Akumulatory 7,4 V vs. 11,1 V i 14,8 V

Zestawy akumulatorów 7,4 V, 11,1 V i 14,8 V to popularne platformy napięciowe dla systemów akumulatorów litowo-jonowych i litowo-polimerowych.

Często wykorzystuje się je w:

• Przenośny sprzęt elektroniczny

• Przemysłowe urządzenia przenośne

• Sprzęt medyczny

• Robotyka

• Sprzęt RC

• Systemy dronowe

• Elektronarzędzia

• Monitorowanie produktów

• Kompaktowe systemy energetyczne

Te wartości napięcia zwykle odpowiadają różnej liczbie ogniw połączonych szeregowo:

• 7,4 V = 2 S

• 11,1 V = 3 S

• 14,8 V = 4 S

Wykorzystując standardowe ogniwa litowe o napięciu nominalnym około 3,7 V, trzy konfiguracje zapewniają różne zakresy napięcia roboczego, poziomy energii i wymagania dotyczące ładowania.

Jednak wyboru akumulatora nie należy rozpoczynać od pytania „Które napięcie jest mocniejsze?” Prawidłowy wybór zależy od urządzenia głównego i całego systemu zasilania.

Szybka odpowiedź: jaka jest różnica?

Główne różnice to:

• Wyższe napięcie przy większej liczbie ogniw połączonych szeregowo;

• Różne wymagania dotyczące ładowarek;

• Różne wymagania BMS;

• Różne zapotrzebowanie prądu dla tej samej mocy;

• Inna energia przy tej samej pojemności;

• Różna kompatybilność z urządzeniem hosta.

Akumulator 14,8 V nie jest automatycznie lepszy od akumulatora 7,4 V. Jest to właściwe tylko wtedy, gdy urządzenie i system zasilania są zaprojektowane dla tego zakresu napięcia.

1. Dlaczego 7,4 V, 11,1 V i 14,8 V odpowiadają 2S, 3S i 4S

Wartość „S” reprezentuje liczbę komórek lub grup komórek połączonych szeregowo.

Dla standardowych ogniw nominalnych 3,7 V:

Napięcie pakietu = napięcie znamionowe ogniwa × liczba serii

Dlatego:

• 3,7 V × 2 = 7,4 V;

• 3,7 V × 3 = 11,1 V;

• 3,7 V × 4 = 14,8 V.

Odpowiednie napięcie pełnego ładowania zwykle opiera się na około 4,2 V na ogniwo:

• 4,2 V × 2 = 8,4 V;

• 4,2 V × 3 = 12,6 V;

• 4,2 V × 4 = 16,8 V.

Są to typowe wartości referencyjne dla standardowych akumulatorów LiPo i litowo-jonowych. Rzeczywista specyfikacja akumulatora powinna zawsze być zgodna z wybranym modelem ogniwa i kartą katalogową producenta.

Pełne wyjaśnienie konfiguracji 1S, 2S, 3S i 4S można znaleźć w artykule Wyjaśnienie akumulatorów LiPo 1S, 2S, 3S i 4S.

2. Zestawy akumulatorów 7,4 V

Zestaw akumulatorów 7,4 V ma zazwyczaj konfigurację 2S.

Podstawowe właściwości elektryczne

Standardowy pakiet 7,4 V ma zazwyczaj:

• Napięcie nominalne: 7,4 V;

• Napięcie pełnego ładowania: 8,4 V;

• Dwie grupy komórek szeregowo;

• Pojemność określona przez indywidualne ogniwo lub konfigurację równoległą.

Przykład: pakiet 7,4 V, 2000 mAh

Pakiet 2S1P wykorzystujący dwa ogniwa 1000mAh zapewnia w przybliżeniu:

• Napięcie nominalne: 7,4 V;

• Pojemność: 1000 mAh;

• Energia nominalna: 7,4 Wh.

Pakiet 2S2P wykorzystujący cztery ogniwa 1000mAh zapewnia w przybliżeniu:

• Napięcie nominalne: 7,4 V;

• Pojemność: 2000 mAh;

• Energia nominalna: 14,8 Wh.

Napięcie pozostaje na platformie 7,4 V, podczas gdy zliczanie równoległe zmienia pojemność i wydajność prądową.

Kiedy odpowiedni jest pakiet 7,4 V?

Pakiet 7,4 V może być odpowiedni, gdy:

• Urządzenie przystosowane jest do zakresu napięć 2S;

• Produkt wykorzystuje system zasilania średniego napięcia;

• Kompaktowy układ szeregowy dwóch ogniw pasuje do urządzenia;

• Wymaganą moc można dostarczyć przy dostępnym prądzie;

• Ładowarka i BMS obsługują tryb 2S.

ZERNE’a Strona akumulatorów litowych 7,4 V zawiera przykłady akumulatorów o różnych pojemnościach i wymiarach fizycznych.

3. Zestawy akumulatorów 11,1 V

Zestaw akumulatorów 11,1 V to zazwyczaj konfiguracja 3S.

Podstawowe właściwości elektryczne

Standardowy pakiet 11,1 V ma zazwyczaj:

• Napięcie nominalne: 11,1 V;

• Napięcie pełnego ładowania: 12,6 V;

• Trzy grupy komórkowe szeregowo;

• Pojemność określona przez indywidualne ogniwo lub konfigurację równoległą.

Przykład: pakiet 11,1 V, 2000 mAh

Pakiet 3S1P wykorzystujący trzy ogniwa 2000mAh zapewnia w przybliżeniu:

• Napięcie nominalne: 11,1 V;

• Pojemność: 2000 mAh;

• Energia nominalna: 22,2 Wh.

Pakiet 3S2P wykorzystujący sześć ogniw 2000 mAh zapewnia w przybliżeniu:

• Napięcie nominalne: 11,1 V;

• Pojemność: 4000 mAh;

• Energia nominalna: 44,4 Wh.

Kiedy odpowiedni jest pakiet 11,1 V?

Pakiet 11,1 V można rozważyć, gdy:

• Urządzenie wykorzystuje platformę napięciową 3S;

• System zasilania wymaga napięcia wyższego niż 7,4 V;

• Urządzenie korzysta z niższego prądu przy tej samej mocy;

• Dostępna przestrzeń może pomieścić trzy serie grup komórkowych;

• Ładowarka i BMS obsługują tryb 3S.

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

4. Zestawy akumulatorów 14,8 V

Zestaw akumulatorów 14,8 V to zazwyczaj konfiguracja 4S.

Podstawowe właściwości elektryczne

Standardowy pakiet 14,8 V ma zazwyczaj:

• Napięcie nominalne: 14,8 V;

• Napięcie pełnego ładowania: 16,8 V;

• Cztery grupy komórkowe szeregowo;

• Pojemność określona przez indywidualne ogniwo lub konfigurację równoległą.

Przykład: pakiet 14,8 V, 2000 mAh

Pakiet 4S1P wykorzystujący cztery ogniwa 2000mAh zapewnia w przybliżeniu:

• Napięcie nominalne: 14,8 V;

• Pojemność: 2000 mAh;

• Energia nominalna: 29,6 Wh.

Pakiet 4S2P wykorzystujący osiem ogniw 2000 mAh zapewnia w przybliżeniu:

• Napięcie nominalne: 14,8 V;

• Pojemność: 4000 mAh;

• Energia nominalna: 59,2 Wh.

Kiedy odpowiedni jest pakiet 14,8 V?

Pakiet 14,8 V można rozważyć, gdy:

• Urządzenie jest przystosowane do wejścia 4S;

• System zasilania wymaga wyższego napięcia;

• Urządzenie potrzebuje niższego prądu dla określonego poziomu mocy;

• Rozmiar i waga opakowania są dopuszczalne;

• Ładowarka i BMS obsługują zakres napięć 4S.

ZERNE’a Strona akumulatorów litowo-polimerowych 14,8 V zawiera przykłady produktów dla akumulatorów litowo-polimerowych 4S.

5. Porównanie napięcia przy tej samej pojemności

Aby rzetelnie porównać trzy platformy napięciowe, załóżmy, że każdy pakiet ma tę samą pojemność 2000 mAh, czyli 2 Ah.

Pakiety o wyższym napięciu zawierają więcej energii nominalnej, gdy pojemność amperogodzinna jest taka sama.

Nie oznacza to jednak, że pakiet wyższego napięcia można podłączyć bezpośrednio do dowolnego urządzenia. Zakres wejściowy urządzenia, konwerter, ładowarka, BMS i sterownik silnika muszą obsługiwać wybrane napięcie.

6. Jak napięcie wpływa na prąd

Dla danego poziomu mocy:

Prąd = Moc ÷ Napięcie

Załóżmy, że urządzenie wymaga mocy 20 W.

Wyższe napięcie może zmniejszyć prąd wymagany dla tej samej mocy. Może to mieć wpływ na:

• Rozmiar drutu;

• Ocena złącza;

• Aktualna ocena BMS;

• Straty elektryczne;

• Wytwarzanie ciepła;

• Projekt konwertera.

Jednakże korzyść z niższego prądu ma znaczenie tylko wtedy, gdy elektronika urządzenia jest zaprojektowana na wyższe napięcie.

Akumulator 14,8 V podłączony do urządzenia zaprojektowanego na napięcie 7,4 V może uszkodzić obwód wejściowy, mimo że akumulator ma podobną pojemność.

7. Napięcie, pojemność i czas pracy

Samo napięcie nie determinuje czasu pracy.

Czas działania zależy od:

• Napięcie nominalne;

• Pojemność w Ah;

• Moc urządzenia;

• Energia użytkowa;

• Wydajność konwertera;

• odcięcie BMS;

• Temperatura;

• Profil operacyjny.

Podstawowy wzór na energię to:

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

Szacunkowy czas działania to:

Czas pracy = Energia użytkowa (Wh) ÷ Średnia moc urządzenia (W)

Na przykład, jeśli urządzenie zużywa 10 W:

• Pakiet 7,4 V, 2 Ah = 14,8 Wh energii nominalnej;

• pakiet 11,1 V, 2 Ah = 22,2 Wh energii nominalnej;

• Pakiet 14,8 V, 2 Ah = 29,6 Wh energii nominalnej.

W tym przykładzie pakiet 14,8 V ma większą energię nominalną, ale ostateczny czas pracy zależy od pojemności użytkowej i wydajności systemu.

Aby zapoznać się ze szczegółowymi obliczeniami czasu działania, zobacz Jak obliczyć czas pracy pakietu baterii litowych.

8. Wymagania dotyczące ładowarki

Ładowarka musi odpowiadać napięciu akumulatora.

Używanie niewłaściwej ładowarki może spowodować:

• Niedoładowanie;

• Przeładowanie;

• Nadmierne ciepło;

• Odcięcie ochrony;

• Brak równowagi komórkowej;

• Uszkodzenie baterii;

• Ryzyko bezpieczeństwa.

Prąd ładowania musi być także zgodny z:

• Specyfikacja ogniwa;

• Pojemność opakowania;

• BMS;

• Warunki termiczne;

• Wymagany czas ładowania.

Ładowarkę należy oceniać łącznie z akumulatorem i BMS-em, a nie dobierać osobno.

9. Wymagania BMS dla pakietów 7,4 V, 11,1 V i 14,8 V

Liczba serii wpływa na projekt BMS.

Pakiet 7,4 V

Pakiet 7,4 V zwykle wymaga struktury zabezpieczającej i równoważącej 2S, jeśli zawiera dwie szeregowe grupy ogniw.

Pakiet 11,1 V

Pakiet 11,1 V zwykle wymaga 3S BMS lub konstrukcji zabezpieczającej, która monitoruje trzy grupy szeregowe.

Pakiet 14,8 V

Pakiet 14,8 V zwykle wymaga 4S BMS lub konstrukcji zabezpieczającej, która monitoruje cztery grupy szeregowe.

BMS może wymagać zapewnienia:

• Monitorowanie napięcia ogniwa;

• Równoważenie komórek;

• Ochrona przed przeładowaniem;

• Ochrona przed nadmiernym rozładowaniem;

• Zabezpieczenie nadprądowe;

• Zabezpieczenie przed zwarciem;

• Monitorowanie temperatury;

• Funkcje komunikacyjne tam, gdzie jest to wymagane.

BMS musi być zgodny z rzeczywistą konfiguracją pakietu. Systemu 2S BMS nie należy stosować w przypadku pakietu 3S lub 4S.

10. Względy mechaniczne i wagowe

Przejście z 7,4 V na 11,1 V lub 14,8 V generalnie zwiększa liczbę szeregowych grup ogniw. Może to mieć wpływ na:

• Długość opakowania;

• Szerokość opakowania;

• Grubość opakowania;

• Układ komórek;

• Prowadzenie kabli;

• stanowisko BMS;

• Waga;

• Wymagania mieszkaniowe;

• Rozpraszanie ciepła.

Platformę napięciową należy zatem dobierać wraz z dostępną przestrzenią instalacyjną.

Pakiet 14,8 V może zapewnić więcej energii przy tej samej wartości Ah, ale może również wymagać większej liczby ogniw, większej obudowy lub innego układu pakietu.

Aby zapoznać się z szerszymi kryteriami projektowymi akumulatorów, zobacz Konstrukcja akumulatora litowo-jonowego: napięcie, pojemność, BMS i czas pracy.

11. Praktyczne przykłady wyboru OEM

Przykład 1: Urządzenie zaprojektowane na napięcie 7,4 V

Załóżmy, że produkt OEM wymaga:

• Nominalne napięcie wejściowe: około 7,4 V;

• Pojemność docelowa: 3000 mAh;

• Umiarkowany prąd;

• Kompaktowa komora baterii.

Odpowiednią konfiguracją wstępną może być:

2S2P przy użyciu dwóch równoległych grup ogniw 1500 mAh

Urządzenie należy sprawdzić pod kątem:

• Wejście pełnego naładowania 8,4 V;

• 2S BMS;

• ładowanie 2S;

• Obecne możliwości;

• Wymiary opakowania;

• Wymagany czas działania.

Przykład 2: Urządzenie zaprojektowane na napięcie 11,1 V

Załóżmy, że urządzenie przemysłowe wymaga:

• Nominalne napięcie wejściowe: około 11,1 V;

• Pojemność docelowa: 4000 mAh;

• Stabilna moc dla ciągłego cyklu pracy.

Wstępna konfiguracja może wyglądać następująco:

3S2P przy użyciu dwóch równoległych grup ogniw 2000 mAh

Należy sprawdzić układ akumulatorów pod kątem:

• Napięcie pełnego ładowania 12,6 V;

• 3S BMS;

• Odpowiednia ładowarka;

• Równoważenie komórek;

• Prąd szczytowy;

• Ochrona cieplna i mechaniczna.

Przykład 3: Urządzenie zaprojektowane na napięcie 14,8 V

Załóżmy, że urządzenie o większej mocy wymaga:

• Nominalne napięcie wejściowe: około 14,8 V;

• Pojemność docelowa: 4000 mAh;

• Niższy prąd przy tej samej mocy;

• Większa dostępna komora baterii.

Wstępna konfiguracja może wyglądać następująco:

4S2P przy użyciu dwóch równoległych grup ogniw 2000 mAh

Zespół projektowy powinien potwierdzić:

• Kompatybilność przy pełnym naładowaniu 16,8 V;

• 4S BMS;

• Napięcie ładowarki;

• Izolacja obwodu wejściowego;

• Parametry złącza i kabla;

• Waga opakowania i instalacja.

12. Które napięcie jest najlepsze dla urządzenia OEM?

Nie ma uniwersalnego najlepszego napięcia.

Wybierz 7,4 V, gdy:

• Urządzenie jest przystosowane do wejścia 2S;

• Wymagana jest platforma akumulatorów średniego napięcia;

• Odpowiednia jest zwarta konstrukcja z dwoma ogniwami szeregowymi;

• Zapotrzebowanie na moc może być obsługiwane w ramach bieżącego limitu.

Wybierz 11,1 V, gdy:

• Urządzenie jest przystosowane do wejścia 3S;

• Potrzebne jest większe napięcie niż zapewnia platforma 7,4 V;

• Niższy prąd jest korzystny;

• Elektronika urządzenia oraz ładowarka obsługują tryb 3S.

Wybierz 14,8 V, gdy:

• Urządzenie jest przystosowane do wejścia 4S;

• System elektroenergetyczny wymaga wyższego napięcia;

• Niższy prąd jest przydatny w aplikacji;

• Produkt może pomieścić większy układ elektryczny i mechaniczny.

Prawidłowy wybór należy zawsze rozpocząć od specyfikacji urządzenia, a nie od listy dostępnych napięć producenta akumulatora.

13. Najczęstsze błędy w doborze napięcia

Błąd 1: Wybór najwyższego napięcia

Wyższe napięcie nie jest automatycznie lepsze. Może przekroczyć maksymalną wartość wejściową urządzenia.

Błąd 2: Ignorowanie napięcia pełnego naładowania

Pakiet 7,4 V może osiągnąć około 8,4 V. Pakiet 14,8 V może osiągnąć około 16,8 V.

Błąd 3: Porównywanie tylko napięcia nominalnego

Urządzenie musi być kompatybilne z pełnym zakresem napięcia roboczego.

Błąd 4: Używanie niewłaściwej ładowarki

Ładowarka musi pasować do konfiguracji 2S, 3S lub 4S.

Błąd 5: Ignorowanie wymagań BMS

BMS musi odpowiadać liczbie serii i aktualnemu zapotrzebowaniu.

Błąd 6: Zakładając, że ten sam mAh oznacza ten sam czas pracy

Pakiet o wyższym napięciu i tej samej wartości Ah ma większą energię nominalną, ale moc urządzenia i wydajność konwertera nadal determinują czas pracy.

Błąd 7: Kopiowanie konfiguracji z innego urządzenia

Pakiet 7,4 V, 11,1 V lub 14,8 V należy wybrać w oparciu o konkretne urządzenie główne, a nie tylko podobny produkt.

14. Lista kontrolna porównania napięcia

Przed wyborem pakietu akumulatorów sprawdź:

• Napięcie znamionowe urządzenia;

• Minimalne napięcie urządzenia;

• Maksymalne napięcie urządzenia;

• Tolerancja napięcia pełnego ładowania;

• Wymagana pojemność baterii;

• Prąd ciągły;

• Prąd szczytowy;

• Docelowy czas działania;

• Napięcie ładowarki;

• Prąd ładowania;

• Liczba serii BMS;

• Wymagania dotyczące równoważenia ogniw;

• Ocena złącza;

• Rozmiar kabla;

• Wymiary opakowania;

• Limit wagi;

• Temperatura robocza;

• Wymagania testowe;

• Oczekiwana wielkość produkcji.

Często zadawane pytania

Jaka jest różnica między akumulatorem 7,4 V a akumulatorem 11,1 V?

Pakiet 7,4 V to zazwyczaj konfiguracja 2S, natomiast pakiet 11,1 V to zazwyczaj konfiguracja 3S. Pakiet 11,1 V ma wyższe napięcie nominalne i pełne ładowanie.

Jaka jest różnica między akumulatorem 11,1 V a akumulatorem 14,8 V?

Pakiet 11,1 V to zazwyczaj 3S, podczas gdy pakiet 14,8 V to zazwyczaj 4S. Pakiet 14,8 V wymaga ładowarki o wyższym napięciu i BMS zaprojektowanego dla czterech grup ogniw serii.

Czy akumulator 14,8 V jest mocniejszy niż akumulator 7,4 V?

Nie koniecznie. Pakiet 14,8 V może dostarczyć większą moc, jeśli urządzenie jest do tego zaprojektowane, ale całkowity wynik zależy od pojemności, możliwości prądowej, specyfikacji ogniwa i projektu systemu.

Czy mogę używać baterii 14,8 V w urządzeniu 7,4 V?

Zwykle nie, chyba że urządzenie zawiera odpowiedni konwerter napięcia i jest specjalnie zaprojektowane do akceptowania wyższego napięcia wejściowego. Producent urządzenia lub inżynier baterii powinien potwierdzić kompatybilność.

Jakiej ładowarki potrzebuje akumulator 7,4 V?

Standardowy akumulator LiPo 7,4 V zazwyczaj wymaga ładowarki 2S o napięciu pełnego ładowania wynoszącym około 8,4 V.

Które ma dłuższy czas pracy: 7,4 V, 11,1 V czy 14,8 V?

Czasu pracy nie można określić na podstawie samego napięcia. Zależy to od watogodzin, pojemności użytkowej, mocy urządzenia, wydajności konwersji, odcięcia BMS i warunków pracy.

Czy akumulatory 7,4 V, 11,1 V i 14,8 V nadają się do produktów OEM?

Tak, można ich używać w przypadku produktów OEM, jeśli napięcie, prąd, pojemność, ładowarka, BMS, wymiary i wymagania testowe odpowiadają urządzeniu hostowi.

Wniosek

Zestawy akumulatorów 7,4 V, 11,1 V i 14,8 V są zazwyczaj oparte na:

• 7,4 V = 2 S;

• 11,1 V = 3 S;

• 14,8 V = 4 S.

Ich typowe napięcia pełnego ładowania to:

• Pakiet 7,4 V = 8,4 V;

• Pakiet 11,1 V = 12,6 V;

• Pakiet 14,8 V = 16,8 V.

Właściwy zestaw akumulatorów zależy od zakresu napięcia urządzenia OEM, zapotrzebowania na moc, pojemności, czasu pracy, ładowarki, BMS, złącza, wymiarów i środowiska operacyjnego.

Akumulator 14,8 V nie jest automatycznie lepszy od akumulatora 7,4 V lub 11,1 V. Właściwe napięcie to takie, które pasuje do całego systemu zasilania produktu.

Jeśli wybierasz akumulator 7,4 V, 11,1 V lub 14,8 V dla urządzenia OEM, udostępnij zespołowi technicznemu ZERNE aplikację, wymagane napięcie, pojemność, zapotrzebowanie na prąd, wymiary, złącze i oczekiwaną ilość. ZERNE zapewnia niestandardowe rozwiązania w zakresie akumulatorów litowych i może pomóc w ocenie odpowiedniej platformy napięciowej dla Twojego produktu.