1S, 2S, 3S en 4S LiPo-batterijpakketten uitgelegd

LiPo-accupakketten worden vaak beschreven met labels als 1S, 2S, 3S en 4S. Deze labels verschijnen op batterijpakketten die worden gebruikt in draagbare elektronica, robotica, RC-apparatuur, drones, medische apparaten en andere oplaadbare producten.

De 'S'-classificatie beschrijft het aantal in serie geschakelde LiPo-cellen:

• 1S betekent één celgroep in serie;

• 2S betekent twee celgroepen in serie;

• 3S betekent drie celgroepen in serie;

• 4S betekent vier celgroepen in serie.

Naarmate het aantal cellen in serie toeneemt, neemt de pakketspanning toe. De capaciteit in mAh neemt niet automatisch toe omdat de S-rating hoger is.

Gebruik van gewone LiPo-cellen met een nominale spanning van ongeveer 3,7 V:

• 1S = 3,7 V nominaal;

• 2S = 7,4 V nominaal;

• 3S = 11,1 V nominaal;

• 4S = 14,8 V nominaal.

De juiste configuratie is afhankelijk van het hostapparaat, de lader, de huidige vraag, de benodigde energie, het GBS en het mechanische ontwerp.

Snel antwoord: wat betekenen 1S, 2S, 3S en 4S?

Deze waarden zijn algemene referenties voor standaard oplaadbare LiPo-cellen. De exacte spanning moet de geselecteerde celspecificatie volgen.

Een hogere S-rating betekent een hogere accuspanning. Het betekent niet automatisch:

• Hogere capaciteit;

• Langere looptijd;

• Betere prestaties;

• Sneller opladen;

• Hogere veiligheid;

• Grotere energiedichtheid.

De S-classificatie moet overeenkomen met het elektrische systeem van het apparaat.

1. Wat betekent 'S' op een LiPo-batterij?

De letter S staat voor serie.

Wanneer cellen in serie zijn verbonden, is de positieve pool van de ene cel verbonden met de negatieve pool van de volgende cel. De spanning van elke cel wordt bij elkaar opgeteld.

Voor een standaard 3,7 V nominale LiPo-cel:

Pack-spanning = 3,7 V × Aantal cellen in serie

Voorbeelden:

• 1S: 3,7V × 1 = 3,7V;

• 2S: 3,7 V × 2 = 7,4 V;

• 3S: 3,7 V × 3 = 11,1 V;

• 4S: 3,7 V × 4 = 14,8 V.

De S-rating beschrijft alleen het aantal series. Een pakket kan ook parallelle celgroepen bevatten, zoals:

• 2S1P;

• 2S2P;

• 3S2P;

• 4S2P.

Voor meer informatie over hoe serie- en parallelle verbindingen de spanning en capaciteit beïnvloeden, zie Serie versus parallelle batterijpakketten.

2. Wat is een 1S LiPo-batterijpakket?

Een 1S LiPo-accupakket bevat één LiPo-cel of één parallelle groep cellen.

Typische elektrische waarden zijn:

• Nominale spanning: ongeveer 3,7 V;

• Spanning bij volledig opladen: ongeveer 4,2 V;

• Minimale bedrijfsspanning: toepassingsafhankelijk;

• Capaciteit: bepaald door de cel of parallelle groep.

Voorbeeld: 1S1P

Een enkele LiPo-cel van 1000 mAh produceert ongeveer:

3,7 V, 1000 mAh

De nominale energie is:

3,7 V × 1 Ah = 3,7 Wh

Voorbeeld: 1S2P

Twee parallel geschakelde cellen van 1000 mAh produceren ongeveer:

3,7 V, 2000 mAh

De spanning blijft ongeveer 3,7 V, terwijl de capaciteit toeneemt.

Typische 1S-toepassingen

1S-pakketten kunnen geschikt zijn voor:

• Compacte draagbare apparaten;

• Kleine GPS-trackers;

• Draadloze accessoires;

• Kleine IoT-producten;

• Draagbare sensoren;

• Compacte consumentenelektronica;

• Ingebedde laagspanningssystemen.

Een 1S-pakket kan, afhankelijk van de toepassing, een PCM of een eenvoudig beveiligingscircuit gebruiken. De oplader moet zijn ontworpen voor een LiPo-pakket met één cel.

3. Wat is een 2S LiPo-batterijpakket?

Een 2S LiPo-batterijpakket bevat twee celgroepen die in serie zijn geschakeld.

Typische waarden zijn:

• Nominale spanning: ongeveer 7,4 V;

• Spanning bij volledig opladen: ongeveer 8,4 V;

• Capaciteit: bepaald door de capaciteit van elke parallelle groep.

Voorbeeld: 2S1P

Gebruik van twee 1000 mAh-cellen in serie:

7,4 V, 1000 mAh

Nominale energie:

7,4 V × 1 Ah = 7,4 Wh

Voorbeeld: 2S2P

Vier 1000 mAh-cellen gebruiken in een 2S2P-opstelling:

7,4 V, 2000 mAh

Nominale energie:

7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh

Typische 2S-toepassingen

2S LiPo-pakketten kunnen worden overwogen voor:

• Draagbare apparatuur;

• Industriële draagbare apparaten;

• Medische apparaten;

• Tweerichtingscommunicatieapparatuur;

• Kleine robotsystemen;

• Verwarmde producten;

• Middenspanningselektronica;

• Sommige RC- en drone-systemen.

ZERNE's De pagina met lithiumbatterijen van 7,4 V biedt voorbeelden op productniveau van 2S-batterijpakketten met verschillende capaciteiten en afmetingen.

4. Wat is een 3S LiPo-batterijpakket?

Een 3S LiPo-batterijpakket bevat drie celgroepen die in serie zijn geschakeld.

Typische waarden zijn:

• Nominale spanning: ongeveer 11,1 V;

• Spanning bij volledig opladen: ongeveer 12,6 V;

• Capaciteit: bepaald door de capaciteit van elke parallelle groep.

Voorbeeld: 3S1P

Met behulp van drie 1000 mAh-cellen in serie:

11,1 V, 1000 mAh

Nominale energie:

11,1 V × 1 Ah = 11,1 Wh

Voorbeeld: 3S2P

Gebruik van zes 1000 mAh-cellen in een 3S2P-opstelling:

11,1 V, 2000 mAh

Nominale energie:

11,1 V × 2 Ah = 22,2 Wh

Typische 3S-toepassingen

3S-pakketten kunnen worden gebruikt in:

• Draagbare industriële apparatuur;

• Robotica;

• Handbediende apparaten met een hoger voltage;

• Compacte energiesystemen;

• Bepaalde medische of monitoringproducten;

• RC-apparatuur;

• Sommige droneplatforms.

Een 3S-pakket vereist een oplader en een beveiligingssysteem dat is ontworpen voor het 3S-spanningsbereik. Het mag niet worden opgeladen met een eencellige of 2S-oplader.

ZERNE's De pagina met 11,1 V lithiumbatterijpakketten geeft voorbeelden van 3S LiPo-batterijconfiguraties.

5. Wat is een 4S LiPo-batterijpakket?

Een 4S LiPo-accupakket bevat vier in serie geschakelde celgroepen.

Typische waarden zijn:

• Nominale spanning: ongeveer 14,8 V;

• Spanning bij volledig opladen: ongeveer 16,8 V;

• Capaciteit: bepaald door de capaciteit van elke parallelle groep.

Voorbeeld: 4S1P

Met vier 1000 mAh-cellen in serie:

14,8 V, 1000 mAh

Nominale energie:

14,8 V × 1 Ah = 14,8 Wh

Voorbeeld: 4S2P

Met acht 1000 mAh-cellen in een 4S2P-opstelling:

14,8 V, 2000 mAh

Nominale energie:

14,8 V × 2 Ah = 29,6 Wh

Typische 4S-toepassingen

4S-pakketten kunnen worden overwogen voor:

• Draagbare apparatuur met hogere spanning;

• Robotica;

• Industrieel gereedschap;

• Professionele elektronica;

• Energie-intensieve RC-systemen;

• Sommige droneplatforms;

• Compacte energiesystemen.

ZERNE's De pagina met 14,8 V lithiumbatterijpakketten biedt productvoorbeelden voor 4S LiPo-batterijpakketten.

6. 1S vs. 2S vs. 3S vs. 4S Spanningsvergelijking

Het apparaat moet compatibel zijn met zowel de nominale als de volledige oplaadspanning.

Een apparaat dat is ontworpen voor een nominale batterij van 7,4 V kan bijvoorbeeld een volledig opgeladen spanning van ongeveer 8,4 V moeten tolereren. Het ingangscircuit, de motorcontroller, de lader en de spanningsregelaar moeten allemaal worden geëvalueerd.

Voor een praktische vergelijking van 7,4 V-, 11,1 V- en 14,8 V-pakketten, zie Batterijpakketten van 7,4 V versus 11,1 V versus 14,8 V.

7. Betekent een hogere S-rating een hogere capaciteit?

Nee.

De S-rating geeft het aantal in serie geschakelde celgroepen aan. Het heeft vooral invloed op de spanning.

De capaciteit is afhankelijk van het aantal parallel geschakelde cellen of celgroepen.

Bij gebruik van 1000 mAh-cellen:

Een hogere S-rating kan de totale energie verhogen, omdat energie gelijk is aan de spanning vermenigvuldigd met ampère-uurcapaciteit. Het verhoogt echter niet automatisch de mAh-waarde.

8. Welke invloed heeft de S-rating op de runtime?

De looptijd is afhankelijk van de totale bruikbare energie en het apparaatvermogen, en niet alleen van de S-rating.

De basisenergieformule is:

Energie (Wh) = Spanning (V) × Capaciteit (Ah)

Bijvoorbeeld:

• 2S1P: 7,4 V, 1000 mAh = 7,4 Wh;

• 1S2P: 3,7 V, 2000 mAh = 7,4 Wh.

Deze twee configuraties hebben ongeveer dezelfde nominale energie als ze hetzelfde aantal identieke cellen gebruiken. Ze zijn echter niet uitwisselbaar omdat hun spanningen verschillend zijn.

De looptijd is ook afhankelijk van:

• Apparaatvermogen;

• Omvormerefficiëntie;

• BMS-afsluiting;

• Temperatuur;

• Huidige vraag;

• Veroudering van de batterij;

• Bedrijfsprofiel.

Voor een gedetailleerde berekeningsmethode, zie Hoe u de looptijd van een lithiumbatterij kunt berekenen.

9. 1S, 2S, 3S en 4S LiPo-batterijpakketten opladen

Elke S-rating vereist een lader die is ontworpen voor het overeenkomstige serieaantal.

Een lader met een onjuiste spanning kan resulteren in:

• Onvolledig opladen;

• Overladen;

• Overmatige hitte;

• Batterijschade;

• Beveiligingsuitschakeling;

• Veiligheidsrisico's.

Voor pakketten met meerdere series is mogelijk ook balancering vereist. De lader en het GBS moeten samen met de celconfiguratie worden geselecteerd.

De exacte laadstroom is afhankelijk van de celspecificatie en toepassing. Het mag niet uitsluitend op basis van de S-rating worden geselecteerd.

10. GBS en beschermingsvereisten

De S-rating heeft ook invloed op het beveiligingssysteem.

1S-pakketten

Een 1S-pakket kan het volgende gebruiken:

• PCM;

• Bescherming IC;

• Bescherming tegen overbelasting;

• Bescherming tegen overontlading;

• Overstroombeveiliging;

• Temperatuurdetectie waar nodig.

2S-, 3S- en 4S-pakketten

Voor pakketten met meerdere series is mogelijk het volgende vereist:

• Individuele serie-groep spanningsbewaking;

• Celbalancering;

• Bescherming tegen overbelasting;

• Bescherming tegen overontlading;

• Overstroombeveiliging;

• Kortsluitbeveiliging;

• Temperatuurbewaking;

• Communicatiefuncties waar nodig.

Naarmate het aantal series toeneemt, moet het GBS worden ontworpen voor het overeenkomstige aantal celgroepen.

Het GBS moet ook overeenkomen met:

• Pakstroom;

• Oplader;

• Connector;

• Host-apparaatinterface;

• Mechanische ruimte;

• Vereiste testen.

Gedetailleerd BMS-ontwerp valt buiten het bestek van dit artikel. De bredere ontwerprelatie tussen gebouwbeheersysteem, spanning, capaciteit en looptijd komt aan bod Ontwerp van lithium-ionbatterijpak: spanning, capaciteit, BMS en looptijd.

11. Capaciteit en parallelle groepen

De S-rating bepaalt niet de volledige batterijcapaciteit.

Voor een pakket met parallelle groepen:

Pack-capaciteit = Celcapaciteit × Aantal parallelle cellen

Als u bijvoorbeeld 2500 mAh-cellen gebruikt:

Dit is de reden waarom een ​​OEM-vereiste beide moet specificeren:

• Aantal series;

• Parallelle telling of doelcapaciteit.

Als je alleen '4S-batterij' zegt, wordt het volledige pakket niet gedefinieerd.

12. Hoe u de juiste S-rating kiest voor een OEM-apparaat

Het selectieproces moet beginnen met de spanningsvereisten van het apparaat.

Stap 1: Identificeer de apparaatspanning

Bevestigen:

• Nominale ingangsspanning;

• Minimale ingangsspanning;

• Maximale ingangsspanning;

• Tolerantie bij volledige lading;

• Spanningsbereik motor of controller;

• Ingangsbereik van de converter.

Stap 2: Selecteer het aantal series

Zorg ervoor dat de vereiste nominale spanning overeenkomt met het juiste aantal cellen.

Voor gewone 3,7 V LiPo-cellen:

• Ongeveer 3,7 V-systeem → 1S;

• Ongeveer 7,4 V-systeem → 2S;

• Ongeveer 11,1 V-systeem → 3S;

• Ongeveer 14,8 V-systeem → 4S.

Stap 3: Bevestig de capaciteit

Nadat u het serieaantal hebt geselecteerd, bepaalt u het vereiste parallelle aantal of de individuele celcapaciteit om de beoogde looptijd te bereiken.

Stap 4: Controleer de huidige

Bevestig dat de geselecteerde cellen, het GBS, de bedrading en de connector continue stroom en piekstroom kunnen ondersteunen.

Stap 5: Controleer de oplader en het GBS

De lader en het beveiligingssysteem moeten overeenkomen met de geselecteerde S-rating.

Stap 6: Controleer de mechanische integratie

Bevestig dat het geselecteerde aantal cellen en de lay-out passen in de behuizing van het apparaat.

13. 1S–4S LiPo-pakketten in drone-toepassingen

1S-, 2S-, 3S- en 4S LiPo-pakketten worden ook gebruikt in verschillende drone- en RC-toepassingen. De selectie van drones hangt echter van meer af dan alleen de spanning.

Relevante factoren zijn onder meer:

• Motor- en ESC-compatibiliteit;

• Propellerconfiguratie;

• Huidige vraag;

• Gewicht batterij;

• C-rating;

• Vluchtprofiel;

• Connector;

• Vereiste vliegtijd.

Voor een drone-specifieke vergelijking met 3S-, 4S- en 6S-configuraties, zie 3S versus 4S versus 6S LiPo-batterij: welke droneconfiguratie past?.

Dit artikel richt zich op de algemene betekenis van 1S-4S-configuraties voor het ontwerp van oplaadbare LiPo-batterijpakketten in plaats van op de selectie van drone-prestaties.

14. Veelvoorkomende fouten bij het 1S-4S LiPo-batterijpakket

Fout 1: Nominale spanning behandelen als spanning bij volledige lading

Een pakket van 3,7 V kan ongeveer 4,2 V bereiken als het volledig is opgeladen. Het apparaat moet het volledige spanningsbereik tolereren.

Fout 2: Ervan uitgaande dat 4S altijd beter is dan 2S

Een hogere S-classificatie is alleen geschikt als het apparaat is ontworpen voor de hogere spanning.

Fout 3: gebruik van de verkeerde oplader

De lader moet overeenkomen met het aantal series en de laadspanning.

Fout 4: Capaciteit negeren

De S-rating definieert niet de mAh-capaciteit. Paralleltelling en celcapaciteit moeten ook worden gespecificeerd.

Fout 5: Het weglaten van balanceren

Voor LiPo-packs uit meerdere series is mogelijk celbalancering en passende BMS-bescherming vereist.

Fout 6: Pakketten alleen vergelijken op spanning

Een 2S1P- en een 2S2P-pakket kunnen beide 7,4 V zijn, maar hebben een verschillende capaciteit, looptijd, stroomcapaciteit, afmetingen en gewicht.

Fout 7: Het kopiëren van een drone-batterijconfiguratie naar een ander apparaat

Een configuratie die geschikt is voor een drone is mogelijk niet geschikt voor een medisch apparaat, IoT-product of industriële tool. Het hostapparaat moet het uiteindelijke batterijontwerp bepalen.

15. Selectiechecklist 1S, 2S, 3S en 4S

Controleer het volgende voordat u een LiPo-accupakket goedkeurt:

• Vereiste nominale spanning;

• Minimale ingangsspanning apparaat;

• Maximale ingangsspanning apparaat;

• Compatibiliteit met volledige spanning;

• S-rating;

• Parallelle telling;

• Doelcapaciteit;

• Continue stroom;

• Piekstroom;

• Laderspanning;

• Laadstroom;

• PCM- of BMS-vereisten;

• Vereisten voor celbalancering;

• Connector en kabel;

• Beschikbare installatieruimte;

• Gewichtslimiet;

• Bedrijfstemperatuur;

• Runtimedoel;

• Testvereisten.

Veelgestelde vragen

Wat betekent 1S op een LiPo-batterij?

1S betekent dat het pakket één in serie geschakelde LiPo-celgroep bevat. Een typische 1S LiPo-batterij heeft een nominale spanning van ongeveer 3,7 V en een volledig opgeladen spanning van 4,2 V.

Wat is de spanning van een 2S LiPo-batterij?

Een typische 2S LiPo-batterij heeft een nominale spanning van ongeveer 7,4 V en een volledig opgeladen spanning van 8,4 V.

Wat is de spanning van een 3S LiPo-batterij?

Een typische 3S LiPo-batterij heeft een nominale spanning van ongeveer 11,1 V en een volledig opgeladen spanning van 12,6 V.

Wat is de spanning van een 4S LiPo-batterij?

Een typische 4S LiPo-batterij heeft een nominale spanning van ongeveer 14,8 V en een volledig opgeladen spanning van 16,8 V.

Betekent 4S dat de batterij vier keer de capaciteit heeft van 1S?

Nr. 4S geeft vier celgroepen in serie aan en beschrijft voornamelijk de spanning. De capaciteit is afhankelijk van de celcapaciteit en de parallelle configuratie.

Kan ik een 2S-oplader gebruiken voor een 3S LiPo-batterij?

Nee. Voor een 3S-pakket is een oplader nodig die is ontworpen voor de 3S-laadspanning. Het gebruik van de verkeerde oplader kan onvolledig opladen, schade of veiligheidsrisico's veroorzaken.

Gaat een 2S-accu altijd langer mee dan een 1S-accu?

Niet noodzakelijkerwijs. De looptijd is afhankelijk van de totale energie, het apparaatvermogen, de efficiëntie, de capaciteit en de bedrijfsomstandigheden. Een 1S2P-pakket en een 2S1P-pakket kunnen een vergelijkbare nominale energie hebben bij gebruik van hetzelfde aantal cellen.

Is een hogere S-rating beter voor een OEM-apparaat?

Alleen als het hostapparaat, de oplader, het GBS, de bedrading en het energiebeheersysteem de hogere spanning ondersteunen. De juiste S-classificatie wordt bepaald door de apparaatvereisten.

Conclusie

1S, 2S, 3S en 4S beschrijven het aantal in serie geschakelde LiPo-celgroepen.

Gebruik van gewone 3,7 V nominale LiPo-cellen:

• 1S = 3,7 V nominaal;

• 2S = 7,4 V nominaal;

• 3S = 11,1 V nominaal;

• 4S = 14,8 V nominaal.

De typische spanningen bij volledig opladen zijn:

• 1S = 4,2V;

• 2S = 8,4V;

• 3S = 12,6V;

• 4S = 16,8 V.

De juiste configuratie is afhankelijk van het spanningsbereik van het apparaat, de vereiste capaciteit, de huidige vraag, het laadsysteem, het GBS, de mechanische ruimte en de looptijddoelstelling.

Als u een oplaadbaar LiPo-batterijpakket ontwikkelt, deel dan de toepassing, vereiste spanning, capaciteit, huidige vraag, beschikbare afmetingen, connectorvereisten en verwacht productievolume met het technische team van ZERNE. ZERNE biedt op maat gemaakte lithiumbatterijoplossingen voor OEM- en ODM-projecten en kan helpen bij het bepalen van de juiste 1S-, 2S-, 3S- of 4S-configuratie.