Wyjaśnienie akumulatorów LiPo 1S, 2S, 3S i 4S

Zestawy akumulatorów LiPo są często opisywane za pomocą etykiet takich jak 1S, 2S, 3S i 4S. Etykiety te widnieją na akumulatorach stosowanych w przenośnej elektronice, robotyce, sprzęcie RC, dronach, urządzeniach medycznych i innych produktach do ładowania.

Ocena „S” opisuje liczbę ogniw LiPo połączonych szeregowo:

• 1S oznacza jedną grupę komórek szeregowo;

• 2S oznacza dwie grupy komórek połączone szeregowo;

• 3S oznacza trzy grupy komórek połączone szeregowo;

• 4S oznacza cztery grupy komórek połączone szeregowo.

Wraz ze wzrostem liczby ogniw połączonych szeregowo wzrasta napięcie pakietu. Pojemność w mAh nie zwiększa się automatycznie tylko dlatego, że klasa S jest wyższa.

Używanie zwykłych ogniw LiPo o napięciu nominalnym około 3,7 V:

• 1S = 3,7 V nominalnie;

• 2S = 7,4 V nominalnie;

• 3S = 11,1 V nominalnie;

• 4S = 14,8 V nominalnie.

Odpowiednia konfiguracja zależy od urządzenia głównego, ładowarki, zapotrzebowania na prąd, wymaganej energii, BMS i konstrukcji mechanicznej.

Szybka odpowiedź: co oznaczają 1S, 2S, 3S i 4S?

Wartości te są typowymi odniesieniami dla standardowych akumulatorów LiPo. Dokładne napięcie musi być zgodne ze specyfikacją wybranego ogniwa.

Wyższa ocena S oznacza wyższe napięcie akumulatora. Nie oznacza to automatycznie:

• Większa pojemność;

• Dłuższy czas działania;

• Lepsza wydajność;

• Szybsze ładowanie;

• Większe bezpieczeństwo;

• Większa gęstość energii.

Wartość znamionowa S musi odpowiadać układowi elektrycznemu urządzenia.

1. Co oznacza „S” w akumulatorze LiPo?

Litera S oznacza serię.

Kiedy ogniwa są połączone szeregowo, dodatni zacisk jednego ogniwa łączy się z ujemnym zaciskiem następnego ogniwa. Napięcie każdego ogniwa sumuje się.

Dla standardowego ogniwa LiPo o nominalnym napięciu 3,7 V:

Napięcie pakietu = 3,7 V × Liczba ogniw połączonych szeregowo

Przykłady:

• 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.

Ocena S opisuje jedynie liczbę serii. Paczka może również zawierać równoległe grupy komórek, takie jak:

• 2S1P;

• 2S2P;

• 3S2P;

• 4S2P.

Aby uzyskać więcej informacji na temat wpływu połączeń szeregowych i równoległych na napięcie i pojemność, zobacz Zestawy akumulatorów szeregowych i równoległych.

2. Co to jest akumulator LiPo 1S?

Zestaw akumulatorów LiPo 1S zawiera jedno ogniwo LiPo lub jedną równoległą grupę ogniw.

Typowe wartości elektryczne to:

• Napięcie nominalne: około 3,7 V;

• Napięcie pełnego ładowania: około 4,2 V;

• Minimalne napięcie robocze: zależne od zastosowania;

• Pojemność: określona przez komórkę lub grupę równoległą.

Przykład: 1S1P

Pojedyncze ogniwo LiPo 1000 mAh wytwarza około:

3,7 V, 1000 mAh

Jego energia nominalna wynosi:

3,7 V × 1 Ah = 3,7 Wh

Przykład: 1S2P

Dwa ogniwa 1000 mAh połączone równolegle dają w przybliżeniu:

3,7 V, 2000 mAh

Napięcie pozostaje na poziomie około 3,7 V, a pojemność wzrasta.

Typowe zastosowania 1S

Pakiety 1S mogą być odpowiednie dla:

• Kompaktowe urządzenia do noszenia;

• Małe urządzenia śledzące GPS;

• Akcesoria bezprzewodowe;

• Małe produkty IoT;

• Przenośne czujniki;

• Kompaktowa elektronika użytkowa;

• Systemy wbudowane niskiego napięcia.

Pakiet 1S może wykorzystywać PCM lub prosty obwód ochronny, w zależności od zastosowania. Ładowarka musi być zaprojektowana dla jednoogniwowego pakietu LiPo.

3. Co to jest akumulator LiPo 2S?

Zestaw akumulatorów LiPo 2S zawiera dwie grupy ogniw połączone szeregowo.

Typowe wartości to:

• Napięcie nominalne: około 7,4 V;

• Napięcie pełnego ładowania: około 8,4 V;

• Pojemność: określona przez pojemność każdej grupy równoległej.

Przykład: 2S1P

Użycie szeregowo dwóch ogniw 1000 mAh:

7,4 V, 1000 mAh

Energia nominalna:

7,4 V × 1 Ah = 7,4 Wh

Przykład: 2S2P

Wykorzystanie czterech ogniw 1000 mAh w układzie 2S2P:

7,4 V, 2000 mAh

Energia nominalna:

7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh

Typowe zastosowania 2S

Pakiety 2S LiPo można rozważyć w przypadku:

• Sprzęt przenośny;

• Przemysłowe urządzenia przenośne;

• Urządzenia medyczne;

• Sprzęt do komunikacji dwukierunkowej;

• Małe systemy robotyczne;

• Produkty podgrzewane;

• Elektronika średniego napięcia;

• Niektóre systemy RC i drony.

ZERNE’a Strona akumulatorów litowych 7,4 V zawiera przykłady akumulatorów 2S na poziomie produktu o różnych pojemnościach i wymiarach.

4. Co to jest akumulator LiPo 3S?

Pakiet akumulatorów LiPo 3S zawiera trzy grupy ogniw połączone szeregowo.

Typowe wartości to:

• Napięcie nominalne: około 11,1 V;

• Napięcie pełnego ładowania: około 12,6 V;

• Pojemność: określona przez pojemność każdej grupy równoległej.

Przykład: 3S1P

Zastosowanie trzech ogniw 1000 mAh połączonych szeregowo:

11,1 V, 1000 mAh

Energia nominalna:

11,1 V × 1 Ah = 11,1 Wh

Przykład: 3S2P

Wykorzystanie sześciu ogniw 1000 mAh w układzie 3S2P:

11,1 V, 2000 mAh

Energia nominalna:

11,1 V × 2 Ah = 22,2 Wh

Typowe zastosowania 3S

Pakiety 3S można stosować w:

• Przenośny sprzęt przemysłowy;

• Robotyka;

• Urządzenia przenośne wysokiego napięcia;

• Kompaktowe systemy zasilania;

• Niektóre produkty medyczne lub monitorujące;

• sprzęt RC;

• Niektóre platformy dronowe.

Pakiet 3S wymaga ładowarki i systemu zabezpieczającego zaprojektowanego dla zakresu napięć 3S. Nie należy go ładować za pomocą ładowarki jednoogniwowej lub 2S.

ZERNE’a Strona zestawu akumulatorów litowych 11,1 V zawiera przykłady konfiguracji akumulatorów LiPo 3S.

5. Co to jest akumulator LiPo 4S?

Zestaw akumulatorów LiPo 4S zawiera cztery grupy ogniw połączone szeregowo.

Typowe wartości to:

• Napięcie nominalne: około 14,8 V;

• Napięcie pełnego ładowania: około 16,8 V;

• Pojemność: określona przez pojemność każdej grupy równoległej.

Przykład: 4S1P

Zastosowanie czterech ogniw 1000 mAh połączonych szeregowo:

14,8 V, 1000 mAh

Energia nominalna:

14,8 V × 1 Ah = 14,8 Wh

Przykład: 4S2P

Wykorzystanie ośmiu ogniw 1000 mAh w układzie 4S2P:

14,8 V, 2000 mAh

Energia nominalna:

14,8 V × 2 Ah = 29,6 Wh

Typowe zastosowania 4S

Pakiety 4S można rozważyć w przypadku:

• Sprzęt przenośny wysokiego napięcia;

• Robotyka;

• Narzędzia przemysłowe;

• elektronika profesjonalna;

• Energochłonne systemy RC;

• Niektóre platformy dronów;

• Kompaktowe systemy energetyczne.

ZERNE’a Strona akumulatorów litowych 14,8 V zawiera przykłady produktów dla akumulatorów LiPo 4S.

6. Porównanie napięcia 1S i 2S, 3S i 4S

Urządzenie musi być kompatybilne zarówno z napięciem nominalnym, jak i pełnym ładowaniem.

Na przykład urządzenie zaprojektowane dla akumulatora o napięciu znamionowym 7,4 V może wymagać tolerowania w pełni naładowanego napięcia wynoszącego około 8,4 V. Należy ocenić obwód wejściowy, sterownik silnika, ładowarkę i regulator napięcia.

Praktyczne porównanie pakietów 7,4 V, 11,1 V i 14,8 V można znaleźć w artykule Akumulatory 7,4 V vs. 11,1 V i 14,8 V.

7. Czy wyższa ocena S oznacza większą wydajność?

NIE.

Ocena S wskazuje liczbę grup ogniw połączonych szeregowo. Wpływa przede wszystkim na napięcie.

Pojemność zależy od liczby ogniw lub grup ogniw połączonych równolegle.

Korzystanie z ogniw 1000 mAh:

Wyższa wartość znamionowa S może zwiększyć całkowitą energię, ponieważ energia jest równa napięciu pomnożonemu przez pojemność amperogodzinną. Nie zwiększa to jednak automatycznie wartości znamionowej mAh.

8. Jak ocena S wpływa na czas pracy?

Czas pracy zależy od całkowitej energii użytkowej i mocy urządzenia, a nie od samej wartości znamionowej S.

Podstawowy wzór na energię to:

Energia (Wh) = Napięcie (V) × Pojemność (Ah)

Na przykład:

• 2S1P: 7,4 V, 1000 mAh = 7,4 Wh;

• 1S2P: 3,7 V, 2000 mAh = 7,4 Wh.

Te dwie konfiguracje mają w przybliżeniu tę samą energię nominalną, gdy wykorzystują tę samą liczbę identycznych ogniw. Nie są one jednak wymienne, ponieważ ich napięcia są różne.

Czas działania zależy również od:

• Moc urządzenia;

• Wydajność konwertera;

• odcięcie BMS;

• Temperatura;

• Aktualne zapotrzebowanie;

• Starzenie się baterii;

• Profil operacyjny.

Aby zapoznać się ze szczegółową metodą obliczeń, zobacz Jak obliczyć czas pracy pakietu baterii litowych.

9. Ładowanie akumulatorów LiPo 1S, 2S, 3S i 4S

Każda klasa S wymaga ładowarki zaprojektowanej dla odpowiedniej liczby serii.

Ładowarka o nieprawidłowym napięciu może spowodować:

• Niekompletne ładowanie;

• Przeładowanie;

• Nadmierne ciepło;

• Uszkodzenie baterii;

• Odcięcie ochrony;

• Zagrożenia bezpieczeństwa.

Pakiety wieloseryjne mogą również wymagać równoważenia. Ładowarkę i BMS należy dobrać wraz z konfiguracją ogniwa.

Dokładny prąd ładowania zależy od specyfikacji ogniwa i jego zastosowania. Nie należy go wybierać wyłącznie na podstawie oceny S.

10. BMS i wymagania dotyczące ochrony

Ocena S wpływa również na system ochrony.

Pakiety 1S

Pakiet 1S może wykorzystywać:

• PCM;

• Układ scalony ochrony;

• Ochrona przed przeładowaniem;

• Ochrona przed nadmiernym rozładowaniem;

• Zabezpieczenie nadprądowe;

• Pomiar temperatury tam, gdzie jest to wymagane.

Pakiety 2S, 3S i 4S

Pakiety składające się z wielu serii mogą wymagać:

• Indywidualne monitorowanie napięcia szeregowo-grupowego;

• Równoważenie komórek;

• Ochrona przed przeładowaniem;

• Ochrona przed nadmiernym rozładowaniem;

• Zabezpieczenie nadprądowe;

• Zabezpieczenie przed zwarciem;

• Monitorowanie temperatury;

• Funkcje komunikacyjne tam, gdzie jest to wymagane.

W miarę wzrostu liczby serii BMS musi być zaprojektowany dla odpowiedniej liczby grup ogniw.

BMS powinien także pasować do:

• Prąd pakietu;

• Rumak;

• Złącze;

• Interfejs host-urządzenie;

• Przestrzeń mechaniczna;

• Wymagane badania.

Szczegółowy projekt BMS wykracza poza zakres tego artykułu. Omówiono szersze zależności projektowe pomiędzy BMS, napięciem, pojemnością i czasem pracy Konstrukcja akumulatora litowo-jonowego: napięcie, pojemność, BMS i czas pracy.

11. Grupy pojemnościowe i równoległe

Ocena S nie określa całkowitej pojemności akumulatora.

Dla paczki z grupami równoległymi:

Pojemność opakowania = Pojemność ogniwa × Liczba ogniw połączonych równolegle

Przykładowo przy zastosowaniu ogniw 2500 mAh:

Dlatego też wymaganie OEM powinno określać zarówno:

• Liczba serii;

• Liczba równoległa lub docelowa pojemność.

Powiedzenie „bateria 4S” nie definiuje pełnego pakietu.

12. Jak wybrać odpowiednią klasę S dla urządzenia OEM

Proces doboru należy rozpocząć od wymagań napięciowych urządzenia.

Krok 1: Zidentyfikuj napięcie urządzenia

Potwierdzać:

• Nominalne napięcie wejściowe;

• Minimalne napięcie wejściowe;

• Maksymalne napięcie wejściowe;

• Tolerancja pełnego naładowania;

• Zakres napięcia silnika lub sterownika;

• Zakres wejściowy konwertera.

Krok 2: Wybierz liczbę serii

Dopasuj wymagane napięcie nominalne do odpowiedniej liczby ogniw.

Dla typowych ogniw LiPo 3,7 V:

• Około 3,7 V systemu → 1S;

• System około 7,4 V → 2S;

• System około 11,1 V → 3S;

• Układ około 14,8 V → 4S.

Krok 3: Potwierdź pojemność

Po wybraniu liczby serii należy określić wymaganą liczbę równoległych lub pojemność poszczególnych ogniw, aby osiągnąć docelowy czas działania.

Krok 4: Sprawdź prąd

Potwierdź, że wybrane ogniwa, BMS, okablowanie i złącze mogą obsługiwać prąd ciągły i szczytowy.

Krok 5: Sprawdź ładowarkę i BMS

Ładowarka i system zabezpieczający muszą odpowiadać wybranej klasie S.

Krok 6: Sprawdź integrację mechaniczną

Upewnij się, że wybrana liczba komórek i układ pasują do obudowy urządzenia.

13. Pakiety LiPo 1S–4S w zastosowaniach dronów

Pakiety LiPo 1S, 2S, 3S i 4S są również używane w różnych zastosowaniach dronów i RC. Jednak wybór drona zależy nie tylko od napięcia.

Istotne czynniki obejmują:

• Kompatybilność z silnikiem i ESC;

• Konfiguracja śmigła;

• Aktualne zapotrzebowanie;

• Masa baterii;

• ocena C;

• Profil lotu;

• Złącze;

• Wymagany czas lotu.

Porównanie specyficzne dla dronów, obejmujące konfiguracje 3S, 4S i 6S, patrz Bateria LiPo 3S vs. 4S vs. 6S: która konfiguracja drona pasuje?.

W tym artykule skupiono się na ogólnym znaczeniu konfiguracji 1S–4S w projektowaniu akumulatorów LiPo, a nie na wyborze wydajności drona.

14. Typowe błędy akumulatorów LiPo 1S–4S

Błąd 1: Traktowanie napięcia nominalnego jako napięcia pełnego ładowania

Pakiet 3,7 V może osiągnąć około 4,2 V po pełnym naładowaniu. Urządzenie musi tolerować cały zakres napięcia.

Błąd 2: Zakładanie, że 4S jest zawsze lepsze niż 2S

Wyższa wartość znamionowa S jest odpowiednia tylko wtedy, gdy urządzenie jest zaprojektowane na wyższe napięcie.

Błąd 3: Używanie niewłaściwej ładowarki

Ładowarka musi odpowiadać liczbie serii i napięciu ładowania.

Błąd 4: Ignorowanie pojemności

Ocena S nie określa pojemności mAh. Należy również określić liczbę połączeń równoległych i pojemność ogniw.

Błąd 5: Pomijanie równoważenia

Pakiety LiPo z wieloma seriami mogą wymagać równoważenia ogniw i odpowiedniej ochrony BMS.

Błąd 6: Porównywanie pakietów tylko według napięcia

Pakiet 2S1P i 2S2P może mieć napięcie 7,4 V, ale mieć różną pojemność, czas pracy, wydajność prądową, wymiary i wagę.

Błąd 7: Kopiowanie konfiguracji baterii drona do innego urządzenia

Konfiguracja odpowiednia dla drona może nie być odpowiednia dla urządzenia medycznego, produktu IoT lub narzędzia przemysłowego. Urządzenie hosta musi określić ostateczny projekt baterii.

15. Lista kontrolna wyboru 1S, 2S, 3S i 4S

Przed zatwierdzeniem pakietu akumulatorów LiPo sprawdź:

• Wymagane napięcie nominalne;

• Minimalne napięcie wejściowe urządzenia;

• Maksymalne napięcie wejściowe urządzenia;

• Kompatybilność z napięciem pełnego ładowania;

• ocena S;

• Liczba równoległa;

• Docelowa pojemność;

• Prąd ciągły;

• Prąd szczytowy;

• Napięcie ładowarki;

• Prąd ładowania;

• Wymagania PCM lub BMS;

• Wymagania dotyczące równoważenia ogniw;

• Złącze i kabel;

• Dostępna przestrzeń instalacyjna;

• Limit wagi;

• Temperatura robocza;

• Docelowy czas wykonania;

• Wymagania testowe.

Często zadawane pytania

Co oznacza 1S w akumulatorze LiPo?

1S oznacza, że ​​pakiet zawiera jedną grupę ogniw LiPo połączoną szeregowo. Typowy akumulator LiPo 1S ma napięcie nominalne około 3,7 V i napięcie pełnego naładowania 4,2 V.

Jakie jest napięcie akumulatora LiPo 2S?

Typowy akumulator LiPo 2S ma napięcie nominalne około 7,4 V i napięcie pełnego naładowania 8,4 V.

Jakie jest napięcie akumulatora LiPo 3S?

Typowy akumulator LiPo 3S ma napięcie nominalne około 11,1 V i napięcie pełnego naładowania 12,6 V.

Jakie jest napięcie akumulatora LiPo 4S?

Typowy akumulator LiPo 4S ma napięcie nominalne około 14,8 V i napięcie pełnego naładowania 16,8 V.

Czy 4S oznacza, że ​​bateria ma czterokrotnie większą pojemność niż 1S?

Nr 4S oznacza cztery grupy ogniw połączone szeregowo i przede wszystkim opisuje napięcie. Pojemność zależy od pojemności ogniwa i konfiguracji równoległej.

Czy mogę używać ładowarki 2S do akumulatora LiPo 3S?

Nie. Pakiet 3S wymaga ładowarki przeznaczonej do napięcia ładowania 3S. Używanie niewłaściwej ładowarki może spowodować niepełne ładowanie, uszkodzenie lub zagrożenie bezpieczeństwa.

Czy bateria 2S zawsze wytrzymuje dłużej niż bateria 1S?

Nie koniecznie. Czas pracy zależy od całkowitej energii, mocy urządzenia, wydajności, pojemności i warunków pracy. Pakiet 1S2P i pakiet 2S1P mogą mieć podobną energię nominalną przy zastosowaniu tej samej liczby ogniw.

Czy wyższa ocena S jest lepsza dla urządzenia OEM?

Tylko jeśli urządzenie główne, ładowarka, BMS, okablowanie i system zarządzania energią obsługują wyższe napięcie. Prawidłowy współczynnik S zależy od wymagań urządzenia.

Wniosek

1S, 2S, 3S i 4S opisują liczbę grup ogniw LiPo połączonych szeregowo.

Używanie zwykłych ogniw LiPo o nominalnym napięciu 3,7 V:

• 1S = 3,7 V nominalnie;

• 2S = 7,4 V nominalnie;

• 3S = 11,1 V nominalnie;

• 4S = 14,8 V nominalnie.

Typowe napięcia pełnego ładowania to:

• 1S = 4,2 V;

• 2S = 8,4 V;

• 3S = 12,6 V;

• 4S = 16,8 V.

Prawidłowa konfiguracja zależy od zakresu napięcia urządzenia, wymaganej pojemności, zapotrzebowania na prąd, systemu ładowania, BMS, przestrzeni mechanicznej i docelowego czasu pracy.

Jeśli opracowujesz pakiet akumulatorów LiPo, udostępnij zespołowi technicznemu ZERNE aplikację, wymagane napięcie, pojemność, zapotrzebowanie na prąd, dostępne wymiary, wymagania dotyczące złączy i oczekiwaną wielkość produkcji. ZERNE zapewnia niestandardowe rozwiązania akumulatorów litowych dla projektów OEM i ODM i może pomóc w określeniu odpowiedniej konfiguracji 1S, 2S, 3S lub 4S.