Spiegazione dei pacchi batteria LiPo 1S, 2S, 3S e 4S

I pacchi batteria LiPo sono spesso descritti utilizzando etichette come 1S, 2S, 3S e 4S. Queste etichette compaiono sui pacchi batteria utilizzati nei dispositivi elettronici portatili, nella robotica, nelle apparecchiature RC, nei droni, nei dispositivi medici e in altri prodotti ricaricabili.

La valutazione 'S' descrive il numero di celle LiPo collegate in serie:

• 1S significa un gruppo di celle in serie;

• 2S significa due gruppi di celle in serie;

• 3S significa tre gruppi di cellule in serie;

• 4S significa quattro gruppi di celle in serie.

All'aumentare del numero di celle in serie, la tensione del pacco aumenta. La capacità in mAh non aumenta automaticamente semplicemente perché la valutazione S è più alta.

Utilizzando comuni celle LiPo con una tensione nominale di circa 3,7 V:

• 1S = 3,7 V nominale;

• 2S = 7,4 V nominali;

• 3S = 11,1 V nominale;

• 4S = 14,8 V nominali.

La configurazione appropriata dipende dal dispositivo host, dal caricabatterie, dalla domanda di corrente, dall'energia richiesta, dal BMS e dalla progettazione meccanica.

Risposta rapida: cosa significano 1S, 2S, 3S e 4S?

Questi valori sono riferimenti comuni per le celle LiPo ricaricabili standard. La tensione esatta deve seguire le specifiche della cella selezionata.

Un rating S più elevato significa una tensione della batteria più elevata. Non significa automaticamente:

• Capacità maggiore;

• Autonomia più lunga;

• Migliori prestazioni;

• Ricarica più rapida;

• Maggiore sicurezza;

• Maggiore densità energetica.

La classificazione S deve corrispondere all'impianto elettrico del dispositivo.

1. Cosa significa 'S' su una batteria LiPo?

La lettera S sta per serie.

Quando le celle sono collegate in serie, il terminale positivo di una cella è collegato al terminale negativo della cella successiva. La tensione di ciascuna cella si somma.

Per una cella LiPo standard da 3,7 V nominali:

Voltaggio del pacco = 3,7 V × Numero di celle in serie

Esempi:

• 1S: 3,7 V × 1 = 3,7 V;

• 2S: 3,7 V × 2 = 7,4 V;

• 3S: 3,7 V × 3 = 11,1 V;

• 4S: 3,7 V × 4 = 14,8 V.

La valutazione S descrive solo il conteggio delle serie. Un pacchetto può anche includere gruppi di celle parallele, come ad esempio:

• 2S1P;

• 2S2P;

• 3S2P;

• 4S2P.

Per ulteriori informazioni su come le connessioni in serie e in parallelo influiscono sulla tensione e sulla capacità, vedere Pacchi batteria in serie o in parallelo.

2. Cos'è una batteria LiPo 1S?

Una batteria LiPo 1S contiene una cella LiPo o un gruppo parallelo di celle.

I valori elettrici tipici sono:

• Voltaggio nominale: circa 3,7 V;

• Voltaggio a piena carica: circa 4,2 V;

• Tensione operativa minima: dipendente dall'applicazione;

• Capacità: determinata dalla cella o dal gruppo parallelo.

Esempio: 1S1P

Una singola cella LiPo da 1000 mAh produce circa:

3,7 V, 1000 mAh

La sua energia nominale è:

3,7 V × 1 Ah = 3,7 Wh

Esempio: 1S2P

Due celle da 1000 mAh collegate in parallelo producono circa:

3,7 V, 2000 mAh

La tensione rimane circa 3,7 V, mentre la capacità aumenta.

Applicazioni 1S tipiche

I pacchetti 1S possono essere adatti per:

• Dispositivi indossabili compatti;

• Piccoli localizzatori GPS;

• Accessori senza fili;

• Piccoli prodotti IoT;

• Sensori portatili;

• Elettronica di consumo compatta;

• Sistemi embedded a bassa tensione.

Un pacchetto 1S può utilizzare un PCM o un circuito di protezione semplice, a seconda dell'applicazione. Il caricabatterie deve essere progettato per un pacco LiPo a cella singola.

3. Cos'è una batteria LiPo 2S?

Una batteria LiPo 2S contiene due gruppi di celle collegati in serie.

I valori tipici sono:

• Voltaggio nominale: circa 7,4 V;

• Voltaggio a piena carica: circa 8,4 V;

• Capacità: determinata dalla capacità di ciascun gruppo parallelo.

Esempio: 2S1P

Utilizzando due celle da 1000 mAh in serie:

7,4 V, 1000 mAh

Energia nominale:

7,4 V × 1 Ah = 7,4 Wh

Esempio: 2S2P

Utilizzando quattro celle da 1000 mAh in una disposizione 2S2P:

7,4 V, 2000 mAh

Energia nominale:

7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh

Applicazioni tipiche 2S

I pacchi LiPo 2S possono essere presi in considerazione per:

• Apparecchiature portatili;

• Dispositivi portatili industriali;

• Dispositivi medici;

• Apparecchiature di comunicazione bidirezionale;

• Piccoli sistemi robotici;

• Prodotti riscaldati;

• Elettronica di media tensione;

• Alcuni sistemi RC e droni.

ZERNE La pagina delle batterie al litio da 7,4 V fornisce esempi a livello di prodotto di pacchi batterie 2S con diverse capacità e dimensioni.

4. Cos'è una batteria LiPo 3S?

Una batteria LiPo 3S contiene tre gruppi di celle collegati in serie.

I valori tipici sono:

• Voltaggio nominale: circa 11,1 V;

• Voltaggio a piena carica: circa 12,6 V;

• Capacità: determinata dalla capacità di ciascun gruppo parallelo.

Esempio: 3S1P

Utilizzando tre celle da 1000 mAh in serie:

11,1 V, 1000 mAh

Energia nominale:

11,1 V × 1 Ah = 11,1 Wh

Esempio: 3S2P

Utilizzando sei celle da 1000 mAh in una disposizione 3S2P:

11,1 V, 2000 mAh

Energia nominale:

11,1 V × 2 Ah = 22,2 Wh

Applicazioni 3S tipiche

I pacchetti 3S possono essere utilizzati in:

• Attrezzature industriali portatili;

• Robotica;

• Dispositivi portatili ad alta tensione;

• Sistemi energetici compatti;

• Alcuni prodotti medici o di monitoraggio;

• Attrezzature RC;

• Alcune piattaforme di droni.

Un pacchetto 3S richiede un caricabatterie e un sistema di protezione progettati per la gamma di tensione 3S. Non deve essere caricato utilizzando un caricabatterie a cella singola o 2S.

ZERNE La pagina del pacco batteria al litio da 11,1 V fornisce esempi di configurazioni del pacco batteria LiPo 3S.

5. Cos'è una batteria LiPo 4S?

Una batteria LiPo 4S contiene quattro gruppi di celle collegati in serie.

I valori tipici sono:

• Voltaggio nominale: circa 14,8 V;

• Voltaggio a piena carica: circa 16,8 V;

• Capacità: determinata dalla capacità di ciascun gruppo parallelo.

Esempio: 4S1P

Utilizzando quattro celle da 1000 mAh in serie:

14,8 V, 1000 mAh

Energia nominale:

14,8 V × 1 Ah = 14,8 Wh

Esempio: 4S2P

Utilizzando otto celle da 1000 mAh in una disposizione 4S2P:

14,8 V, 2000 mAh

Energia nominale:

14,8 V × 2 Ah = 29,6 Wh

Applicazioni tipiche 4S

I pacchetti 4S possono essere presi in considerazione per:

• Apparecchiature portatili ad alta tensione;

• Robotica;

• Strumenti industriali;

• Elettronica professionale;

• Sistemi RC ad alta intensità energetica;

• Alcune piattaforme di droni;

• Sistemi energetici compatti.

ZERNE La pagina del pacco batteria al litio da 14,8 V fornisce esempi di prodotti per pacchi batteria LiPo 4S.

6. Confronto di tensione tra 1S e 2S e 3S e 4S

Il dispositivo deve essere compatibile sia con la tensione nominale che con quella di carica completa.

Ad esempio, un dispositivo progettato per una batteria da 7,4 V nominali potrebbe dover tollerare una tensione completamente carica di circa 8,4 V. È necessario valutare il circuito di ingresso, il controller del motore, il caricabatterie e il regolatore di tensione.

Per un confronto pratico tra pacchi da 7,4 V, 11,1 V e 14,8 V vedere Pacchi batteria da 7,4 V, 11,1 V e 14,8 V.

7. Un rating S più elevato significa una capacità maggiore?

NO.

La classificazione S indica il numero di gruppi di celle collegati in serie. Colpisce principalmente la tensione.

La capacità dipende dal numero di celle o gruppi di celle collegate in parallelo.

Utilizzando celle da 1000 mAh:

Una classificazione S più elevata può aumentare l'energia totale perché l'energia equivale alla tensione moltiplicata per la capacità ampere-ora. Tuttavia, non aumenta automaticamente la potenza mAh.

8. In che modo la classificazione S influisce sulla durata?

L'autonomia dipende dall'energia totale utilizzabile e dalla potenza del dispositivo, non solo dalla classificazione S.

La formula energetica di base è:

Energia (Wh) = Voltaggio (V) × Capacità (Ah)

Per esempio:

• 2S1P: 7,4 V, 1000 mAh = 7,4 Wh;

• 1S2P: 3,7 V, 2000 mAh = 7,4 Wh.

Queste due configurazioni hanno approssimativamente la stessa energia nominale quando utilizzano lo stesso numero di celle identiche. Tuttavia, non sono intercambiabili perché le loro tensioni sono diverse.

Il tempo di esecuzione dipende anche da:

• Potenza del dispositivo;

• Efficienza del convertitore;

• Taglio del BMS;

• Temperatura;

• Domanda attuale;

• Invecchiamento della batteria;

• Profilo operativo.

Per un metodo di calcolo dettagliato, cfr Come calcolare l'autonomia di una batteria al litio.

9. Ricarica dei pacchi batteria LiPo 1S, 2S, 3S e 4S

Ogni classificazione S richiede un caricabatterie progettato per il numero di serie corrispondente.

Un caricabatterie con una tensione errata può causare:

• Ricarica incompleta;

• Sovraccarico;

• Calore eccessivo;

• Danni alla batteria;

• Interruzione della protezione;

• Rischi per la sicurezza.

Anche i pacchi multiserie potrebbero richiedere il bilanciamento. Il caricabatterie e il BMS devono essere selezionati insieme alla configurazione della cella.

L'esatta corrente di carica dipende dalle specifiche e dall'applicazione della cella. Non dovrebbe essere selezionato esclusivamente in base alla classificazione S.

10. BMS e requisiti di protezione

La classificazione S influisce anche sul sistema di protezione.

Pacchetti 1S

Un pacchetto 1S può utilizzare:

• PCM;

• circuito integrato di protezione;

• Protezione da sovraccarico;

• Protezione da scarica eccessiva;

• Protezione da sovracorrente;

• Rilevamento della temperatura dove richiesto.

Pacchetti 2S, 3S e 4S

I pacchetti multi-serie potrebbero richiedere:

• Monitoraggio della tensione individuale in serie-gruppo;

• Bilanciamento cellulare;

• Protezione da sovraccarico;

• Protezione da scarica eccessiva;

• Protezione da sovracorrente;

• Protezione da cortocircuito;

• Monitoraggio della temperatura;

• Funzioni di comunicazione dove richiesto.

All'aumentare del conteggio delle serie, il BMS deve essere progettato per il numero corrispondente di gruppi di cellule.

Il BMS dovrebbe inoltre corrispondere a:

• Corrente del pacchetto;

• Caricabatterie;

• Connettore;

• Interfaccia dispositivo host;

• Spazio meccanico;

• Test richiesto.

La progettazione dettagliata del BMS non rientra nell'ambito di questo articolo. Viene trattata la più ampia relazione di progettazione tra BMS, tensione, capacità e autonomia Progettazione del pacco batteria agli ioni di litio: tensione, capacità, BMS e autonomia.

11. Capacità e Gruppi Paralleli

La valutazione S non determina la capacità completa della batteria.

Per un pacchetto con gruppi paralleli:

Capacità del pacco = Capacità delle celle × Numero di celle in parallelo

Ad esempio, utilizzando celle da 2500 mAh:

Questo è il motivo per cui un requisito OEM dovrebbe specificare entrambi:

• Conteggio delle serie;

• Conteggio parallelo o capacità target.

Dire solo 'batteria 4S' non definisce il pacchetto completo.

12. Come scegliere la giusta classificazione S per un dispositivo OEM

Il processo di selezione dovrebbe iniziare con i requisiti di tensione del dispositivo.

Passaggio 1: identificare la tensione del dispositivo

Confermare:

• Tensione di ingresso nominale;

• Tensione di ingresso minima;

• Tensione di ingresso massima;

• Tolleranza a carica completa;

• Intervallo di tensione del motore o del controller;

• Intervallo di ingresso del convertitore.

Passaggio 2: seleziona il conteggio delle serie

Abbinare la tensione nominale richiesta al numero di celle appropriato.

Per le comuni celle LiPo da 3,7 V:

• Sistema da circa 3,7 V → 1S;

• Sistema da circa 7,4 V → 2S;

• Sistema circa 11,1 V → 3S;

• Sistema da circa 14,8 V → 4S.

Passaggio 3: confermare la capacità

Dopo aver selezionato il conteggio delle serie, determinare il conteggio parallelo richiesto o la capacità della singola cella per raggiungere il tempo di esecuzione target.

Passaggio 4: controlla la corrente

Confermare che le celle selezionate, il BMS, il cablaggio e il connettore possano supportare la corrente continua e di picco.

Passaggio 5: controllare il caricabatterie e il BMS

Il caricabatterie e il sistema di protezione devono corrispondere alla classificazione S selezionata.

Passaggio 6: verificare l'integrazione meccanica

Confermare che il numero di celle e il layout selezionati siano adatti alla custodia del dispositivo.

13. Pacchetti LiPo 1S–4S nelle applicazioni con droni

I pacchi LiPo 1S, 2S, 3S e 4S vengono utilizzati anche in diverse applicazioni di droni e RC. Tuttavia, la scelta del drone non dipende solo dalla tensione.

I fattori rilevanti includono:

• Compatibilità motore ed ESC;

• Configurazione dell'elica;

• Domanda attuale;

• Peso della batteria;

• classificazione C;

• Profilo di volo;

• Connettore;

• Tempo di volo richiesto.

Per un confronto specifico per i droni che coinvolge le configurazioni 3S, 4S e 6S, vedere Batteria LiPo 3S vs. 4S vs. 6S: quale configurazione di drone è adatta?.

Questo articolo si concentra sul significato generale delle configurazioni 1S–4S per la progettazione di batterie LiPo ricaricabili piuttosto che sulla selezione delle prestazioni dei droni.

14. Errori comuni del pacco batteria LiPo 1S–4S

Errore 1: trattare la tensione nominale come tensione di carica completa

Un pacco da 3,7 V può raggiungere circa 4,2 V quando è completamente carico. Il dispositivo deve tollerare l'intero intervallo di tensione.

Errore 2: supporre che 4S sia sempre migliore di 2S

Una classificazione S più elevata è adatta solo quando il dispositivo è progettato per una tensione più elevata.

Errore 3: utilizzare il caricabatterie sbagliato

Il caricabatterie deve corrispondere al conteggio delle serie e alla tensione di carica.

Errore 4: ignorare la capacità

La classificazione S non definisce la capacità mAh. È inoltre necessario specificare il conteggio parallelo e la capacità delle celle.

Errore 5: omettere il bilanciamento

I pacchi LiPo multiserie possono richiedere il bilanciamento delle celle e un'adeguata protezione BMS.

Errore 6: confrontare i pacchi solo in base alla tensione

Un pacco 2S1P e un pacco 2S2P possono essere entrambi da 7,4 V ma avere capacità, autonomia, capacità di corrente, dimensioni e peso diversi.

Errore 7: copiare la configurazione della batteria di un drone in un altro dispositivo

Una configurazione adatta per un drone potrebbe non esserlo per un dispositivo medico, un prodotto IoT o uno strumento industriale. Il dispositivo host deve determinare il progetto finale della batteria.

15. Lista di controllo per la selezione di 1S, 2S, 3S e 4S

Prima di approvare un pacco batteria LiPo, confermare:

• Tensione nominale richiesta;

• Voltaggio minimo in ingresso del dispositivo;

• Voltaggio massimo in ingresso del dispositivo;

• Compatibilità della tensione di carica completa;

• classificazione S;

• Conteggio parallelo;

• Capacità target;

• Corrente continua;

• Corrente di picco;

• Voltaggio del caricabatterie;

• Corrente di carica;

• Requisiti PCM o BMS;

• Requisiti di bilanciamento delle celle;

• Connettore e cavo;

• Spazio di installazione disponibile;

• Limite di peso;

• Temperatura operativa;

• Obiettivo di esecuzione;

• Requisiti di prova.

Domande frequenti

Cosa significa 1S su una batteria LiPo?

1S significa che la confezione contiene un gruppo di celle LiPo collegato in serie. Una tipica batteria LiPo 1S ha una tensione nominale di circa 3,7 V e una tensione di carica completa di 4,2 V.

Qual è il voltaggio di una batteria LiPo 2S?

Una tipica batteria LiPo 2S ha una tensione nominale di circa 7,4 V e una tensione di carica completa di 8,4 V.

Qual è il voltaggio di una batteria LiPo 3S?

Una tipica batteria LiPo 3S ha una tensione nominale di circa 11,1 V e una tensione di carica completa di 12,6 V.

Qual è il voltaggio di una batteria LiPo 4S?

Una tipica batteria LiPo 4S ha una tensione nominale di circa 14,8 V e una tensione di carica completa di 16,8 V.

4S significa che la batteria ha quattro volte la capacità di 1S?

Il numero 4S indica quattro gruppi di celle in serie e descrive principalmente la tensione. La capacità dipende dalla capacità della cella e dalla configurazione parallela.

Posso utilizzare un caricabatterie 2S per una batteria LiPo 3S?

No. Un pacchetto 3S richiede un caricabatterie progettato per la tensione di carica 3S. L'utilizzo del caricabatterie sbagliato può causare una ricarica incompleta, danni o rischi per la sicurezza.

Una batteria 2S dura sempre più a lungo di una batteria 1S?

Non necessariamente. L'autonomia dipende dall'energia totale, dalla potenza del dispositivo, dall'efficienza, dalla capacità e dalle condizioni operative. Un pacco 1S2P e un pacco 2S1P possono avere un'energia nominale simile pur utilizzando lo stesso numero di celle.

Una valutazione S più alta è migliore per un dispositivo OEM?

Solo se il dispositivo host, il caricabatterie, il BMS, il cablaggio e il sistema di gestione dell'alimentazione supportano la tensione più elevata. La corretta classificazione S è determinata dai requisiti del dispositivo.

Conclusione

1S, 2S, 3S e 4S descrivono il numero di gruppi di celle LiPo collegati in serie.

Utilizzando comuni celle LiPo da 3,7 V nominali:

• 1S = 3,7 V nominale;

• 2S = 7,4 V nominali;

• 3S = 11,1 V nominale;

• 4S = 14,8 V nominali.

Le tipiche tensioni a piena carica sono:

• 1S = 4,2 V;

• 2S = 8,4 V;

• 3S = 12,6 V;

• 4S = 16,8 V.

La configurazione corretta dipende dall'intervallo di tensione del dispositivo, dalla capacità richiesta, dalla richiesta di corrente, dal sistema di ricarica, dal BMS, dallo spazio meccanico e dall'obiettivo di autonomia.

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