Visualizzazioni: 0 Autore: ZERNE Battery Technical Content Team Orario di pubblicazione: 2026-08-26 Origine: Sito
Il calcolo della capacità della batteria agli ioni di litio richiede molto più che sommare la capacità stampata su ciascuna cella.
La capacità finale dipende da come sono collegate le celle:
I collegamenti in serie aumentano la tensione.
Le connessioni parallele aumentano la capacità ampere-ora.
Le configurazioni in serie-parallelo aumentano sia la tensione che la capacità.
Ad esempio, quattro celle da 3,7 V, 1000 mAh possono essere disposte in diversi modi:
4S1P: circa 14,8 V, 1000 mAh
2S2P: circa 7,4 V, 2000 mAh
1S4P: circa 3,7 V, 4000 mAh
Lo stesso numero di celle può quindi produrre specifiche di batteria molto diverse.
Questa guida spiega come calcolare la capacità della batteria agli ioni di litio in mAh, Ah e Wh. Chiarisce inoltre la differenza tra capacità nominale e capacità utilizzabile in modo che gli ingegneri OEM possano preparare specifiche della batteria più accurate.
Per una relazione più ampia tra tensione, capacità, BMS e autonomia, vedere Progettazione del pacco batteria agli ioni di litio: tensione, capacità, BMS e autonomia.
Per celle abbinate con la stessa capacità:
Capacità del pacco (Ah) = Capacità di una cella (Ah) × Numero di celle in parallelo
Capacità del pacco (mAh) = Capacità di una cella (mAh) × Numero di gruppi di celle parallele
Tensione del pacco (V) = Tensione nominale delle celle (V) × Numero di celle in serie
Energia del pacco (Wh) = Voltaggio del pacco (V) × Capacità del pacco (Ah)
Il numero di celle collegate in serie è rappresentato da S . Il numero di celle collegate in parallelo è rappresentato da P.
Per esempio:
2S1P significa due celle in serie e un percorso parallelo.
1S2P significa un gruppo di celle in serie e due celle in parallelo.
3S2P significa tre gruppi in serie con due celle parallele in ciascun gruppo.
Prima di calcolare un pacco batteria, è importante distinguere tra tre valori di base.
La capacità descrive la quantità di carica elettrica che una batteria può immagazzinare. Viene comunemente espresso in:
Milliampere-ora o mAh
Amp-ora o Ah
La conversione è:
1 Ah = 1000 mAh
Una cella da 3000 mAh equivale a una cella da 3 Ah.
La tensione descrive il potenziale elettrico della batteria. È comunemente espresso in volt.
Per molte celle standard agli ioni di litio e ai polimeri di litio, la tensione nominale è di circa 3,6 V o 3,7 V. Il valore esatto dipende dalla chimica della cella e dalle specifiche del produttore.
L'energia combina tensione e capacità. È espresso in wattora.
Energia (Wh) = Voltaggio (V) × Capacità (Ah)
Un valore di mAh più elevato non significa sempre un'energia totale più elevata se la tensione della batteria è diversa.
Per esempio:
3,7 V × 2 Ah = 7,4 Wh
7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh
I due pacchi hanno la stessa capacità ampere-ora ma energia diversa perché le loro tensioni sono diverse.
Quando le celle sono collegate in serie, il terminale positivo di una cella si collega al terminale negativo della cella successiva.
I collegamenti in serie aumentano la tensione.
Per celle abbinate collegate in serie:
La tensione aumenta
La capacità Ah rimane più o meno la stessa
L'energia totale aumenta perché la tensione aumenta
Supponiamo che ogni cella abbia:
Voltaggio nominale: 3,7 V
Capacità: 1000mAh
Un pacco 2S1P contiene due celle in serie.
Voltaggio del pacco:
3,7 V × 2 = 7,4 V
Capacità confezione:
1000 mAh
Pacchetto energetico:
7,4 V × 1 Ah = 7,4 Wh
Pertanto, un pacco batteria 2S1P è di circa:
7,4 V, 1000 mAh, 7,4 Wh
Configurazione |
Numero di celle |
Tensione nominale |
Capacità |
|---|---|---|---|
1S1P |
1 |
3,7 V |
1000 mAh |
2S1P |
2 |
7,4 V |
1000 mAh |
3S1P |
3 |
11,1 V |
1000 mAh |
4S1P |
4 |
14,8 V |
1000 mAh |
Questi sono valori nominali basati su celle da 3,7 V. La tensione di piena carica è più alta e deve essere presa in considerazione quando si sceglie il caricabatterie e il sistema di protezione.
Quando le celle sono collegate in parallelo, i loro terminali positivi sono collegati insieme e i loro terminali negativi sono collegati insieme.
Le connessioni parallele aumentano la capacità.
Per celle abbinate collegate in parallelo:
La tensione rimane più o meno la stessa
Ah la capacità aumenta
La capacità attuale potrebbe aumentare
L’energia totale aumenta perché aumenta la capacità
Supponiamo che ogni cella abbia:
Voltaggio nominale: 3,7 V
Capacità: 1000mAh
Un pacchetto 1S2P contiene due celle in parallelo.
Voltaggio del pacco:
3,7 V
Capacità confezione:
1000 mAh×2 = 2000 mAh
Pacchetto energetico:
3,7 V × 2 Ah = 7,4 Wh
Pertanto, un pacco batteria 1S2P è di circa:
3,7 V, 2000 mAh, 7,4 Wh
Configurazione |
Numero di celle |
Tensione nominale |
Capacità |
|---|---|---|---|
1S1P |
1 |
3,7 V |
1000 mAh |
1S2P |
2 |
3,7 V |
2000 mAh |
1S3P |
3 |
3,7 V |
3000 mAh |
1S4P |
4 |
3,7 V |
4000 mAh |
I calcoli della capacità parallela presuppongono che le celle abbiano lo stesso modello, capacità, condizione e caratteristiche elettriche.
Un pacco batteria in serie-parallelo combina entrambi i metodi di connessione.
Le formule generali sono:
Voltaggio del pacco = Voltaggio della cella × S
Capacità del pacco = Capacità della cella × P
Conteggio totale delle cellule = S × P
Dove:
S = numero di celle in serie
P = numero di celle in parallelo
Supponiamo che ogni cella abbia:
Voltaggio nominale: 3,7 V
Capacità: 1000mAh
Per un pacchetto 2S2P:
Voltaggio del pacco:
3,7 V × 2 = 7,4 V
Capacità confezione:
1000 mAh×2 = 2000 mAh
Numero totale di celle:
2 × 2 = 4 celle
Pacchetto energetico:
7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh
Il risultato è:
7,4 V, 2000 mAh, 14,8 Wh
Utilizzando le stesse celle da 3,7 V, 1000 mAh:
Voltaggio del pacco:
3,7 V × 3 = 11,1 V
Capacità confezione:
1000 mAh×2 = 2000 mAh
Numero totale di celle:
3 × 2 = 6 celle
Pacchetto energetico:
11,1 V × 2 Ah = 22,2 Wh
Il risultato è:
11,1 V, 2000 mAh, 22,2 Wh
Per una spiegazione più ampia di come queste configurazioni influiscono sulla compatibilità dei dispositivi, vedere Pacchi batteria in serie o in parallelo.
Se la capacità target e la capacità della singola cella sono note, il numero richiesto di celle parallele può essere stimato con:
Conteggio parallelo = Capacità confezione target ÷ Capacità cella
Assumere:
Voltaggio nominale target: 7,4 V
Capacità prevista: 3000 mAh
Voltaggio nominale della cella: 3,7 V
Capacità della cella: 1500 mAh
Passaggio 1: determinare il conteggio delle serie.
7,4 V ÷ 3,7 V = 2S
Passaggio 2: determinare il conteggio parallelo.
3000 mAh ÷ 1500 mAh = 2P
La configurazione preliminare è:
2S2P
Numero totale di celle:
2 × 2 = 4 celle
Assumere:
Voltaggio nominale target: 11,1 V
Capacità prevista: 5000 mAh
Voltaggio nominale della cella: 3,7 V
Capacità della cella: 2500 mAh
Conteggio delle serie:
11,1 V ÷ 3,7 V = 3 S
Conteggio parallelo:
5000mAh ÷ 2500mAh = 2P
La configurazione preliminare è:
3S2P
Numero totale di celle:
3 × 2 = 6 celle
Questo calcolo fornisce una configurazione iniziale. Il progetto finale deve ancora verificare la domanda attuale, lo spazio disponibile, la capacità di scarica delle celle, i requisiti di protezione e la fattibilità della produzione.
La capacità amperora è utile per confrontare batterie con la stessa tensione. I wattora sono più utili quando si confrontano pacchi con diversi livelli di tensione.
La formula è:
Energia del pacco (Wh) = Voltaggio nominale del pacco (V) × Capacità del pacco (Ah)
Pacco batteria |
Capacità |
Energia |
|---|---|---|
3,7 V, 2000 mAh |
2Ah |
7,4 Wh |
7,4 V, 2000 mAh |
2Ah |
14,8 Wh |
11,1 V, 2000 mAh |
2Ah |
22,2 Wh |
14,8 V, 2000 mAh |
2Ah |
29,6 Wh |
Il valore mAh è lo stesso in questo esempio, ma l'energia totale cambia con la tensione.
Questo è il motivo per cui i team OEM non dovrebbero confrontare i pacchi batteria utilizzando solo i mAh. Quando la tensione è diversa, confronta anche i wattora.
La capacità stampata su una batteria è normalmente una capacità nominale o nominale misurata in condizioni di test specificate.
La capacità effettivamente utilizzabile potrebbe essere inferiore a causa di:
Corrente di scarica
Tensione di interruzione
Temperatura
Invecchiamento cellulare
Resistenza interna
Limiti di protezione BMS
Conversione della potenza del dispositivo
Riserva di durata necessaria
Una semplice formula concettuale è:
Capacità utilizzabile ≈ Capacità nominale × Fattore di declassamento applicabile
Il fattore di declassamento non è un numero universale. Deve essere stabilito in base alla scheda tecnica della cella, alle condizioni di scarica e ai requisiti dell'applicazione.
Ad esempio, un pacco da 2000 mAh potrebbe non fornire esattamente 2000 mAh in ogni applicazione se:
Il carico è elevato;
Il dispositivo si ferma prima che la cella raggiunga la tensione minima;
La temperatura è bassa;
Il branco è invecchiato;
Il BMS disconnette il carico per protezione.
Il pack va quindi specificato con entrambi:
Capacità nominale
Capacità utilizzabile richiesta in condizioni definite
La formula della capacità di base presuppone che tutte le celle siano abbinate.
Le celle utilizzate nello stesso pacchetto dovrebbero essere compatibili in termini di:
Capacità
Voltaggio
Resistenza interna
Modello cellulare
Lotto di produzione
Condizione di invecchiamento
Stato di carica
Se le celle hanno caratteristiche significativamente diverse, la cella più debole potrebbe raggiungere il limite di tensione prima delle altre. Ciò può ridurre la capacità utilizzabile del pacchetto completo e aumentare i requisiti di bilanciamento.
Per una discussione più approfondita sull'incoerenza delle celle, vedere Perché i pacchi batteria agli ioni di litio diventano incoerenti e cosa fare.
In una specifica OEM, è meglio definire il modello di cella richiesto e i requisiti corrispondenti piuttosto che dichiarare solo la capacità target della batteria.
Una cella di capacità maggiore può ridurre il numero di celle parallele necessarie, ma può anche essere fisicamente più grande o avere caratteristiche di scarica diverse.
Gli ingegneri OEM dovrebbero valutare:
Dimensioni delle cellule
Disposizione del pacco
Spazio disponibile
Capacità obiettivo
Domanda attuale
Peso
Condizioni termiche
Disponibilità cellulare
Ad esempio, una cella da 3000 mAh può consentire un conteggio parallelo inferiore rispetto a una cella da 1500 mAh. Tuttavia, se la cella da 3000 mAh è troppo grande o non riesce a soddisfare la corrente richiesta, potrebbe non essere la scelta migliore.
Il calcolo della capacità dovrebbe quindi essere combinato con uno studio di fattibilità meccanica ed elettrica.
Supponiamo che un dispositivo OEM richieda:
Voltaggio nominale: circa 7,4 V
Capacità prevista: 4000 mAh
Voltaggio nominale della cella: 3,7 V
Capacità della cella: 2000 mAh
Passaggio 1: calcolare il conteggio delle serie.
7,4 V ÷ 3,7 V = 2S
Passaggio 2: calcolare il conteggio parallelo.
4000mAh ÷ 2000mAh = 2P
Passaggio 3: calcolare il conteggio totale delle cellule.
2S × 2P = 4 celle
Passaggio 4: calcolare l'energia nominale.
7,4 V × 4 Ah = 29,6 Wh
La specifica preliminare del pacchetto è:
2S2P, 7,4 V nominali, 4000 mAh, circa 29,6 Wh
Prima che questa configurazione venga approvata, l'OEM e il produttore della batteria devono verificare:
Se le celle possono fornire la corrente richiesta;
Se il pacchetto si adatta allo spazio disponibile;
Se è necessario un BMS con bilanciamento;
Se il caricabatterie è compatibile;
Se il connettore e il cablaggio supportano il carico;
Se la capacità target viene misurata nelle condizioni di test richieste.
Un pacco 2S1P composto da due celle da 1000 mAh non è un pacco da 2000 mAh. È di circa 7,4 V e 1000 mAh.
Se il pacco utilizza più percorsi paralleli, la capacità deve essere moltiplicata per il numero di celle parallele.
Un pacco da 2000 mAh a 3,7 V e un pacco da 2000 mAh a 7,4 V non contengono la stessa quantità di energia.
L'energia nominale viene normalmente calcolata utilizzando la tensione nominale, non la tensione di carica massima.
La capacità utilizzabile effettiva dipende dalla corrente, dalla temperatura, dalla tensione di interruzione, dall'invecchiamento e dalle impostazioni di protezione.
Celle con capacità, resistenza interna o condizioni di invecchiamento diverse non devono essere combinate casualmente nello stesso pacco.
Il solo calcolo della capacità non determina il tempo di esecuzione. L'autonomia dipende anche dalla potenza del dispositivo e dall'efficienza del sistema.
Per il metodo di calcolo del runtime separato, vedere Come calcolare l'autonomia di una batteria al litio.
Prima di richiedere un preventivo per la batteria, confermare:
Voltaggio nominale target
Tensione minima e massima del dispositivo
Capacità target in mAh o Ah
Energia utilizzabile richiesta in Wh
Voltaggio nominale della cella
Capacità nominale della cella
Conteggio delle serie richieste
Conteggio parallelo richiesto
Conteggio totale delle cellule
Corrente continua
Corrente di picco
Temperatura operativa
Spazio disponibile nella batteria
Metodo di ricarica
BMS o requisiti di protezione
Condizioni di prova della capacità
Autonomia prevista
Prototipo e quantità di produzione
Il valore della capacità deve essere sempre collegato a una condizione di test definita. Un preventivo che indichi solo 'pacco batteria da 4000 mAh' è incompleto a meno che il fornitore non identifichi anche la tensione, il modello della cella, la configurazione e le condizioni di misurazione.
Moltiplicare la capacità di una cella per il numero di celle collegate in parallelo. Ad esempio, quattro celle da 1000 mAh in una configurazione 2S2P forniscono circa 2000 mAh di capacità.
No. Un collegamento in serie aumenta la tensione. La capacità ampere-ora rimane normalmente approssimativamente uguale alla capacità di un gruppo parallelo.
SÌ. Una connessione parallela aumenta la capacità amperora in base al numero di celle parallele.
Se ciascuna cella ha una potenza nominale di 3,7 V e 1.000 mAh, un pacco 2S2P è di circa 7,4 V e 2.000 mAh, con quattro celle in totale.
Moltiplicare la tensione nominale del pacco per la capacità in ampere-ora. Un pacco da 7,4 V, 2 Ah contiene circa 14,8 Wh di energia nominale.
No. La batteria da 7,4 V, 2000 mAh contiene circa il doppio dell'energia nominale della batteria da 3,7 V, 2000 mAh.
Il risultato può essere influenzato dalla corrente di scarica, dalla temperatura, dalla tensione di interruzione, dall'invecchiamento della cella, dalla resistenza interna, dalle impostazioni BMS e dalle condizioni di misurazione.
Il conteggio totale delle cellule è:
Celle totali = Conteggio serie × Conteggio parallelo
Il conteggio finale deve inoltre soddisfare i requisiti di tensione, capacità, corrente, dimensioni, peso e protezione.
Il calcolo della capacità del pacco batteria agli ioni di litio inizia con la comprensione della differenza tra connessioni in serie e parallele.
Le formule fondamentali sono:
Voltaggio del pacco = Voltaggio della cella × Conteggio delle serie
Capacità del pacco = Capacità della cella × Conteggio parallelo
Celle totali = Conteggio serie × Conteggio parallelo
Energia del pacco = Voltaggio del pacco × Capacità del pacco in Ah
Ad esempio, utilizzando celle da 3,7 V, 1000 mAh:
1S1P = 3,7 V, 1000 mAh
2S1P = 7,4 V, 1000 mAh
1S2P = 3,7 V, 2000 mAh
2S2P = 7,4 V, 2000 mAh
Questi calcoli forniscono il punto di partenza per la progettazione di un pacco batteria. La batteria finale deve ancora essere controllata per quanto riguarda la domanda attuale, la corrispondenza delle celle, la capacità utilizzabile, i requisiti BMS, l'adattamento meccanico, la compatibilità di ricarica e la fattibilità della produzione.
