MOS 管在無(wú)人機(jī)電池中的關(guān)鍵應(yīng)用

無(wú)人機(jī)，全稱(chēng)為無(wú)人駕駛航空器（Unmanned Aerial Vehicle，簡(jiǎn)稱(chēng)UAV），是一種利用無(wú)線(xiàn)電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。無(wú)人機(jī)通過(guò)自主飛行控制系統(tǒng)或遙控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)飛行和任務(wù)執(zhí)行。

無(wú)人機(jī)的分類(lèi)

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按用途分類(lèi)

軍用無(wú)人機(jī)：用于偵察、監(jiān)視、打擊等軍事任務(wù)。

民用無(wú)人機(jī)：用于農(nóng)業(yè)、物流、測(cè)繪、影視拍攝等領(lǐng)域。

商業(yè)無(wú)人機(jī)：用于快遞配送、巡檢、安防等商業(yè)應(yīng)用。

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按飛行方式分類(lèi)

固定翼無(wú)人機(jī)：類(lèi)似傳統(tǒng)飛機(jī)，依靠機(jī)翼產(chǎn)生升力，飛行速度快，航程遠(yuǎn)。

旋翼無(wú)人機(jī)：包括直升機(jī)型和多旋翼型，利用旋翼產(chǎn)生升力，具有懸停能力，適合低速、精細(xì)操作。

垂直起降無(wú)人機(jī)（VTOL）：兼具固定翼和旋翼無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)，能垂直起降，又具備高速巡航能力。

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按控制方式分類(lèi)

遙控?zé)o人機(jī)：由地面操作者通過(guò)遙控器實(shí)時(shí)控制。

自主無(wú)人機(jī)：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序或通過(guò)傳感器和算法實(shí)現(xiàn)自主飛行。

無(wú)人機(jī)的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使其在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、物流配送、測(cè)繪與遙感、影視與媒體、安防與巡檢、應(yīng)急救援、科學(xué)研究、軍事應(yīng)用等

無(wú)人機(jī)電池管理系統(tǒng)BMS

無(wú)人機(jī)的主要組成部分

機(jī)架、電機(jī)、螺旋槳、飛行控制器、電子調(diào)速器、電池與電源系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)、天線(xiàn)、起落架、攝像頭和云臺(tái)（可選）、GPS模塊（可選）

電池管理系統(tǒng)BMS

電池作為無(wú)人機(jī)的主要能源，其管理與維護(hù)對(duì)于確保無(wú)人機(jī)的性能、安全性和壽命至關(guān)重要。

什么是電池管理系統(tǒng)（BMS）

電池管理系統(tǒng)（BMS）是指用于監(jiān)測(cè)、管理和保護(hù)電池組的電子系統(tǒng)。其主要功能是確保電池在安全、可靠和高效的條件下運(yùn)行。對(duì)于無(wú)人機(jī)而言，BMS負(fù)責(zé)管理其動(dòng)力電池，保障無(wú)人機(jī)的正常飛行和操作。

無(wú)人機(jī)BMS的組成結(jié)構(gòu)

電池監(jiān)測(cè)單元（BMU）

電壓監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)測(cè)量每個(gè)電芯的電壓，防止過(guò)充電或過(guò)放電。

溫度監(jiān)測(cè)：通過(guò)溫度傳感器監(jiān)測(cè)電池的溫度，防止過(guò)熱或過(guò)冷。

電流監(jiān)測(cè)：測(cè)量充放電電流，確保電流在安全范圍內(nèi)。

通信模塊

有線(xiàn)通信接口：如CAN總線(xiàn)、I2C、SPI或UART，用于與飛控系統(tǒng)實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)。

無(wú)線(xiàn)通信模塊（可選）：通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸電池信息，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控。

功率控制模塊

圖中有二組MOSFET模塊，分別用于控制放電、充電和預(yù)充電。

放電MOS：控制電池放電電流的通斷。當(dāng)需要放電時(shí)，控制信號(hào)使放電MOS導(dǎo)通。

充電MOS：控制電池的充電電流的通斷。類(lèi)似放電MOS，當(dāng)需要充電時(shí)，控制信號(hào)使充電MOS導(dǎo)通。

預(yù)充電MOS：預(yù)充電是為了在充電開(kāi)始時(shí)防止瞬時(shí)大電流對(duì)電池或電路造成損壞。它通過(guò)限流電阻慢慢對(duì)電池充電，直到電壓達(dá)到安全范圍。

推薦使用薩瑞微MOSFET系列

這二組MOS開(kāi)關(guān)器件的選擇需要根據(jù)系統(tǒng)的功率需求以及電池組的額定電流來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。常見(jiàn)的參數(shù)包括：

導(dǎo)通電阻Rds(on)：開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻，Rds(on)越小，損耗越低。

最大電流承受能力：MOS管的額定電流要大于最大充放電電流。

耐壓值Vds：選擇時(shí)需要考慮最大電池電壓，MOS管的耐壓值應(yīng)大于電池組的總電壓。

電流檢測(cè)

電流采樣電阻：放電路徑中的采樣電阻用于測(cè)量流經(jīng)電池組的電流。通過(guò)測(cè)量電阻上的壓降，可以得到當(dāng)前電流值。電阻的選擇需要考慮：

阻值：通常選擇低阻值（如毫歐級(jí)）以減少功率損耗。

功率額定值：需要能夠承受較大的電流，防止燒毀。

隔離電源模塊

DC/DC隔離電源模塊：由于BMS的不同電路部分工作在不同電壓層次下，為了實(shí)現(xiàn)隔離，同時(shí)確保不同電壓的穩(wěn)定供電，通常需要使用DC/DC轉(zhuǎn)換器。它的選擇主要考慮以下參數(shù)：

輸入電壓范圍：要支持電池組的電壓范圍。

輸出電壓和電流：要滿(mǎn)足控制電路的供電需求。

控制單元（MCU）

數(shù)據(jù)處理：收集并處理來(lái)自監(jiān)測(cè)單元的數(shù)據(jù)。

邏輯控制：根據(jù)電池狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的控制策略，如開(kāi)啟保護(hù)功能。

通信管理：與無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)或地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

安全機(jī)制

保險(xiǎn)絲：在極端過(guò)流情況下切斷電路，提供最后的安全保障。

電氣隔離：通過(guò)光耦合器或隔離變壓器，實(shí)現(xiàn)電路間的電氣隔離，提升系統(tǒng)安全性。

溫度保護(hù)與檢測(cè)

溫度開(kāi)關(guān)和MOSFET：用于監(jiān)控電池組的溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，它會(huì)觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，關(guān)閉充電或放電回路，防止電池過(guò)熱損壞。溫度開(kāi)關(guān)一般選擇能在設(shè)定的溫度點(diǎn)上準(zhǔn)確動(dòng)作的器件，MOSFET則用于控制保護(hù)電路的通斷

結(jié)論

無(wú)人機(jī)BMS通過(guò)硬件和軟件的結(jié)合，對(duì)電池進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和管理。其主要功能是確保電池的安全使用，延長(zhǎng)電池壽命，提高無(wú)人機(jī)的續(xù)航能力和運(yùn)行可靠性。在設(shè)計(jì)上，需要考慮無(wú)人機(jī)的特殊需求，如輕量化、體積小、功耗低和抗干擾能力強(qiáng)。同時(shí)，隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，BMS也在不斷升級(jí)，集成更多智能化和網(wǎng)絡(luò)化功能，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和云端管理。