Pacchi batteria da 7,4 V, 11,1 V e 14,8 V

I pacchi batteria da 7,4 V, 11,1 V e 14,8 V sono piattaforme di tensione comuni per i sistemi di batterie ricaricabili agli ioni di litio e ai polimeri di litio.

Sono spesso utilizzati in:

• Apparecchiature elettroniche portatili

• Dispositivi portatili industriali

• Attrezzature mediche

• Robotica

• Attrezzatura RC

• Sistemi di droni

• Utensili elettrici

• Monitoraggio dei prodotti

• Sistemi energetici compatti

Questi valori di tensione corrispondono normalmente a diversi numeri di celle collegate in serie:

• 7,4 V = 2 S

• 11,1 V = 3 S

• 14,8 V = 4 S

Utilizzando celle al litio standard con tensione nominale di circa 3,7 V, le tre configurazioni forniscono diversi intervalli di tensione operativa, livelli di energia e requisiti di ricarica.

La scelta della batteria non dovrebbe però iniziare con la domanda 'Quale voltaggio è più potente?'. La scelta corretta dipende dal dispositivo host e dal sistema di alimentazione completo.

Risposta rapida: qual è la differenza?

Le differenze principali sono:

• Voltaggio più alto con più celle in serie;

• Diversi requisiti del caricabatterie;

• Diversi requisiti BMS;

• Diversa domanda attuale per la stessa potenza;

• Energia diversa a parità di capacità;

• Diversa compatibilità con il dispositivo host.

Una batteria da 14,8 V non è automaticamente migliore di una batteria da 7,4 V. È appropriato solo quando il dispositivo e il sistema di alimentazione sono progettati per quell'intervallo di tensione.

1. Perché 7,4 V, 11,1 V e 14,8 V corrispondono a 2S, 3S e 4S

Il valore 'S' rappresenta il numero di celle o gruppi di celle collegati in serie.

Per celle nominali standard da 3,7 V:

Tensione del pacco = tensione nominale della cella × conteggio delle serie

Perciò:

• 3,7 V × 2 = 7,4 V;

• 3,7 V × 3 = 11,1 V;

• 3,7 V × 4 = 14,8 V.

La corrispondente tensione a piena carica si basa comunemente su circa 4,2 V per cella:

• 4,2 V × 2 = 8,4 V;

• 4,2 V × 3 = 12,6 V;

• 4,2 V × 4 = 16,8 V.

Questi sono valori di riferimento comuni per le celle LiPo ricaricabili standard e agli ioni di litio. Le specifiche effettive della batteria dovrebbero sempre seguire il modello di cella selezionato e la scheda tecnica del produttore.

Per una spiegazione completa delle configurazioni 1S, 2S, 3S e 4S, vedere Spiegazione dei pacchi batteria LiPo 1S, 2S, 3S e 4S.

2. Pacchi batteria da 7,4 V

Un pacco batteria da 7,4 V è in genere una configurazione 2S.

Caratteristiche elettriche di base

Un pacco standard da 7,4 V generalmente ha:

• Voltaggio nominale: 7,4 V;

• Voltaggio a carica completa: 8,4 V;

• Due gruppi di cellule in serie;

• Capacità determinata dalla singola cella o dalla configurazione in parallelo.

Esempio: pacco da 7,4 V, 2000 mAh

Un pacchetto 2S1P che utilizza due celle da 1000 mAh fornisce circa:

• Voltaggio nominale: 7,4 V;

• Capacità: 1000 mAh;

• Energia nominale: 7,4Wh.

Un pacchetto 2S2P che utilizza quattro celle da 1000 mAh fornisce circa:

• Voltaggio nominale: 7,4 V;

• Capacità: 2000 mAh;

• Energia nominale: 14,8Wh.

La tensione rimane nella piattaforma da 7,4 V, mentre il conteggio parallelo modifica la capacità e la capacità di corrente.

Quando è adatto un pacco da 7,4 V?

Un pacco da 7,4 V può essere adatto quando:

• Il dispositivo è progettato per un intervallo di tensione 2S;

• Il prodotto utilizza un sistema di alimentazione a media tensione;

• Una disposizione compatta in serie a due celle si adatta al dispositivo;

• La potenza richiesta può essere erogata alla corrente disponibile;

• Il caricabatterie e il BMS supportano il funzionamento 2S.

ZERNE La pagina del pacco batteria al litio da 7,4 V fornisce esempi di pacchi batteria con capacità e dimensioni fisiche diverse.

3. Pacchi batteria da 11,1 V

Un pacco batteria da 11,1 V è tipicamente una configurazione 3S.

Caratteristiche elettriche di base

Un pacco standard da 11,1 V generalmente ha:

• Voltaggio nominale: 11,1 V;

• Voltaggio a piena carica: 12,6 V;

• Tre gruppi di cellule in serie;

• Capacità determinata dalla singola cella o dalla configurazione in parallelo.

Esempio: pacco da 11,1 V, 2000 mAh

Un pacchetto 3S1P che utilizza tre celle da 2000 mAh fornisce circa:

• Voltaggio nominale: 11,1 V;

• Capacità: 2000 mAh;

• Energia nominale: 22,2Wh.

Un pacchetto 3S2P che utilizza sei celle da 2000 mAh fornisce circa:

• Voltaggio nominale: 11,1 V;

• Capacità: 4000 mAh;

• Energia nominale: 44,4Wh.

Quando è adatto un pacco da 11,1 V?

Un pacco da 11,1 V può essere preso in considerazione quando:

• Il dispositivo utilizza una piattaforma di tensione 3S;

• Il sistema di alimentazione richiede una tensione superiore a 7,4 V;

• Il dispositivo beneficia di una corrente inferiore a parità di potenza;

• Lo spazio disponibile può ospitare tre gruppi di celle in serie;

• Il caricabatterie e il BMS supportano il funzionamento 3S.

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

4. Pacchi batteria da 14,8 V

Un pacco batteria da 14,8 V è tipicamente una configurazione 4S.

Caratteristiche elettriche di base

Un pacco standard da 14,8 V generalmente ha:

• Voltaggio nominale: 14,8 V;

• Voltaggio a piena carica: 16,8 V;

• Quattro gruppi di cellule in serie;

• Capacità determinata dalla singola cella o dalla configurazione in parallelo.

Esempio: pacco da 14,8 V, 2000 mAh

Un pacchetto 4S1P che utilizza quattro celle da 2000 mAh fornisce circa:

• Voltaggio nominale: 14,8 V;

• Capacità: 2000 mAh;

• Energia nominale: 29,6Wh.

Un pacchetto 4S2P che utilizza otto celle da 2000 mAh fornisce circa:

• Voltaggio nominale: 14,8 V;

• Capacità: 4000 mAh;

• Energia nominale: 59,2Wh.

Quando è adatto un pacco da 14,8 V?

Un pacco da 14,8 V può essere preso in considerazione quando:

• Il dispositivo è predisposto per un ingresso 4S;

• Il sistema di alimentazione richiede una tensione più elevata;

• Il dispositivo necessita di corrente inferiore per un livello di potenza definito;

• Le dimensioni e il peso della confezione sono accettabili;

• Il caricabatterie e il BMS supportano l'intervallo di tensione 4S.

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

5. Confronto di tensione alla stessa capacità

Per confrontare equamente le tre piattaforme di voltaggio, supponiamo che ciascun pacco abbia la stessa capacità di 2000 mAh o 2 Ah.

I pacchi ad alta tensione contengono più energia nominale quando la capacità ampere-ora è la stessa.

Ciò non significa però che il pacco ad alto voltaggio possa essere collegato direttamente a qualsiasi dispositivo. L'intervallo di ingresso del dispositivo, il convertitore, il caricabatterie, il BMS e il controller del motore devono tutti supportare la tensione selezionata.

6. In che modo la tensione influisce sulla corrente

Per un dato livello di potenza:

Corrente = Potenza ÷ Tensione

Supponiamo che un dispositivo richieda 20 W di potenza.

Una tensione più elevata può ridurre la corrente richiesta per la stessa potenza. Ciò può influenzare:

• Dimensione del filo;

• Valutazione del connettore;

• Valutazione attuale del BMS;

• Perdite elettriche;

• Generazione di calore;

• Progettazione del convertitore.

Tuttavia, il vantaggio di corrente inferiore è importante solo se l'elettronica del dispositivo è progettata per la tensione più elevata.

Una batteria da 14,8 V collegata a un dispositivo progettato per 7,4 V può danneggiare il circuito di ingresso anche se la batteria ha una capacità simile.

7. Voltaggio, capacità e autonomia

La sola tensione non determina l'autonomia.

Il tempo di esecuzione dipende da:

• Tensione nominale;

• Capacità in Ah;

• Potenza del dispositivo;

• Energia utilizzabile;

• Efficienza del convertitore;

• Taglio del BMS;

• Temperatura;

• Profilo operativo.

La formula energetica di base è:

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

La stima del tempo di esecuzione è:

Autonomia = Energia utilizzabile (Wh) ÷ Potenza media del dispositivo (W)

Ad esempio, se un dispositivo consuma 10 W:

• pacco da 7,4 V, 2 Ah = 14,8 Wh di energia nominale;

• pacco da 11,1 V, 2 Ah = 22,2 Wh di energia nominale;

• Pacchetto da 14,8 V, 2 Ah = 29,6 Wh di energia nominale.

In questo esempio il pacco da 14,8 V ha più energia nominale, ma l'autonomia finale dipende dalla capacità utilizzabile e dall'efficienza del sistema.

Per calcoli dettagliati sul tempo di esecuzione, vedere Come calcolare l'autonomia di una batteria al litio.

8. Requisiti del caricabatterie

Il caricabatterie deve corrispondere alla tensione del pacco batteria.

L'utilizzo del caricabatterie sbagliato può provocare:

• Sottocarica;

• Sovraccarico;

• Calore eccessivo;

• Interruzione della protezione;

• Squilibrio cellulare;

• Danni alla batteria;

• Rischio per la sicurezza.

La corrente di carica deve inoltre essere compatibile con:

• Specifica della cella;

• Capacità del pacco;

• BMS;

• Condizioni termiche;

• Tempo di ricarica richiesto.

Il caricabatterie dovrebbe essere valutato insieme alla batteria e al BMS anziché selezionato separatamente.

9. Requisiti BMS per pacchi da 7,4 V, 11,1 V e 14,8 V

Il conteggio delle serie influisce sulla progettazione del BMS.

Confezione da 7,4 V

Un pacco da 7,4 V richiede normalmente una struttura di protezione e bilanciamento 2S quando contiene due gruppi di celle in serie.

Confezione da 11,1 V

Un pacco da 11,1 V richiede normalmente un BMS 3S o un progetto di protezione che monitori tre gruppi in serie.

Confezione da 14,8 V

Un pacco da 14,8 V richiede normalmente un BMS 4S o un progetto di protezione che monitori quattro gruppi in serie.

Il BMS potrebbe dover fornire:

• Monitoraggio della tensione delle celle;

• Bilanciamento cellulare;

• Protezione da sovraccarico;

• Protezione da scarica eccessiva;

• Protezione da sovracorrente;

• Protezione da cortocircuito;

• Monitoraggio della temperatura;

• Funzioni di comunicazione dove richiesto.

Il BMS deve corrispondere alla configurazione effettiva del pacco. Un BMS 2S non deve essere utilizzato per un pacchetto 3S o 4S.

10. Considerazioni meccaniche e sul peso

Passando da 7,4 V a 11,1 V o 14,8 V generalmente aumenta il numero di gruppi di celle in serie. Ciò può influenzare:

• Lunghezza del pacco;

• Larghezza del pacco;

• Spessore del pacco;

• Disposizione delle celle;

• Instradamento dei cavi;

• Posizione del BMS;

• Peso;

• Requisiti abitativi;

• Dissipazione del calore.

La piattaforma di tensione dovrebbe quindi essere scelta insieme allo spazio di installazione disponibile.

Un pacco da 14,8 V può fornire più energia con lo stesso valore in Ah, ma potrebbe anche richiedere più celle, un involucro più grande o un layout diverso del pacco.

Per criteri di progettazione più ampi del pacco batteria, vedere Progettazione del pacco batteria agli ioni di litio: tensione, capacità, BMS e autonomia.

11. Esempi pratici di selezione OEM

Esempio 1: dispositivo progettato per 7,4 V

Supponiamo che un prodotto OEM richieda:

• Tensione di ingresso nominale: circa 7,4 V;

• Capacità target: 3000 mAh;

• Corrente moderata;

• Vano batteria compatto.

Una configurazione preliminare adeguata può essere:

2S2P utilizzando due gruppi di celle parallele da 1500 mAh

Il dispositivo dovrebbe essere controllato per:

• Ingresso per carica completa da 8,4 V;

• BMS 2S;

• ricarica 2S;

• Capacità attuale;

• Dimensioni dell'imballo;

• Tempo di esecuzione richiesto.

Esempio 2: dispositivo progettato per 11,1 V

Supponiamo che un dispositivo industriale richieda:

• Tensione di ingresso nominale: circa 11,1 V;

• Capacità target: 4000 mAh;

• Potenza stabile per un ciclo operativo continuo.

Una configurazione preliminare può essere:

3S2P utilizzando due gruppi di celle parallele da 2000 mAh

Il sistema della batteria deve essere controllato per:

• Tensione di carica completa 12,6 V;

• BMS 3S;

• Caricabatterie appropriato;

• Bilanciamento cellulare;

• Corrente di picco;

• Protezione termica e meccanica.

Esempio 3: dispositivo progettato per 14,8 V

Supponiamo che un dispositivo ad alta potenza richieda:

• Tensione di ingresso nominale: circa 14,8 V;

• Capacità target: 4000 mAh;

• Corrente inferiore a parità di potenza;

• Vano batteria disponibile più ampio.

Una configurazione preliminare può essere:

4S2P utilizzando due gruppi di celle parallele da 2000 mAh

Il team di progettazione dovrebbe confermare:

• Compatibilità con carica completa 16,8 V;

• BMS 4S;

• Voltaggio del caricabatterie;

• Isolamento del circuito di ingresso;

• Classificazione del connettore e del cavo;

• Peso dell'imballaggio e installazione.

12. Quale voltaggio è il migliore per un dispositivo OEM?

Non esiste un voltaggio migliore universale.

Scegli 7,4 V quando:

• Il dispositivo è predisposto per un ingresso 2S;

• È necessaria una piattaforma batteria a media tensione;

• È adatta la costruzione compatta a due celle in serie;

• La richiesta di energia può essere supportata entro il limite attuale.

Scegli 11,1 V quando:

• Il dispositivo è predisposto per un ingresso 3S;

• È necessaria più tensione di quella fornita da una piattaforma da 7,4 V;

• Una corrente inferiore è vantaggiosa;

• L'elettronica del dispositivo e il caricabatterie supportano il funzionamento 3S.

Scegli 14,8 V quando:

• Il dispositivo è predisposto per un ingresso 4S;

• Il sistema di alimentazione richiede una tensione più elevata;

• Per l'applicazione è utile una corrente inferiore;

• Il prodotto può ospitare il sistema elettrico e meccanico più ampio.

La selezione corretta dovrebbe sempre iniziare dalle specifiche del dispositivo piuttosto che dall'elenco delle tensioni disponibili del produttore della batteria.

13. Errori comuni nella selezione della tensione

Errore 1: scegliere la tensione più alta

Una tensione più alta non è automaticamente migliore. Potrebbe superare la potenza massima di ingresso del dispositivo.

Errore 2: ignorare la tensione di carica completa

Un pacco da 7,4 V può raggiungere circa 8,4 V. Un pacco da 14,8 V può raggiungere circa 16,8 V.

Errore 3: confrontare solo la tensione nominale

Il dispositivo deve essere compatibile con l'intero intervallo di tensione operativa.

Errore 4: utilizzare il caricabatterie sbagliato

Il caricabatterie deve corrispondere alla configurazione 2S, 3S o 4S.

Errore 5: ignorare i requisiti BMS

Il BMS deve corrispondere al conteggio delle serie e alla domanda attuale.

Errore 6: supporre che gli stessi mAh significhino la stessa autonomia

Un pacco ad alta tensione con lo stesso valore Ah ha una maggiore energia nominale, ma la potenza del dispositivo e l'efficienza del convertitore determinano comunque l'autonomia.

Errore 7: copiare una configurazione da un altro dispositivo

Un pacco da 7,4 V, 11,1 V o 14,8 V dovrebbe essere selezionato in base allo specifico dispositivo host, non solo a un prodotto simile.

14. Lista di controllo per il confronto della tensione

Prima di selezionare un pacco batteria, confermare:

• Tensione nominale del dispositivo;

• Voltaggio minimo del dispositivo;

• Voltaggio massimo del dispositivo;

• Tolleranza della tensione a piena carica;

• Capacità della batteria richiesta;

• Corrente continua;

• Corrente di picco;

• Durata di destinazione;

• Voltaggio del caricabatterie;

• Corrente di carica;

• Conteggio delle serie BMS;

• Requisiti di bilanciamento delle celle;

• Valutazione del connettore;

• Dimensioni del cavo;

• Dimensioni dell'imballo;

• Limite di peso;

• Temperatura operativa;

• Requisiti di prova;

• Volume di produzione previsto.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra una batteria da 7,4 V e una da 11,1 V?

Un pacco da 7,4 V è tipicamente una configurazione 2S, mentre un pacco da 11,1 V è tipicamente una configurazione 3S. Il pacco da 11,1 V ha una tensione nominale e a carica completa più elevata.

Qual è la differenza tra una batteria da 11,1 V e una da 14,8 V?

Un pacco da 11,1 V è tipicamente 3S, mentre un pacco da 14,8 V è tipicamente 4S. Il pacco da 14,8 V richiede un caricabatterie ad alta tensione e un BMS progettato per quattro gruppi di celle in serie.

Una batteria da 14,8 V è più potente di una da 7,4 V?

Non necessariamente. Un pacco da 14,8 V può fornire più potenza se il dispositivo è progettato per questo, ma il risultato completo dipende dalla capacità, dalla capacità di corrente, dalle specifiche della cella e dalla progettazione del sistema.

Posso utilizzare una batteria da 14,8 V su un dispositivo da 7,4 V?

Di solito no, a meno che il dispositivo non includa un convertitore di tensione adeguato e sia specificamente progettato per accettare la tensione di ingresso più elevata. Il produttore del dispositivo o il tecnico della batteria dovrebbero confermare la compatibilità.

Di quale caricabatterie ha bisogno un pacco batteria da 7,4 V?

Una batteria LiPo standard da 7,4 V richiede in genere un caricabatterie 2S con una tensione di carica completa di circa 8,4 V.

Quale ha una durata maggiore: 7,4 V, 11,1 V o 14,8 V?

L'autonomia non può essere determinata solo dalla tensione. Dipende dai wattora, dalla capacità utilizzabile, dalla potenza del dispositivo, dall'efficienza di conversione, dall'interruzione del BMS e dalle condizioni operative.

I pacchi batteria da 7,4 V, 11,1 V e 14,8 V sono adatti per i prodotti OEM?

Sì, possono essere utilizzati per prodotti OEM quando tensione, corrente, capacità, caricabatterie, BMS, dimensioni e requisiti di test corrispondono al dispositivo host.

Conclusione

I pacchi batteria da 7,4 V, 11,1 V e 14,8 V si basano generalmente su:

• 7,4 V = 2 S;

• 11,1 V = 3 S;

• 14,8 V = 4 S.

Le loro tensioni comuni a piena carica sono:

• pacco da 7,4 V = 8,4 V;

• pacco da 11,1 V = 12,6 V;

• Pacchetto 14,8 V = 16,8 V.

Il pacco batteria corretto dipende dall'intervallo di tensione, dalla richiesta di energia, dalla capacità, dall'autonomia, dal caricabatterie, dal BMS, dal connettore, dalle dimensioni e dall'ambiente operativo del dispositivo OEM.

Un pacco batteria da 14,8 V non è automaticamente migliore di un pacco da 7,4 V o 11,1 V. La giusta tensione è quella che corrisponde al sistema di alimentazione completo del prodotto.

Se stai selezionando un pacco batteria da 7,4 V, 11,1 V o 14,8 V per un dispositivo OEM, condividi l'applicazione, la tensione richiesta, la capacità, la richiesta di corrente, le dimensioni, il connettore e la quantità prevista con il team tecnico ZERNE. ZERNE fornisce soluzioni personalizzate per pacchi batteria al litio e può aiutarti a valutare la piattaforma di tensione appropriata per il tuo prodotto.