无人机电池安全系统的需求

市场上的无人机数量不断增加。美国联邦航空管理局预计航空成像和数据收集产品将持续强劲增长，包括紧急救援行动。

所有无人机都会出现故障，从而导致各种问题。在充电过程中着火和在飞行途中出现故障的电池代表了一系列电气问题，证明选择强大的电气保护是合理的。用于实施电池安全系统以及静电放电 (ESD) 保护的工具和技术越来越多。

图 1展示了一个通用的无人机设计，突出了无人机制造商在为其产品的各种电气子系统设计电路保护时必须考虑的一些领域，以及为每个应用设计的一些最常见的电路保护组件。

图 1 需要电路保护的无人机子系统。

保护电池和充电电路

显然，无人机需要机载电池为其运行供电。锂聚合物 (LiPo) 电池是无人机最常用的电池类型之一，因为它们具有与其尺寸和重量相关的高能量密度优势，每个电池的电压更高，因此它们可以为无人机的机载系统供电与其他可充电电池相比，电池数量更少。它们的放电速度也比其他类型慢，因此在不使用时可以保持更长时间的充电。但是，如果不充电或使用不当，它们将无法长时间提供最佳性能，甚至会开始冒烟和起火。

过度放电和过度充电是两个外部产生的事件，可能会导致锂离子电池出现问题。在过放电过程中，如果电池电压下降到低于大约 1.5V，阳极会产生气体。当电压降至 1V 以下时，集电器中的铜会溶解，导致电池内部短路。因此需要欠压保护，由电池保护IC提供。当电池电压达到大约 4.6V 时，过度充电会在阴极产生气体和热量积聚。尽管圆柱形电池具有内部压力保护、激活的 CID（电流中断装置）和内部 PTC（加热时电阻增加的正温度系数盘），但 LiPo 电池没有内部 CID 和 PTC。外部过压、过气、

多种电路保护选项可帮助保护无人机电池免受过流和过热情况的影响，包括具有热激活 (MHP-TA) 器件的金属混合 PPTC、PolySwitch PPTC 器件、低电阻 SMD PPTC 器件和表面-安装保险丝。MHP-TA 设备结合了低热截止温度、高保持电流额定值和紧凑尺寸的优点，这对于保护锂聚合物电池非常宝贵。最新的 MHP-TA 设备提供 9VDC 额定值和比典型电池热熔断器 (TCO) 设备更高的额定电流。它们能够处理高容量 LiPo 电池中常见的电压和电池充电率。

对于其他电池化学成分，例如锂离子 (Li-Ion)、镍金属氢化物 (NiMH) 或镍镉 (NiCd)，PolySwitch PPTC 可复位器件可能提供更好的解决方案。它们不仅与大批量电子组装兼容，而且它们的 UL、CSA 和 T?V 机构认可使设计人员更容易满足监管要求。它们的低电阻有助于延长电池工作时间，并增强对热事件的过温保护。

小尺寸、低高度的 POLYFUSE LoRho 表面贴装自恢复 PPTC 非常适合用于锂离子和锂聚合物电池组的保护电路模块，提供快速的过流和过温保护以及超低的内阻、电压降和功耗。通过自动复位，它们提供了一种替代一次性保险丝的低维护替代品，用于过电流保护。因为它们被封装成表面贴装在印刷电路板上，所以它们可以安装在电路板上的电子保护模块内，从而简化了组装过程。

虽然保险丝和PTC都是过流保护装置，但PTC是自动复位的；传统的保险丝在跳闸后需要更换。保险丝将完全停止电流的流动（这在关键应用中可能是可取的），但在大多数类似的过流事件之后，PTC 会继续使设备正常运行，除非在极端情况下。