Průvodce napětím baterie dronu: 3S, 4S, 6S a 3,7V vs 22,2V

Výběr správného napětí je jedním z prvních technických rozhodnutí při vývoji nebo provozu dronu. Napětí baterie dronu ovlivňuje rychlost motoru, kompatibilitu elektronického regulátoru rychlosti, proudovou náročnost, dodávku energie a celkovou konstrukci pohonného systému.

Termíny jako 3S, 4S a 6S se běžně používají v aplikacích FPV a průmyslových dronů, ale pro nové kupce mohou být matoucí. Štítek jako 4S nepopisuje kapacitu baterie. Popisuje počet článků zapojených do série. Podobně 3,7 V a 22,2 V se běžně nevztahují na stejný typ baterie. První obvykle popisuje jmenovité napětí jednoho lithiového článku, zatímco druhý normálně popisuje jmenovité napětí šestičlánkového sériového bloku.

Pochopení napětí baterie dronu pomáhá inženýrům a týmům nákupu vyhnout se nekompatibilním kombinacím baterií, motorů, ESC a nabíječek. Tato příručka vysvětluje napětí baterie 3S , Napětí baterie 4S , 6S napětí baterie , rozdíl mezi 3,7 V a 22,2 V a význam jmenovitého napětí, napětí při plném nabití a vypínacího napětí.

Tento článek se zaměřuje na definice napětí a kompatibilitu. Neposkytuje úplné srovnání konfigurace. Pro výběr konfigurace viz Srovnání 3S vs. 4S vs. 6S LiPo baterie.

Rychlá odpověď

Pro typickou LiPo baterii pro drony má jeden článek jmenovité napětí přibližně 3,7 V a napětí při plném nabití přibližně 4,2 V.

Základní hodnoty napětí jsou:

Proto:

• Napětí baterie 4S je normálně nominální 14,8 V a 16,8 V při plném nabití.

• Napětí baterie 6S je normálně nominální 22,2 V a 25,2 V při plném nabití.

• Napětí baterie 3,7 V obecně označuje jmenovité napětí jednoho lithiového článku.

• 22,2V baterie obecně označuje šestičlánkovou baterii série.

• Skutečné napětí se během provozu neustále mění, jak se baterie nabíjí nebo vybíjí.

Tyto hodnoty jsou standardními konstrukčními referencemi pro běžné LiPo články. Přesný provozní dosah, varování při nízkém napětí a nastavení cutoff závisí na chemii článku, výrobci baterie, strategii správy baterie, ESC, letovém ovladači a systému dronu.

Co znamená 'S' na baterii dronu?

Písmeno 'S' znamená počet článků zapojených do série.

Když jsou články zapojeny do série, jejich napětí se sčítají, zatímco kapacita v ampérhodinách zůstává přibližně stejná. Číslo před 'S' tedy označuje počet buněk série.

Například:

• 3S znamená tři články zapojené do série;

• 4S znamená čtyři články zapojené do série;

• 6S znamená šest článků zapojených do série.

Pokud má každý článek jmenovité napětí 3,7 V, lze napětí baterie vypočítat následovně:

Jmenovité napětí sady = počet sériových článků × jmenovité napětí článku

Proto:

• 3S = 3 × 3,7 V = 11,1 V;

• 4S = 4 × 3,7 V = 14,8 V;

• 6S = 6 × 3,7 V = 22,2 V.

Napětí při plném nabití používá přibližně 4,2 V na článek:

Napětí při plném nabití baterie = počet sériových článků × 4,2 V

Proto:

• 3S plné nabití = 3 × 4,2 V = 12,6 V;

• 4S plné nabití = 4 × 4,2 V = 16,8 V;

• 6S plné nabití = 6 × 4,2 V = 25,2 V.

Označení 'S' neříká kapacitu baterie, schopnost vybíjení, fyzické rozměry ani typ konektoru. Tyto specifikace musí být hodnoceny samostatně.

3,7V vs. 22,2V: Jaký je rozdíl?

Rozdíl mezi napětím 3,7V baterie a 22,2V baterií je především rozdíl mezi jednočlánkovým a šestičlánkovým sériovým balením.

3,7 V obvykle představuje jeden článek

Jeden LiPo nebo lithium-iontový článek je běžně popisován jako článek s nominálním napětím 3,7 V. To neznamená, že článek naměří vždy přesně 3,7V.

V závislosti na stavu nabití může jeden článek měřit:

• přibližně 4,2 V při plném nabití;

• přibližně 3,7V při jmenovitém napětí;

• nižší napětí při vybíjení;

• výrobcem definované minimální napětí blízko konce vybíjení.

Jmenovitá hodnota se používá pro klasifikaci baterií a výpočty energie. Nejedná se o pevné provozní napětí.

22,2 V Obvykle představuje 6S Pack

22,2V baterie normálně obsahuje šest článků zapojených do série:

6 × 3,7 V = 22,2 V

Při plném nabití dosáhne stejné balení přibližně:

6 × 4,2 V = 25,2 V

To znamená, že baterie označená 22,2V není vysokonapěťovou verzí jednoho 3,7V článku. Jedná se o vícečlánkový balíček určený pro systém, který podporuje provoz 6S.

Proč na rozdílu záleží

Zařízení určené pro jeden 3,7V článek nemůže normálně přijmout 22,2V baterii. Použití vyššího napětí, než jaké může elektronika odolat, může poškodit motor, ESC, letový ovladač, senzory nebo systém rozvodu energie.

Před výběrem balíčku potvrďte:

• podporovaný rozsah napětí motoru;

• maximální vstupní napětí ESC;

• požadavky na letový ovladač a napájecí modul;

• počet článků podporovaných nabíječkou;

• návrh konektoru a zapojení;

• fyzické rozměry a polarita baterie.

Porozumění nominálnímu, plnému nabití a meznímu napětí

Popisy napětí mohou být matoucí, protože jedna baterie může mít několik relevantních hodnot napětí.

Jmenovité napětí

Jmenovité napětí je standardní referenční hodnota používaná k popisu článku nebo sady. U mnoha LiPo baterií pro drony je jeden článek klasifikován jako nominální přibližně 3,7 V.

Jmenovité napětí je užitečné pro:

• identifikace konfigurací baterií;

• porovnávání energie baterie;

• sladění baterií se specifikacemi systému;

• výpočet přibližných watthodin;

• popis produktů baterií a kategorií balení.

Nemělo by být interpretováno jako napětí, které zůstává konstantní po celou dobu letu.

Napětí při plném nabití

Napětí při plném nabití je maximální napětí dosažené při nabíjení baterie podle nabíjecí specifikace výrobce.

Pro typický LiPo článek je hodnota plného nabití přibližně 4,2 V. Odpovídající hodnoty balení jsou:

Nabíječka musí být nakonfigurována pro správný počet článků. Sada nabíječek pro 4S se nesmí používat, jako by nabíjela sadu 6S.

Podrobné postupy nabíjení, vyvážení nabíjení a bezpečnost nabíjení viz jak bezpečně nabíjet LiPo baterii dronu.

Vypínací napětí

Mezní napětí je spodní mez napětí, při které systém dronu sníží výkon, aktivuje varování nebo zastaví normální provoz, aby ochránil baterii.

Neexistuje žádná univerzální mezní hodnota pro každou baterii dronu. Správné nastavení závisí na:

• buněčná chemie;

• specifikace výrobce baterie;

• pokles zatížení a napětí;

• ESC a programování letového ovladače;

• teplota baterie;

• aktuální poptávka;

• požadavky na bezpečnostní rezervu.

Napětí naměřené během letu s vysokým proudem může být nižší než klidové napětí baterie kvůli poklesu napětí. Z tohoto důvodu by měla být ochrana proti přerušení nakonfigurována a ověřena za reálných provozních podmínek spíše než na základě jednoho měření napětí bez zátěže.

Vysvětlení napětí baterie 3S

Baterie 3S obsahuje tři články zapojené do série.

3S baterie se často používá v menších dronech, lehkých FPV platformách a systémech navržených pro nižší pohonné napětí. Může být vhodný, když jsou motor a ESC navrženy pro řadu 3S.

Označení 3S samo o sobě neznamená:

• doba letu;

• kapacita baterie;

• maximální proud;

• C-hodnocení;

• hmotnost baterie;

• tah motoru;

• typ nabíječky;

• styl konektoru.

Sada 3S 2 200 mAh a sada 3S 5 000 mAh mají stejné jmenovité napětí, ale jinou energii, velikost a hmotnost.

Vysvětlení napětí baterie 4S

Baterie 4S obsahuje čtyři články zapojené do série.

Standardní napětí baterie 4S je nominální 14,8 V a 16,8 V při plném nabití.

Sada 4S může poskytovat vyšší systémové napětí než sada 3S se stejnou kapacitou. To může umožnit pohonnému systému dodat požadovaný výkon na jiné úrovni proudu, ale automaticky to neznamená, že dron poletí déle.

Balíček 4S musí být sladěn s:

• motor určený pro provoz 4S;

• ESC, který toleruje alespoň 16,8V vstup;

• kompatibilní letový ovladač a energetický systém;

• nabíječka konfigurovaná pro čtyři články;

• vhodné vrtule a nastavení pohonu.

Správné napětí je určeno kompletní konstrukcí pohonu, nikoli samotnou kapacitou baterie.

Vysvětlení napětí baterie 6S

Baterie 6S obsahuje šest článků zapojených do série.

Standardní napětí baterie 6S je nominální 22,2 V a 25,2 V při plném nabití.

Balíčky 6S jsou běžně zvažovány pro systémy dronů s vyšším výkonem, včetně náročných FPV platforem a průmyslových UAV aplikací. 6S však není automaticky lepší než 3S nebo 4S.

Systém 6S vyžaduje kompatibilitu v celém elektrickém řetězci:

• baterie;

• motor;

• ESC;

• vrtule;

• napájecí rozvodná deska;

• nabíječka;

• konektory a elektroinstalace;

• letový regulátor a regulátory napětí.

Stránka malých baterií pro průmyslové drony ZERNE ukazuje příklady průmyslových sad využívajících konfigurace 4S, 6S, 8S a 12S, což ukazuje, že výběr napětí závisí spíše na konkrétní průmyslové platformě a požadovaném výstupu než na univerzální „nejlepší“ konfiguraci. Viz řešení baterií pro malé průmyslové drony.

Jak napětí ovlivňuje výkon a proud dronu

Elektrický výkon lze vyjádřit pomocí následujícího vzorce:

Výkon (W) = napětí (V) × proud (A)

Když požadovaný výkon zůstane stejný, zvýšení napětí může snížit proud požadovaný v idealizovaném výpočtu.

Například:

Toto jsou zjednodušené příklady. Aktuální proud dronu závisí na účinnosti motoru, účinnosti ESC, zatížení vrtule, režimu letu, užitečném zatížení, teplotě a napětí baterie při zatížení.

Systém s vyšším napětím může za určitých provozních podmínek snížit proud, což může ovlivnit:

• velikost kabelu;

• výběr konektoru;

• odporové ztráty;

• výroba tepla;

• požadavek na vybití baterie;

• účinnost energetického systému.

Samotné napětí však neurčuje výkon. Hodnoty KV motoru, velikost vrtule, nastavení ESC a mechanická konstrukce musí být vyhodnoceny společně.

Další informace o dodávce proudu, nepřetržitém vybíjení a poklesu napětí viz Průvodce hodnocením baterie dronu C.

Konfigurace sériové a paralelní baterie

Baterie pro drony mohou používat sériové připojení, paralelní připojení nebo kombinaci obou.

Sériové připojení

Články zapojené do série zvyšují napětí při zachování ampérhodinové kapacity přibližně nezměněné.

Například:

• čtyři 3,7V články v sérii vytvářejí 4S pack;

• jmenovité napětí se stane 14,8V;

• kapacita zůstává přibližně stejná jako kapacita jedné buňky.

Paralelní připojení

Paralelně zapojené články zvyšují kapacitu při zachování přibližně nezměněného jmenovitého napětí.

Například:

• dva paralelní články 3,7V zůstávají nominální přibližně 3,7V;

• dostupná ampérhodinová kapacita je přibližně dvojnásobná;

• balení může uložit více energie, ale může být větší a těžší.

Série-Paralelní balíček

Sériově paralelní balení kombinuje obě uspořádání. Konfigurace, jako je 4S2P, může obsahovat čtyři sériové skupiny se dvěma spárovanými buňkami v každé paralelní skupině.

Přesná konstrukce ovlivňuje:

• jmenovité napětí;

• kapacita;

• energie;

• maximální proud;

• vyvažování buněk;

• rozměry balení;

• tepelné chování;

• BMS nebo požadavky na ochranu.

Pro vlastní aplikace dronů musí výrobce baterie před doporučením struktury balení obdržet požadované napětí, kapacitu, proud, rozměry, hmotnost a konektory.

Jak sladit napětí baterie dronu s pohonným systémem

Před výběrem konfigurace napětí zkontrolujte celý elektrický systém.

Kompatibilita motoru

Specifikace motoru normálně uvádějí podporovaný počet článků nebo rozsah napětí. Použití vyššího napětí, než motor snese, může zvýšit rychlost otáčení, tepelné a mechanické namáhání.

Kompatibilita ESC

ESC musí podporovat maximální nabité napětí baterie, nejen její jmenovité napětí. Například systém 6S LiPo má jmenovitě 22,2 V, ale při plném nabití může dosáhnout přibližně 25,2 V.

Hodnocení vrtule a KV

Zvolené napětí mění rychlost motoru a chování pohonu. Kombinace motoru a vrtule navržená pro provoz 4S nemusí být vhodná pro 6S bez přepracování nebo rekonfigurace.

Konektor a kabeláž

Vyšší proud může zvýšit pokles napětí a teplo v konektorech a kabelech. Konektor, tloušťka vodiče, pájené spoje a ochranné komponenty by měly být vybrány pro aktuální proud a provozní podmínky.

Kompatibilita nabíječky

Nabíječka musí podporovat správný počet článků a chemické složení baterie. Nastavení 4S nabíječky by nemělo být použito pro 6S sadu. Balanční nabíjení je zvláště důležité pro vícečlánkové LiPo baterie.

Letový ovladač a příslušenství

Senzory, kamery, rádia, napájecí moduly a další elektronika mohou vyžadovat regulované napětí. Ujistěte se, že systém distribuce energie a přeměny napětí může bezpečně přijmout zvolené napětí baterie.

Běžné chyby při výběru napětí

Záměna jmenovitého napětí s napětím při plném nabití

Baterie 4S je obecně popisována jako 14,8 V, ale při plném nabití dosahuje přibližně 16,8 V. Návrh pouze na jmenovitou hodnotu může mít za následek nedostatečnou toleranci napětí.

Zacházení s 3,7V jako s konstantním napětím

Štítek 3,7 V je nominální klasifikace. Skutečné napětí článku se během nabíjení a vybíjení mění.

Předpoklad vyššího napětí znamená delší dobu letu

Doba letu závisí na celkové energii, spotřebě energie, hmotnosti baterie, účinnosti pohonu a provozních podmínkách. Vyšší napětí může zlepšit distribuci proudu v některých systémech, ale nezaručuje delší dobu provozu.

Použití nesprávného nastavení nabíječky

Nabíjení baterie se špatným nastavením počtu článků může představovat vážné bezpečnostní riziko. Před nabíjením vždy zkontrolujte štítek baterie, nastavení nabíječky a konektor vyvážení.

Výběr baterie pouze podle napětí

Napětí musí být zváženo společně s kapacitou, C-ratingem, rozměry, hmotností, konektorem, tepelnými podmínkami a aplikačními požadavky.

Co by OEM měli poskytnout výrobci baterií

Při požadavku na vlastní baterii uveďte následující informace:

• požadované jmenovité napětí;

• maximální nabité napětí;

• počet cílových buněk;

• požadovaná kapacita;

• trvalý proud;

• špičkový proud;

• specifikace motoru a ESC;

• maximální rozměry baterie;

• maximální hmotnost baterie;

• typ konektoru a délka kabelu;

• způsob nabíjení;

• rozsah provozních teplot;

• užitečné zatížení a profil letu;

• ochrana, požadavky PCM nebo BMS;

• požadovaná dokumentace a přepravní trhy.

ZERNE's zákaznickou bateriovou službu lze použít k projednání konfigurace sady, rozměrů, konektorů, ochranných součástí a podmínek aplikace.

Pro platformy FPV, ZERNE's Řešení baterie pro drony FPV je založeno na vysokém výkonu, hustotě energie a lehké konstrukci. U průmyslových UAV by výběr napětí měl také zohledňovat profesionální užitečné zatížení, spolehlivost, bezpečnost a podmínky prostředí.

Často kladené otázky

Jaké je napětí 4S LiPo baterie?

Typická 4S LiPo baterie má jmenovité napětí 14,8 V a přibližné napětí při plném nabití 16,8 V. Skutečné napětí se během provozu mění.

Jaké je napětí 6S LiPo baterie?

Typická 6S LiPo baterie má jmenovité napětí 22,2 V a přibližné napětí při plném nabití 25,2 V.

Je 3,7V stejné jako 22,2V?

č. 3,7V obvykle popisuje jmenovité napětí jednoho lithiového článku. 22,2V obvykle popisuje šest 3,7V článků zapojených do série.

Co znamená 4S na baterii dronu?

4S znamená, že čtyři články baterie jsou zapojeny do série. Napětí se sčítá napříč články a vytváří přibližně 14,8 V nominálního pro typické LiPo články.

Poskytuje baterie 6S dvojnásobné napětí než baterie 3S?

Přibližně. Typická sada 3S má jmenovité napětí 11,1 V, zatímco typická sada 6S má jmenovitou hodnotu 22,2 V. Celkový design balení, kapacita, proudová kapacita a hmotnost však také ovlivňují výkon systému.

Mohu použít 4S baterii na 6S dronu?

Ne, pokud motor, ESC, vrtule a řídicí systém dronu nejsou navrženy tak, aby fungovaly bezpečně v obou konfiguracích. Baterie by měla být vybrána podle kompletní specifikace pohonného systému.

Je baterie dronu s vyšším napětím vždy lepší?

Ne. Nejvhodnější napětí závisí na motoru, ESC, vrtuli, užitečném zatížení, požadavku na proud, hmotnosti baterie a použití. Vyšší napětí může být výhodné v některých systémech s vysokým výkonem, ale není univerzálně lepší.

Mohu nabíjet 6S baterii pomocí 4S nabíječky?

Nabíječka musí podporovat počet článků a chemii baterie. K nabíjení 6S baterie by se neměla používat nabíječka nebo nastavení určené pro 4S.

Proč se naměřené napětí liší od štítku?

Na štítku je normálně uvedeno jmenovité napětí. Měřené napětí se mění v závislosti na stavu nabití, zatížení, teplotě, vyvážení článků a podmínkách měření.

Jak mohu vybrat správné napětí baterie dronu?

Začněte s požadavky na motor a ESC, poté potvrďte vrtuli, letový ovladač, nabíječku, užitečné zatížení, kapacitu, proud a fyzická omezení. Pokud se aplikace vyvíjí pro výrobu, poskytněte tyto požadavky výrobci baterie pro ověření na úrovni systému.

Závěr

Pochopení napětí baterie dronu je zásadní pro výběr kompatibilního a spolehlivého napájecího systému. Typický LiPo článek má jmenovité napětí přibližně 3,7 V a 4,2 V při plném nabití. Sada 3S má jmenovité napětí přibližně 11,1 V, sada 4S má jmenovité napětí přibližně 14,8 V a sada 6S má jmenovité napětí přibližně 22,2 V.

Nejdůležitějším bodem je, že jmenovité napětí je pouze jednou částí výběru baterie. Baterie musí také odpovídat motoru, ESC, vrtuli, nabíječce, konektoru, kapacitě, C-ratingu, hmotnosti a provoznímu prostředí.

U projektů OEM a průmyslových dronů by mělo být správné napětí ověřeno podle skutečného proudu, užitečného zatížení a letových podmínek. Potřebujete pomoci s výběrem kompatibilní konfigurace baterie 3S, 4S nebo 6S? Pro vlastní vyhodnocení baterie dronu kontaktujte ZERNE.