机器人电池与电源包

它是什么

电源包是新手想得最少、错得最多的部分。就是给电机和电路供电流的电池——但选错了代码再好车也抽搐、复位、不动。供电做对经常是跑起来的车和反复重启的车的区别。

关键是车有两种很不同的电流胃口：电机阵发大口吃，逻辑细水长流。一包电池能喂两个，但要安排得贪吃的电机饿不着敏感的大脑。

工作原理

顺着电流从电池包走：

1. 电池出原始电压——4 节 AA 6 V，2 节 18650 7.4 V。
2. 电机轨从电池包直进 L298N 驱动 Vin。大而冲击的电机电流走这里——完全不经过 Arduino。
3. 逻辑轨是稳压 5 V（驱动板载稳压或 USB），给 Arduino 和传感器干净稳定的电压。
4. 共地把一切连起来。每一路电源都必须共用同一条地线，否则逻辑信号没有共同的参考电位，读数就变得毫无意义。

这样分开，电机突然吃一安拉塌自己的轨，拖不下 Arduino 的 5 V。

为什么 9 V 方块不行

最常见的第一台车错误，是用矩形 9 V PP3 电池给电机供电。看着方便，但它储能很少、内阻很高。电机一取电流，它的电压立刻塌下去——Arduino 跌破最低工作电压而复位，于是小车一顿一顿地重启、循环往复。9 V 块电池用来给只喝毫安电流的面包板供电没问题，但凡是带轮子的活，它都是错误选择。

选择与接线

• **电压配电机。**3–6 V 电机在 6 V 或 7.4 V 包上都欢；速度用 PWM 驯，别欠压电池包。
• **容量是续航。**mAh 大充一次跑更久；18650 比 AA 耐得多，要带保护的电池座。
• **一开关，极性对。**电池包上加一个总开关，首次上电前把极性核对两遍——反接的代价是瞬间烧板。
• **别倒灌。**除非板子本来就为此设计，否则别同时用 USB 和电池给 Arduino 供电。
• 加大容量电容并在电机电源上，用来吸收启动冲击、稳定电源轨。

内阻：决定一切的数

每块电池的行为都像是一个串了电阻的理想电压源。这个电阻，就是为什么一包电池能跑而另一包让你板子复位的全部原因。

V_under_load = V_open_circuit - (I x R_internal)

2 A 冲击过 0.5 Ω 内阻的包，下游看到之前先丢一整伏。常见选项对照：

这张表把 9 V 块电池解释得再清楚不过。问题不在电压错——它的电压是全表最高的。问题在于 2 A 的冲击电流下它只能给出 3 V，于是小车复位。搁在货架上的电压什么都说明不了；带载时的压降说明一切。

两分钟量你自己的

1. Measure the pack's voltage with nothing connected.       -> V_open
2. Stall the motors and measure again while stalled.        -> V_load
3. Measure the stall current with the meter in series.      -> I
4. R_internal = (V_open - V_load) / I

记号笔写包上。内阻随电芯老化涨，翻倍的包就是“随机”复位的包。

电流预算

买之前先在纸上算一遍。用堵转电流，不用典型值。

典型避障小车——Uno、两台 TT 电机、舵机上的超声波传感器——预算大约是典型 360 mA、峰值 2.7 A。按峰值选电池包，按典型值算续航：

runtime (hours) = capacity (mAh) / average draw (mA)

2000 mAh AA 镍氢 360 mA 约 5.5 小时，比大多数机器人的电池一辈子跑的都多。容量很少是约束——冲击能力是。

正确接线

Battery + ──── master switch ──┬──── motor driver VM  (the heavy path)
                               │
                               └──── 5 V regulator ──── Arduino, sensors
Battery − ─────────────────────┴──── COMMON GROUND ──── everything

四条规则，按它们被违反的频率排序：

**共地，永远。**每个电源、每块板、每个传感器都接到同一个地上。少了共地，逻辑信号就没有参考电位，而这种故障是无声的——什么都不工作，什么都不发热，看着也没什么毛病。

**地线走星形，不要串。**每一路地都回到同一个点，而不是经电机驱动菊花链式串过去。电机的回流电流流过共用的地线会在线上产生压差，于是电机一动，你的传感器读数就跟着漂。

正极加总开关，在一切之前。失控车瞬间掐电值两分钟。

**反接保护。**串联一个肖特基二极管大约损失 0.3 V，或者用一只 P 沟道 MOSFET，代价几乎为零。两种都比一块被反接烧掉的板子便宜——而反接只需要一走神。

电容：能干什么不能干什么

电机电源并470–1000 µF 电解，贴着驱动。值得做。也常被指望干它干不了的。

它能修：PWM 和电机换向的尖锐瞬态，微秒级，耦合到逻辑轨的噪声。

它不能修：持续冲击。算术无情：

dV = I x t / C
1000 uF supplying 2 A for 10 ms -> dV = 2 x 0.01 / 0.001 = 20 V

2 A 电机冲击 10 ms 要电容掉 20 V，包里都没这么多。**只有更硬的电池扛冲击。**电机一转板子复位，加大电容不是答案——低内阻电池包是。

每颗 IC 电源脚旁再加 100 nF 瓷片。完全另一活：管芯片自己开关的高频需求，电解太慢够不着。

选哪种化学

**镍氢是第一台的正解。**六节 7.2 V 内阻低，耐犯错，包死了是麻烦不是事故。

锂离子 18650 是最合算的升级：同样的重量能存多得多的能量，内阻很低，而且便宜。用带保护的电池座或一块保护板——锂电芯被放到约 3.0 V 以下会造成永久损伤，而一台跑到没电才停的机器人正好会干出这种事。

锂聚合物电池是性能作品用的那种，也是唯一必须小心对待的一种。绝不无人值守充电，绝不刺穿，绝不把放完电的电池留着，并用平衡充电器充电。

故障排查

监控电池包

最后值得加的：知道自己电池电压的车欠压前会停，两电阻的事。

// 100k / 33k divider: 8.4 V max in -> ~2.09 V at the pin. Safe for a 3.3 V ADC.
const float DIVIDER = (100.0 + 33.0) / 33.0;

float packVolts() {
  return analogRead(A0) * (5.0 / 1023.0) * DIVIDER;
}

一条值得认真对待的提醒：在 Arduino 上，analogRead 是以 5 V 电源轨为基准的，而电机一跑，这条轨本身就在下垂。用一个正在下降的参考去量一个正在下降的电池，读数反而会升高。改用芯片内部的 1.1 V 基准，配上 analogReference(INTERNAL)，并按这个基准重新设计分压比，读数就诚实了——模拟输入教程讲的正是这个坑。