无人机（UAV）和无人地面车（UGV）在军事、工业、农业、安防及科研等多个领域的广泛应用，动力系统成为其关键技术之一。尤其是在续航时间、载重能力和系统安全性方面，对电池性能提出了更高要求。本文围绕中压高能量密度锂电池系统在无人机与无人车应用场景中的设计方案展开，详细介绍系统架构、关键技术指标、热管理、安全保障及集成方案，旨在为相关领域提供系统化解决思路。

一、应用需求与设计目标

无人机和无人车对电池系统的基本需求包括：

• 高能量密度：延长续航时间，提升任务执行效率。
• 中压系统：兼顾系统安全性与功率输出需求，满足多样化负载。
• 轻量化设计：降低整体重量，提升机动性及载重能力。
• 可靠的安全性能：保证作业环境下的稳定性和安全性。
• 良好的环境适应性：适应多种复杂气候和地形条件。

基于此，设计一套中压（通常指48V~96V范围内）高能量密度锂电池系统方案，兼顾续航、功率、重量和安全，是无人机与无人车动力系统的核心。

二、电池系统架构设计

1. 电压等级与容量配置

中压系统一般选择48V、72V或96V电压等级，以满足无人机和无人车不同功率需求。电池容量根据续航需求和载荷大小定制，常见容量范围在10Ah至200Ah之间，确保任务持续时间和应急输出。

2. 电池单体选择

采用高能量密度锂离子电池单体，如三元材料（NMC/NCA）或磷酸铁锂（LFP）结合多种优势。三元材料电池能量密度高，适合轻量化需求；磷酸铁锂电池稳定性和安全性更佳，适合特定高安全要求场景。

3. 模块化设计

电池组由多个模块组成，每个模块为若干电池单体串并联组合。模块化设计方便系统维护、更换和扩展，同时利于热管理和故障隔离。

4. 电池管理系统（BMS）

BMS是保障电池安全和性能的关键。其功能包括：

• 实时监测电压、电流、温度等参数。
• 均衡电池单体电压，延长电池寿命。
• 过充、过放、短路、过温等多重保护。
• 通信接口，支持与无人机/无人车控制系统联动。

三、热管理系统设计

无人机和无人车在执行任务时，电池组常处于高负载状态，热量积累影响性能与安全。针对中压高能量密度锂电池，热管理设计尤为重要。

1. 主动冷却方案

采用液冷或风冷系统，结合高效散热结构，快速带走电池热量。液冷适用于功率密度较高、环境温度较高的应用，风冷结构简单轻便，适合小型无人机。

2. 被动散热设计

利用相变材料、散热片等设计，辅助降低温度峰值，尤其适合重量限制严格的无人机应用。

3. 温度传感与预警

配备多点温度传感器，BMS实时监控温度分布，提前预警异常，保障热失控风险最小化。

四、安全保障体系

无人机和无人车在复杂环境下工作，电池安全尤为关键。中压高能量密度锂电池系统安全设计包括：

1. 电气安全保护

• 过流保护：防止短路和大电流冲击。
• 过压与欠压保护：避免电池组过充或过放，延长寿命。
• 短路保护：快速断开电路，防止事故扩大。

2. 物理安全设计

• 采用阻燃材料和防爆设计，降低火灾风险。
• 机械抗震设计，保证电池组抗冲击能力，适应复杂地形。

3. 软件保护策略

• BMS智能算法实现动态充放电管理。
• 故障诊断与隔离功能，防止异常单体影响整个系统。

4. 环境适应性

• 防水防尘等级设计，满足野外复杂环境使用。
• 抗高低温能力，保证极端气候下稳定运行。

五、系统集成与应用实例

1. 集成方案

电池系统根据无人机/无人车的尺寸、载重及功率需求设计，采用轻量化外壳和紧凑布局。接口设计兼顾快速拆装和维护便利性。电池与动力控制系统、BMS紧密配合，确保动力输出平稳且响应迅速。

2. 应用场景示例

• 无人机：长航时侦察无人机搭载中压高能量密度锂电池，延长连续飞行时间，实现远程任务执行。
• 无人地面车：复杂地形作业的UGV装备电池系统，支持高功率驱动与多种载荷设备，保障全天候作业能力。
• 多任务平台：结合不同类型无人系统，统一中压电池平台，降低维护复杂度，提高系统通用性。

设计一套适用于无人机与无人车应用的中压高能量密度锂电池系统，需综合考虑电压容量配置、电池材料选择、模块化设计、热管理和安全保障等多方面因素。合理的系统架构和完善的管理方案不仅提升续航能力和动力输出，还能保障系统稳定与安全运行。