Vysvětlení 1S, 2S, 3S a 4S LiPo baterií

LiPo baterie jsou často popisovány pomocí štítků jako 1S, 2S, 3S a 4S. Tyto štítky se objevují na bateriových sadách používaných v přenosné elektronice, robotice, RC vybavení, dronech, lékařských zařízeních a dalších dobíjecích produktech.

Hodnocení 'S' popisuje počet LiPo článků zapojených do série:

• 1S znamená jednu buněčnou skupinu v sérii;

• 2S znamená dvě buněčné skupiny v sérii;

• 3S znamená tři buněčné skupiny v sérii;

• 4S znamená čtyři buněčné skupiny v sérii.

S rostoucím počtem článků v sérii se zvyšuje napětí baterie. Kapacita v mAh se automaticky nezvýší jen proto, že je S-rating vyšší.

Použití běžných LiPo článků se jmenovitým napětím přibližně 3,7 V:

• 1S = 3,7 V jmenovité;

• 2S = 7,4 V jmenovité;

• 3S = jmenovité 11,1 V;

• 4S = 14,8 V jmenovité.

Vhodná konfigurace závisí na hostitelském zařízení, nabíječce, aktuální poptávce, požadované energii, BMS a mechanickém provedení.

Rychlá odpověď: Co znamenají 1S, 2S, 3S a 4S?

Tyto hodnoty jsou běžné referenční hodnoty pro standardní dobíjecí LiPo články. Přesné napětí musí odpovídat specifikaci vybraného článku.

Vyšší S-rating znamená vyšší napětí baterie. Neznamená to automaticky:

• Vyšší kapacita;

• Delší doba běhu;

• Lepší výkon;

• Rychlejší nabíjení;

• Vyšší bezpečnost;

• Větší hustota energie.

Hodnocení S musí odpovídat elektrickému systému zařízení.

1. Co znamená 'S' na LiPo baterii?

Písmeno S znamená řadu.

Když jsou články zapojeny do série, kladný pól jednoho článku je spojen se záporným pólem dalšího článku. Napětí každého článku se sčítá.

Pro standardní LiPo článek s jmenovitým napětím 3,7 V:

Napětí sady = 3,7 V × Počet článků v sérii

Příklady:

• 1S: 3,7 V x 1 = 3,7 V;

• 2S: 3,7 V x 2 = 7,4 V;

• 3S: 3,7 V x 3 = 11,1 V;

• 4S: 3,7 V × 4 = 14,8 V.

S-rating popisuje pouze počet sérií. Balíček může také obsahovat paralelní buněčné skupiny, jako jsou:

• 2S1P;

• 2S2P;

• 3S2P;

• 4S2P.

Další informace o tom, jak sériové a paralelní připojení ovlivňují napětí a kapacitu, viz Série vs. paralelní baterie.

2. Co je 1S LiPo baterie?

1S LiPo baterie obsahuje jeden LiPo článek nebo jednu paralelní skupinu článků.

Typické elektrické hodnoty jsou:

• Jmenovité napětí: přibližně 3,7 V;

• Napětí při plném nabití: přibližně 4,2 V;

• Minimální provozní napětí: závislé na aplikaci;

• Kapacita: určena buňkou nebo paralelní skupinou.

Příklad: 1S1P

Jeden 1000 mAh LiPo článek produkuje přibližně:

3,7 V, 1000 mAh

Jeho nominální energie je:

3,7 V × 1 Ah = 3,7 Wh

Příklad: 1S2P

Dva 1000 mAh články zapojené paralelně produkují přibližně:

3,7 V, 2000 mAh

Napětí zůstává přibližně 3,7 V, přičemž kapacita roste.

Typické 1S aplikace

1S balíčky mohou být vhodné pro:

• Kompaktní nositelná zařízení;

• Malé GPS trackery;

• Bezdrátové příslušenství;

• Malé produkty IoT;

• Přenosné senzory;

• Kompaktní spotřební elektronika;

• Nízkonapěťové vestavěné systémy.

Sada 1S může v závislosti na aplikaci používat PCM nebo jednoduchý ochranný obvod. Nabíječka musí být navržena pro jednočlánkový LiPo pack.

3. Co je 2S LiPo baterie?

2S LiPo baterie obsahuje dvě skupiny článků zapojené do série.

Typické hodnoty jsou:

• Jmenovité napětí: přibližně 7,4 V;

• Napětí při plném nabití: přibližně 8,4 V;

• Kapacita: je určena kapacitou každé paralelní skupiny.

Příklad: 2S1P

Použití dvou 1000 mAh článků v sérii:

7,4 V, 1000 mAh

Nominální energie:

7,4 V × 1 Ah = 7,4 Wh

Příklad: 2S2P

Použití čtyř 1000 mAh článků v uspořádání 2S2P:

7,4 V, 2000 mAh

Nominální energie:

7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh

Typické 2S aplikace

2S LiPo packy lze zvážit pro:

• Přenosné vybavení;

• Průmyslová ruční zařízení;

• Lékařská zařízení;

• Obousměrná komunikační zařízení;

• Malé robotické systémy;

• Zahřívané produkty;

• Vysokonapěťová elektronika;

• Některé RC a dronové systémy.

ZERNE's Stránka 7,4V lithiové baterie obsahuje příklady 2S bateriových sad na úrovni produktů s různými kapacitami a rozměry.

4. Co je 3S LiPo baterie?

3S LiPo baterie obsahuje tři skupiny článků zapojené do série.

Typické hodnoty jsou:

• Jmenovité napětí: přibližně 11,1 V;

• Napětí při plném nabití: přibližně 12,6 V;

• Kapacita: je určena kapacitou každé paralelní skupiny.

Příklad: 3S1P

Použití tří 1000 mAh článků v sérii:

11,1 V, 1000 mAh

Nominální energie:

11,1 V × 1 Ah = 11,1 Wh

Příklad: 3S2P

Použití šesti 1000 mAh článků v uspořádání 3S2P:

11,1 V, 2000 mAh

Nominální energie:

11,1 V × 2 Ah = 22,2 Wh

Typické 3S aplikace

3S balíčky lze použít v:

• Přenosná průmyslová zařízení;

• Robotika;

• Vysokonapěťová ruční zařízení;

• Kompaktní energetické systémy;

• některé lékařské nebo monitorovací produkty;

• RC vybavení;

• Některé platformy pro drony.

Sada 3S vyžaduje nabíječku a ochranný systém navržený pro rozsah napětí 3S. Nemělo by se nabíjet pomocí jednočlánkové nebo 2S nabíječky.

ZERNE's Stránka 11,1V lithiové baterie obsahuje příklady konfigurací 3S LiPo baterií.

5. Co je 4S LiPo baterie?

4S LiPo baterie obsahuje čtyři skupiny článků zapojené do série.

Typické hodnoty jsou:

• Jmenovité napětí: přibližně 14,8 V;

• Napětí při plném nabití: přibližně 16,8 V;

• Kapacita: je určena kapacitou každé paralelní skupiny.

Příklad: 4S1P

Použití čtyř 1000 mAh článků v sérii:

14,8 V, 1000 mAh

Nominální energie:

14,8 V × 1 Ah = 14,8 Wh

Příklad: 4S2P

Použití osmi 1000 mAh článků v uspořádání 4S2P:

14,8 V, 2000 mAh

Nominální energie:

14,8 V × 2 Ah = 29,6 Wh

Typické 4S aplikace

Balíčky 4S lze zvážit pro:

• Přenosná zařízení s vyšším napětím;

• Robotika;

• Průmyslové nástroje;

• Profesionální elektronika;

• Energeticky náročné RC systémy;

• Některé platformy pro drony;

• Kompaktní energetické systémy.

ZERNE's Stránka 14,8V lithiové baterie obsahuje příklady produktů pro 4S LiPo baterie.

6. Porovnání napětí 1S vs. 2S vs. 3S vs. 4S

Zařízení musí být kompatibilní se jmenovitým i plným napětím.

Například zařízení navržené pro jmenovitou baterii 7,4 V může potřebovat tolerovat plně nabité napětí přibližně 8,4 V. Musí být vyhodnoceny vstupní obvod, ovladač motoru, nabíječka a regulátor napětí.

Praktické srovnání 7,4 V, 11,1 V a 14,8 V packů viz. Baterie 7,4 V vs. 11,1 V vs. 14,8 V.

7. Znamená vyšší S-rating vyšší kapacitu?

Žádný.

S-rating udává počet buněčných skupin zapojených do série. Ovlivňuje především napětí.

Kapacita závisí na počtu paralelně zapojených buněk nebo skupin buněk.

Použití 1000 mAh článků:

Vyšší S-rating může zvýšit celkovou energii, protože energie se rovná napětí vynásobenému ampérhodinovou kapacitou. Automaticky však nezvyšuje hodnocení mAh.

8. Jak hodnocení S ovlivňuje dobu běhu?

Doba běhu závisí na celkové využitelné energii a výkonu zařízení, nikoli na samotném S-ratingu.

Základní energetický vzorec je:

Energie (Wh) = napětí (V) × kapacita (Ah)

Například:

• 2S1P: 7,4 V, 1000 mAh = 7,4 Wh;

• 1S2P: 3,7 V, 2000 mAh = 7,4 Wh.

Tyto dvě konfigurace mají přibližně stejnou nominální energii, když používají stejný počet identických článků. Nejsou však zaměnitelné, protože jejich napětí se liší.

Doba běhu také závisí na:

• Napájení zařízení;

• Účinnost měniče;

• BMS cutoff;

• Teplota;

• Aktuální poptávka;

• Stárnutí baterie;

• Provozní profil.

Podrobný způsob výpočtu viz Jak vypočítat dobu běhu pro lithiovou baterii.

9. Nabíjení 1S, 2S, 3S a 4S LiPo baterií

Každé S-rating vyžaduje nabíječku navrženou pro odpovídající počet sérií.

Nabíječka s nesprávným napětím může mít za následek:

• Neúplné nabíjení;

• Přebíjení;

• Nadměrné teplo;

• Poškození baterie;

• Odpojení ochrany;

• Bezpečnostní rizika.

Balení více sérií může také vyžadovat vyvážení. Nabíječka a BMS by měly být vybrány společně s konfigurací článku.

Přesný nabíjecí proud závisí na specifikaci článku a aplikaci. Neměl by být vybírán pouze podle S-ratingu.

10. BMS a požadavky na ochranu

S-rating také ovlivňuje ochranný systém.

1S balení

Balíček 1S může používat:

• PCM;

• Ochranný IC;

• ochrana proti přebití;

• Ochrana proti nadměrnému vybití;

• Nadproudová ochrana;

• Snímání teploty v případě potřeby.

Balení 2S, 3S a 4S

Balíčky více sérií mohou vyžadovat:

• Individuální sériově-skupinové monitorování napětí;

• Vyvažování buněk;

• ochrana proti přebití;

• Ochrana proti nadměrnému vybití;

• Nadproudová ochrana;

• Ochrana proti zkratu;

• Monitorování teploty;

• Komunikační funkce v případě potřeby.

Jak se počet sérií zvyšuje, musí být BMS navržen pro odpovídající počet buněčných skupin.

BMS by také měl odpovídat:

• Balicí proud;

• Nabíječka;

• Konektor;

• rozhraní hostitelského zařízení;

• Mechanický prostor;

• Požadované testování.

Detailní návrh BMS je mimo rozsah tohoto článku. Pokrývá širší návrhový vztah mezi BMS, napětím, kapacitou a dobou provozu Konstrukce lithium-iontové baterie: napětí, kapacita, BMS a doba provozu.

11. Kapacita a paralelní skupiny

Hodnocení S neurčuje celkovou kapacitu baterie.

Pro smečku s paralelními skupinami:

Kapacita balení = Kapacita článku × Počet paralelně připojených článků

Například při použití 2500 mAh článků:

To je důvod, proč by požadavek OEM měl specifikovat obojí:

• Počet sérií;

• Paralelní počet nebo cílová kapacita.

Údaj pouze '4S baterie' nedefinuje kompletní sadu.

12. Jak vybrat správné hodnocení S pro zařízení OEM

Proces výběru by měl začít s požadavky na napětí zařízení.

Krok 1: Identifikujte napětí zařízení

Potvrdit:

• Jmenovité vstupní napětí;

• Minimální vstupní napětí;

• Maximální vstupní napětí;

• Tolerance plného nabití;

• Rozsah napětí motoru nebo regulátoru;

• Vstupní rozsah převodníku.

Krok 2: Vyberte Počet sérií

Porovnejte požadované jmenovité napětí s příslušným počtem článků.

Pro běžné 3,7 V LiPo články:

• Přibližně 3,7 V systém → 1S;

• Přibližně 7,4 V systém → 2S;

• Přibližně 11,1 V systém → 3S;

• Přibližně 14,8 V systém → 4S.

Krok 3: Potvrďte kapacitu

Po výběru počtu v sérii určete požadovaný počet paralelních nebo jednotlivých buněk, abyste dosáhli cílové doby běhu.

Krok 4: Zkontrolujte proud

Potvrďte, že vybrané články, BMS, kabeláž a konektor mohou podporovat trvalý a špičkový proud.

Krok 5: Zkontrolujte nabíječku a BMS

Nabíječka a ochranný systém musí odpovídat zvolenému S-ratingu.

Krok 6: Zkontrolujte mechanickou integraci

Potvrďte, že vybraný počet buněk a rozložení odpovídají krytu zařízení.

13. 1S–4S LiPo sady v aplikacích dronů

1S, 2S, 3S a 4S LiPo packy se také používají v různých dronech a RC aplikacích. Výběr dronu však závisí na více než jen na napětí.

Mezi relevantní faktory patří:

• Kompatibilita motoru a ESC;

• Konfigurace vrtule;

• Aktuální poptávka;

• Hmotnost baterie;

• C-hodnocení;

• Letový profil;

• Konektor;

• Požadovaná doba letu.

Srovnání specifické pro drony zahrnující konfigurace 3S, 4S a 6S viz LiPo baterie 3S vs. 4S vs. 6S: Která konfigurace dronu se hodí?.

Tento článek se zaměřuje spíše na obecný význam konfigurací 1S–4S pro konstrukci dobíjecí baterie LiPo než na výběr výkonu dronu.

14. Běžné chyby 1S–4S LiPo baterie

Chyba 1: Nakládání s nominálním napětím jako s plně nabitým napětím

3,7 V baterie může dosáhnout přibližně 4,2 V, když je plně nabitá. Zařízení musí tolerovat celý rozsah napětí.

Chyba 2: Předpokládám, že 4S je vždy lepší než 2S

Vyšší S-rating je vhodný pouze tehdy, když je zařízení navrženo pro vyšší napětí.

Chyba 3: Použití špatné nabíječky

Nabíječka musí odpovídat počtu série a nabíjecímu napětí.

Chyba 4: Ignorování kapacity

S-rating nedefinuje kapacitu mAh. Musí být také specifikován paralelní počet a kapacita buněk.

Chyba 5: Vynechání vyvažování

Balíčky LiPo z více řad mohou vyžadovat vyvážení článků a vhodnou ochranu BMS.

Chyba 6: Porovnávání balení pouze podle napětí

Sada 2S1P a 2S2P mohou mít 7,4 V, ale mají různou kapacitu, dobu běhu, proudovou kapacitu, rozměry a hmotnost.

Chyba 7: Kopírování konfigurace baterie dronu do jiného zařízení

Konfigurace vhodná pro dron nemusí být vhodná pro lékařské zařízení, IoT produkt nebo průmyslový nástroj. Hostitelské zařízení musí určit konečný design baterie.

15. Kontrolní seznam pro výběr 1S, 2S, 3S a 4S

Před schválením LiPo baterie zkontrolujte:

• Požadované jmenovité napětí;

• Minimální vstupní napětí zařízení;

• Maximální vstupní napětí zařízení;

• Plně nabitá kompatibilita napětí;

• S-rating;

• Paralelní počet;

• Cílová kapacita;

• Trvalý proud;

• Špičkový proud;

• Napětí nabíječky;

• Nabíjecí proud;

• požadavky PCM nebo BMS;

• Požadavky na vyvažování článků;

• konektor a kabel;

• Dostupný instalační prostor;

• Hmotnostní limit;

• Provozní teplota;

• Běhový cíl;

• Požadavky na testování.

FAQ

Co znamená 1S na LiPo baterii?

1S znamená, že sada obsahuje jednu skupinu článků LiPo zapojenou do série. Typická 1S LiPo baterie má přibližně 3,7 V jmenovité napětí a 4,2 V napětí pro plné nabití.

Jaké je napětí 2S LiPo baterie?

Typická 2S LiPo baterie má přibližně 7,4 V jmenovité napětí a 8,4 V napětí pro plné nabití.

Jaké je napětí 3S LiPo baterie?

Typická 3S LiPo baterie má přibližně 11,1 V jmenovité napětí a 12,6 V napětí pro plné nabití.

Jaké je napětí 4S LiPo baterie?

Typická 4S LiPo baterie má přibližně 14,8 V jmenovité napětí a 16,8 V napětí pro plné nabití.

Znamená 4S, že baterie má čtyřikrát větší kapacitu než 1S?

Č. 4S označuje čtyři skupiny článků v sérii a primárně popisuje napětí. Kapacita závisí na kapacitě buňky a paralelní konfiguraci.

Mohu použít 2S nabíječku pro 3S LiPo baterii?

Ne. Sada 3S vyžaduje nabíječku navrženou pro nabíjecí napětí 3S. Použití nesprávné nabíječky může způsobit neúplné nabití, poškození nebo bezpečnostní rizika.

Vydrží 2S baterie vždy déle než 1S baterie?

Ne nutně. Doba chodu závisí na celkové energii, výkonu zařízení, účinnosti, kapacitě a provozních podmínkách. Sada 1S2P a sada 2S1P mohou mít podobnou nominální energii při použití stejného počtu článků.

Je vyšší hodnocení S lepší pro zařízení OEM?

Pouze pokud hostitelské zařízení, nabíječka, BMS, kabeláž a systém správy napájení podporují vyšší napětí. Správné hodnocení S je určeno požadavky na zařízení.

Závěr

1S, 2S, 3S a 4S popisují počet skupin LiPo článků zapojených do série.

Použití běžných 3,7 V nominálních LiPo článků:

• 1S = 3,7 V jmenovité;

• 2S = 7,4 V jmenovité;

• 3S = jmenovité 11,1 V;

• 4S = 14,8 V jmenovité.

Typická napětí při plném nabití jsou:

• 1S = 4,2 V;

• 2S = 8,4 V;

• 3S = 12,6 V;

• 4S = 16,8 V.

Správná konfigurace závisí na rozsahu napětí zařízení, požadované kapacitě, aktuální poptávce, nabíjecím systému, BMS, mechanickém prostoru a cílové době běhu.

Pokud vyvíjíte dobíjecí LiPo baterii, sdílejte aplikaci, požadované napětí, kapacitu, aktuální poptávku, dostupné rozměry, požadavky na konektory a očekávaný objem výroby s technickým týmem ZERNE. ZERNE poskytuje vlastní řešení lithiových baterií pro projekty OEM a ODM a může pomoci určit vhodnou konfiguraci 1S, 2S, 3S nebo 4S.