Zapotrzebowanie na systemy bezpieczeństwa baterii dla dronów

Liczba dronów na rynku stale rośnie. Przewiduje się stały silny wzrost produktów do obrazowania lotniczego i gromadzenia danych, w tym do akcji ratunkowych i ratowniczych.

Wszystkie drony podlegają warunkom usterek, które mogą powodować różne problemy. Akumulator, który zapala się podczas ładowania i awaria w trakcie lotu, to szereg problemów elektrycznych, które uzasadniają wybór solidnego zabezpieczenia elektrycznego. Istnieje coraz więcej narzędzi i technik wdrażania systemów bezpieczeństwa akumulatorów, a także ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi.

Ochrona akumulatora i obwodów ładowania

Oczywiście drony wymagają pokładowych akumulatorów do zasilania ich działania. Jakie baterie do dronów wybrać? Baterie litowo-polimerowe (LiPo) należą do najpopularniejszych typów baterii stosowanych w dronach, ponieważ oferują zaletę wysokiej gęstości energii w stosunku do ich rozmiaru i wagi, przy wyższym napięciu na ogniwo, dzięki czemu mogą zasilać systemy pokładowe drona z mniejszą liczbą ogniw niż inne akumulatory. Rozładowują się również wolniej niż inne typy, dzięki czemu dłużej trzymają ładunek, gdy nie są używane. Jednak, jeśli nie są prawidłowo naładowane lub używane, nie są w stanie zapewnić maksymalnej wydajności przez długi czas, a nawet mogą zacząć palić i zapalić się.

Nadmierne rozładowanie i nadmierne ładowanie to dwa zdarzenia wywołane zewnętrznie, które mogą powodować problemy w akumulatorach litowo-jonowych. Podczas nadmiernego rozładowania, jeśli napięcie ogniwa spadnie poniżej około 1,5 V, na anodzie będzie wytwarzany gaz. Gdy napięcie spadnie poniżej 1V, miedź z kolektora prądu rozpuszcza się, powodując wewnętrzne zwarcie ogniwa. Dlatego wymagana jest ochrona podnapięciowa, którą zapewnia układ ochrony akumulatora. Przeładowanie powoduje gazowanie i gromadzenie się ciepła na katodzie, gdy napięcie ogniwa osiąga około 4,6 V. Chociaż ogniwa cylindryczne mają wewnętrzną ochronę przed ciśnieniem, aktywowane CID (urządzenia przerywające prąd) i wewnętrzne PTC (dyski o dodatnim współczynniku temperaturowym, które zwiększają rezystancję po podgrzaniu), ogniwa LiPo nie mają wewnętrznych CID i PTC. Zewnętrzne zabezpieczenie przed przepięciem, nadmiernym gazem i nadmierną temperaturą jest szczególnie ważne w przypadku ogniw litowo-polimerowych.

Dostępnych jest wiele opcji ochrony obwodów, które pomagają chronić akumulatory dronów przed nadmiernym prądem i nadmierną temperaturą, w tym metalowy hybrydowy PPTC z aktywacją termiczną (MHP-TA), urządzenia PolySwitch PPTC, urządzenia SMD PPTC o niskiej rezystancji i urządzenia powierzchniowe zamontować bezpieczniki. Urządzenia MHP-TA łączą w sobie zalety niskich temperatur odcięcia termicznego, wysokich wartości prądu podtrzymania i kompaktowych rozmiarów, które są nieocenione w ochronie akumulatorów LiPo. Najnowsze urządzenia MHP-TA oferują napięcie znamionowe 9 V DC i wyższy prąd znamionowy niż typowe urządzenia z termicznym odcięciem akumulatora (TCO). Są zdolne do obsługi napięć i szybkości ładowania baterii typowych dla ogniw LiPo o dużej pojemności. Wiele z nich zapewnia resetowalną i dokładną ochronę przed przegrzaniem, a ich kompaktowe wymiary i smukła obudowa upraszczają ochronę obwodów w ultracienkich konstrukcjach akumulatorów.

W przypadku innych baterii, takich jak akumulatory litowo-jonowe (Li-Ion), niklowo-wodorkowe (NiMH) lub niklowo-kadmowe (NiCd), lepszym rozwiązaniem mogą być urządzenia z możliwością resetowania PolySwitch PPTC. Są one nie tylko kompatybilne z wysokonakładowym montażem elektroniki, ale ich aprobaty UL, CSA i TÜV ułatwiają projektantom spełnienie wymagań prawnych. Ich niska rezystancja pomaga wydłużyć czas pracy baterii i zwiększają ochronę przed przegrzaniem przed zdarzeniami termicznymi.

Niewielkie rozmiary, niski profil, resetowalne PPTC POLYFUSE LoRho do montażu powierzchniowego doskonale nadają się do modułów obwodów ochronnych do akumulatorów Li-ion i LiPo, zapewniając szybką ochronę przed przetężeniem i przegrzaniem przy bardzo niskiej rezystancji wewnętrznej i napięciu spadek i rozpraszanie mocy. Dzięki automatycznemu resetowaniu zapewniają one łatwą w utrzymaniu alternatywę dla jednorazowych bezpieczników w celu ochrony przed przetężeniem. Ponieważ są pakowane do montażu powierzchniowego na płytce drukowanej, można je zamontować w elektronicznym module zabezpieczającym na płytce, co upraszcza proces montażu.

Chociaż bezpieczniki i PTC są urządzeniami zabezpieczającymi przed przetężeniem, PTC są automatycznie resetowane; tradycyjne bezpieczniki należy wymienić po ich zadziałaniu. Bezpiecznik całkowicie zatrzyma przepływ prądu (co może być pożądane w krytycznych zastosowaniach), ale po większości podobnych zdarzeń przetężenia, PTC nadal umożliwiają działanie sprzętu, z wyjątkiem ekstremalnych przypadków.