样机测试过程中，不方便携带各种仪器设备，即使携带了简易设备，也代理芯海商不方便测量，所以只好使用手表记录机器人运动时间，根据经验估计机器人还能工作多久。
机器人如果还需具备自主充电功能时，那电量检测就就是必不可少的 在样机开发阶段，我们一般使用的是廉价锂电池，仅能充电和放电，也有比较高级一点的，增加了指示灯来表示剩余电量，但是机器人代理芯海商却不知道电池电量具体数值，对后期机器人智能化功能集成测试不太友好。
因此，在实验室样机阶段，如何搭建一个简单实用的电源状态监测系统，对机器人设计开发有着重要价值和意义。
图 1.1 电池放电曲线. S1-3表示一般电池放电的3个阶段，S1为电压缓慢下代理芯海商行区间，S2为电压稳定区间，S3为电压快速下降区间. 网上也有部分资料描述了电池状态监测的方法，也就是SOC(state of charge)算法
，常见的有三种[1]，如下：01开环电压检测法 电池的电量通过简单的监控电池的电压而得来的而这种方法是代理芯海商假定电池电压与电量呈线性关系，但是从图 1.1可知，电池的电量和电压不是线性关系的，所以这中测试方法并不精准，尤其是电池电量低于50%时，电量计算将会变得非常不准确。
02电池建模法 该方法是根据电池的放电曲线（图 1.1）来建立一个数据表，数据表中会标明不同电压下的电量代理芯海商值，通过查表法获得剩余电量值，可以有效的提高测量的精度但要获得一个精准的数据表并不简单，因为电压和电量的关系还涉及到了电池的温度、自放电、老化等的因素，只有结合了众多的因素来进行修正才能够得出较满意的电量测量。
且将数据表以数组的形式存储在单片机中，占用内存偏大；若耗电设备的负载较大导代理芯海商致电压不稳，也会引起测量误差03库仑计法 库仑计是在电池的正极和负极串联一个电流检测电阻，当有电流流经电阻时就会产生感应电压，通过检测感应电压就可以计算出流过电池的电流[2]，再对时间积分，计算消耗的电量。
因此可以精确的跟踪电池的电量变化，另外通过配合电池电压和温代理芯海商度，就可以极大的减少电池老化等因素对测量结果的影响其中iPhone中就是采用这一方法由于库仑计测量原理存在累计误差，因此在不校准的情况下，电池长时间反复充放电后，累计误差会越来越大。
表 1-1 电量计算方法对比方法优点缺点开环电压检测法简单误差大电池建模法静态精度较高测量不稳定库仑计法精度高累计误差代理芯海商 如表 1-1所示，对比三种电量计算方法的主要特点，各有千秋，但还难以在实际中应用，因此结合上述三种方法的特点，本文接下来将介绍一种简单实用、误差较小的电量估算方案，也是笔者在项目开发中亲测使用的。
接下来，第2章将介绍整个算法建模过程，第3章概述软硬件实现过程，最后进行了总结展望2 算代理芯海商法原理 通过上述分析，笔者将电池建模法和库仑计法有效结合，将2种方法优势互补首先，通过电池放电过程的电压与电量曲线，拟合出数学关系式。
当机器人处于静止或稳定运动阶段时，通过测量电池的开环电压，计算得到当前电量；而在机器人变工况运动阶段，则采用库仑计法，通过电量检测模块测量机器人实时消耗代理芯海商的电量，以此计算机器人剩余电量2.1放电曲线建模 根据机器人的理论功耗、额定电压、电流等参数，可以在网上买到组装版锂电池，并可找商家帮忙测量电池的放电曲线数据，如图 2.1所示，起始放电电压为52.82V，截止放电电压为39.08V，测试放电电流设定为7.99A，总耗时3836s，总释代理芯海商放电量8.51Ah。
其中按照8A恒定电流持续放电的数据，因为我估算的机器人正常运动时候的电流大小约8A
图 2.1 电池实际放电曲线测量 拿到电池放电曲线数据后，使用MATLAB或者python进行曲线拟合每个电池的放电曲线细节上不同，但整体趋势是相似的（如图 1.1）图 2.2中为笔者代理芯海商购买电池对应的放电曲线（坐标含义与图 1.1有差异，在表达方式上更像充电曲线），描述了电压和剩余电量的关系。
观察曲线的变化趋势，在47V位置右侧，曲线变化平滑，而在47V左侧，曲线斜率变化更大，因此采用两段分段函数来分别拟合47V左右两侧的数据
图 2.2 放电曲线分段拟合.横坐标表示电池的电压，纵坐代理芯海商标表示剩余电量
图 2.3 47V右侧段数据拟合 如图 2.3所示，47V右侧段采用1次sum of sine方法拟合；如图 2.2所示，47V左侧段：采用2次sum of sine方法拟合，拟合结果如下：
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其中，q(u)表示当前电压为u时剩余的电量2.2电量估计 基于公式（1），便可通过电池电压计算得到当前剩余的电量，但是由于机器人运动过程中的工况时刻变化，因而电机力矩时刻变化，电流值非常不稳定，从而会导致电池电压不稳定，因此最好在机器人静止或稳定正常运动过程中测量电压，以估计剩余代理芯海商电量，但这就降低了算法的实用性。
借鉴上述库伦计法，引入一块电流检测模块或库仑计便可解决上述痛点当机器人处于静止或稳定运动状态时，使用公式（1）计算出当前电量；在机器人运动时，使用电流、电压检测模块持续采集总负载两侧的电压及总电流，通过对时间的积分，可计算消耗的电量，因此在时变工况条件下的电量可表示为代理芯海商。
其中，qt2表示t2时刻的剩余电量，q(u)t1表示上一次基于公式（1）计算得到的电量，u和i分表示总负载两端的电压和电流 一旦机器人进入静止或稳定运动状态，便再次使用公式（1）更新当前电量，消除库仑计法带来的累计误差，以此交替往复下去，即使当电池重新充满电后，上述方法依旧实用，且不代理芯海商引入累计误差。
此外，还可以估计机器人在以当前状态运作的剩余时间trst，如下其中，qt表示当前t时刻的电量3工程实现3.1硬件搭建如图 3.1所示，从原理上看就是在电池和负载的电路之间增加电流、电压检测元件，并使用单片机实时读取负载电压、电流值，经过上述算法处理后发送至上位机。
图 3.1 硬件模块示代理芯海商意图 而对应的实际应用亦是如此，图 3.2是笔者在调试时随手记录下来的，电池是48V，电压较高，选择了一款集电压、电流检测一体的模块，连接于电路中，并使用STM32通过485总线读取模块数据，进行处理，反馈至串口助手查看。
需要注意的是：根据功能需求，如精度、量程、测量频率以及通信接口等代理芯海商，选择不同类型的电源检测模块。
图 3.2 硬件调试3.2软件实现 在机器人启动稳定后，采用电池建模法，根据当前电压计算得到当前电量，若机器人进入变工况运动阶段，则采用库仑计法，实时采集总负载的功率值，采用公式（2）动态更新电量值，若在某一时间段，机器人又进入稳定阶段，则再次采用电池建模代理芯海商法，基于当前电压更新电量值，消除库伦法的累计误差，如此往复，实现电量检测。
至于机器人何时处于静止/稳定阶段，何时处于变工况阶段，上位机是完全可以知晓的，也可以写个状态监测程序，设定一些指标，描述机器人状态·
图 3.3 软件实现方法3.3实验效果 如图 3.4所示，是笔者通过串口助手显示代理芯海商收集到的测试数据，以验证程序逻辑，后续便可集成到机器人上了。
图 3.4 电量计算结果. 第一个数据为当前电压，第二个数据为当前剩余电量，前面为十进制显示，后面为十六进制显示4 结论与展望 4.1结论 综上所述，笔者是将电池建模法和库仑计法进行了有效结合，以计算代理芯海商机器人当前电量及剩余稳定运作时间。
其优点是算法及软硬件实现都比较简单，且测量精度适中，且能够提示开发者在样机测试过程避免过度使用电池，延长电池寿命，具有较高的实用价值 该方法很适合处于实验室样机研制测试阶段的机器人使用，待机器人功能测试稳定后，便可确定电池的型号等参数，接着再选择与之匹代理芯海商配高的电源检测模块，以提升检测效果，也可以选择合适的电量检测芯片，自己开PCB板。
当然该方法也存在一些问题，如电池建模过程中忽略了温度、电池老化的影响，因此需要定期更新电池放点曲线模型，而机器人运动功耗变化较大，需要选择性能好的测量模块，才能长期保持较低的累计误差4.2
展望 上述内容仅代理芯海商属于电源管理系统中基础部分，想要提升电量检测系统的性能，主要是检测精度，可以考虑从电池建模算法入手，综合考虑温度、老化对放电曲线的影响；库仑计法要求实时采集消耗的电量，但在实际工程中是难以做到实时高频的采样，这也导致累计误差的原因之一，而机器人在变工况运作时的功率曲线波动非常大，且难以准确估计，因此代理芯海商可以基于电量采样数据结合滤波算法、神经网络算法以提升电量消耗估计的准确度。
除此之外，进一步可以考虑基于机器人电量消耗的数据，结合机器人运作状态，设计基于能耗最优原则的低功耗策略，如动态电压频率调节技术和任务调度算法等，不过笔者认为这个方向实用性强，但理论建模难度偏大。
总之，本文仅介绍了电源管理系统中代理芯海商电量检测理论和实操方法，里面还有广阔空间可以深入探究参考文献[1] 程宇菥. 锂电池电量检测系统设计[D]. 电子科技大学, 2014.[2] 张永凯, 赵建平, 陶明超,等. 基于库仑计法的锂电池电量检测[J]. 化工自动化及仪表, 2016, 43(2):191-194.
[3] 周华, 王毅鹏.代理芯海商 锂离子电池剩余电量检测方法[J]. 产业与科技论坛, 2012, 11(23):63-63.福利放送 笔者为小伙伴们整理了期刊论文版式原文PDF，方便收藏和回味，下载链接：
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