Explicação das baterias LiPo 1S, 2S, 3S e 4S

As baterias LiPo são frequentemente descritas usando rótulos como 1S, 2S, 3S e 4S. Essas etiquetas aparecem em baterias usadas em eletrônicos portáteis, robótica, equipamentos RC, drones, dispositivos médicos e outros produtos recarregáveis.

A classificação “S” descreve o número de células LiPo conectadas em série:

• 1S significa um grupo de células em série;

• 2S significa dois grupos de células em série;

• 3S significa três grupos de células em série;

• 4S significa quatro grupos de células em série.

À medida que o número de células em série aumenta, a tensão do pacote aumenta. A capacidade em mAh não aumenta automaticamente simplesmente porque a classificação S é maior.

Usando células LiPo comuns com tensão nominal de aproximadamente 3,7 V:

• 1S = 3,7 V nominal;

• 2S = 7,4 V nominais;

• 3S = 11,1 V nominais;

• 4S = 14,8 V nominais.

A configuração apropriada depende do dispositivo host, do carregador, da demanda atual, da energia necessária, do BMS e do projeto mecânico.

Resposta rápida: O que significam 1S, 2S, 3S e 4S?

Esses valores são referências comuns para células LiPo recarregáveis ​​padrão. A tensão exata deve seguir a especificação da célula selecionada.

Uma classificação S mais alta significa uma tensão de bateria mais alta. Isso não significa automaticamente:

• Maior capacidade;

• Maior tempo de execução;

• Melhor desempenho;

• Carregamento mais rápido;

• Maior segurança;

• Maior densidade de energia.

A classificação S deve corresponder ao sistema elétrico do dispositivo.

1. O que significa “S” em uma bateria LiPo?

A letra S significa série.

Quando as células são conectadas em série, o terminal positivo de uma célula é conectado ao terminal negativo da próxima célula. A voltagem de cada célula é somada.

Para uma célula LiPo nominal padrão de 3,7 V:

Tensão do pacote = 3,7 V × Número de células em série

Exemplos:

• 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.

A classificação S descreve apenas a contagem da série. Um pacote também pode incluir grupos de células paralelas, tais como:

• 2S1P;

• 2S2P;

• 3S2P;

• 4S2P.

Para obter mais informações sobre como as conexões em série e paralela afetam a tensão e a capacidade, consulte Baterias em série vs. baterias paralelas.

2. O que é uma bateria LiPo 1S?

Uma bateria LiPo 1S contém uma célula LiPo ou um grupo paralelo de células.

Os valores elétricos típicos são:

• Tensão nominal: aproximadamente 3,7 V;

• Tensão de carga total: aproximadamente 4,2 V;

• Tensão mínima de operação: dependente da aplicação;

• Capacidade: determinada pela célula ou grupo paralelo.

Exemplo: 1S1P

Uma única célula LiPo de 1000 mAh produz aproximadamente:

3,7V, 1000mAh

Sua energia nominal é:

3,7 V × 1 Ah = 3,7 Wh

Exemplo: 1S2P

Duas células de 1000 mAh conectadas em paralelo produzem aproximadamente:

3,7V, 2.000mAh

A tensão permanece em aproximadamente 3,7 V, enquanto a capacidade aumenta.

Aplicações 1S típicas

Os pacotes 1S podem ser adequados para:

• Dispositivos vestíveis compactos;

• Pequenos rastreadores GPS;

• Acessórios sem fio;

• Pequenos produtos IoT;

• Sensores portáteis;

• Eletrônicos de consumo compactos;

• Sistemas embarcados de baixa tensão.

Um pacote 1S pode usar um PCM ou um circuito de proteção simples, dependendo da aplicação. O carregador deve ser projetado para um pacote LiPo de célula única.

3. O que é uma bateria LiPo 2S?

Uma bateria 2S LiPo contém dois grupos de células conectados em série.

Os valores típicos são:

• Tensão nominal: aproximadamente 7,4 V;

• Tensão de carga total: aproximadamente 8,4 V;

• Capacidade: determinada pela capacidade de cada grupo paralelo.

Exemplo: 2S1P

Usando duas células de 1000 mAh em série:

7,4V, 1000mAh

Energia nominal:

7,4 V × 1 Ah = 7,4 Wh

Exemplo: 2S2P

Usando quatro células de 1000 mAh em um arranjo 2S2P:

7,4V, 2.000mAh

Energia nominal:

7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh

Aplicações 2S típicas

Os pacotes 2S LiPo podem ser considerados para:

• Equipamento portátil;

• Dispositivos portáteis industriais;

• Dispositivos médicos;

• Equipamento de comunicação bidirecional;

• Pequenos sistemas robóticos;

• Produtos aquecidos;

• Eletrônica de média tensão;

• Alguns sistemas RC e drones.

ZERNE A página de baterias de lítio de 7,4 V fornece exemplos de baterias 2S em nível de produto com diferentes capacidades e dimensões.

4. O que é uma bateria LiPo 3S?

Uma bateria 3S LiPo contém três grupos de células conectados em série.

Os valores típicos são:

• Tensão nominal: aproximadamente 11,1 V;

• Tensão de carga total: aproximadamente 12,6 V;

• Capacidade: determinada pela capacidade de cada grupo paralelo.

Exemplo: 3S1P

Usando três células de 1000 mAh em série:

11,1V, 1000mAh

Energia nominal:

11,1 V × 1 Ah = 11,1 Wh

Exemplo: 3S2P

Usando seis células de 1000 mAh em um arranjo 3S2P:

11,1V, 2.000mAh

Energia nominal:

11,1 V × 2 Ah = 22,2 Wh

Aplicações 3S típicas

Os pacotes 3S podem ser usados ​​em:

• Equipamentos industriais portáteis;

• Robótica;

• Dispositivos portáteis de alta tensão;

• Sistemas de energia compactos;

• Certos produtos médicos ou de monitoramento;

• Equipamento RC;

• Algumas plataformas de drones.

Um pacote 3S requer um carregador e um sistema de proteção projetado para a faixa de tensão 3S. Não deve ser carregado com um carregador de célula única ou 2S.

ZERNE A página da bateria de lítio de 11,1 V fornece exemplos de configurações de baterias LiPo 3S.

5. O que é uma bateria LiPo 4S?

Uma bateria 4S LiPo contém quatro grupos de células conectados em série.

Os valores típicos são:

• Tensão nominal: aproximadamente 14,8 V;

• Tensão de carga total: aproximadamente 16,8 V;

• Capacidade: determinada pela capacidade de cada grupo paralelo.

Exemplo: 4S1P

Usando quatro células de 1000 mAh em série:

14,8V, 1000mAh

Energia nominal:

14,8 V × 1 Ah = 14,8 Wh

Exemplo: 4S2P

Usando oito células de 1000 mAh em um arranjo 4S2P:

14,8V, 2.000mAh

Energia nominal:

14,8 V × 2 Ah = 29,6 Wh

Aplicações 4S típicas

Os pacotes 4S podem ser considerados para:

• Equipamentos portáteis de alta tensão;

• Robótica;

• Ferramentas industriais;

• Eletrônica profissional;

• Sistemas RC com uso intensivo de energia;

• Algumas plataformas de drones;

• Sistemas de energia compactos.

ZERNE A página de baterias de lítio de 14,8 V fornece exemplos de produtos para baterias 4S LiPo.

6. Comparação de tensão 1S x 2S x 3S x 4S

O dispositivo deve ser compatível com tensão nominal e de carga total.

Por exemplo, um dispositivo projetado para uma bateria nominal de 7,4 V pode precisar tolerar uma tensão totalmente carregada de aproximadamente 8,4 V. O circuito de entrada, o controlador do motor, o carregador e o regulador de tensão devem ser avaliados.

Para uma comparação prática de pacotes de 7,4 V, 11,1 V e 14,8 V, consulte Pacotes de baterias de 7,4 V x 11,1 V x 14,8 V.

7. Uma classificação S mais alta significa maior capacidade?

Não.

A classificação S indica o número de grupos de células conectados em série. Afeta principalmente a tensão.

A capacidade depende do número de células ou grupos de células conectados em paralelo.

Usando células de 1000 mAh:

Uma classificação S mais alta pode aumentar a energia total porque a energia é igual à tensão multiplicada pela capacidade de amp-hora. No entanto, não aumenta automaticamente a classificação mAh.

8. Como a classificação S afeta o tempo de execução?

O tempo de execução depende da energia total utilizável e da potência do dispositivo, e não apenas da classificação S.

A fórmula básica de energia é:

Energia (Wh) = Tensão (V) × Capacidade (Ah)

Por exemplo:

• 2S1P: 7,4 V, 1000 mAh = 7,4 Wh;

• 1S2P: 3,7 V, 2.000 mAh = 7,4 Wh.

Estas duas configurações têm aproximadamente a mesma energia nominal quando utilizam o mesmo número de células idênticas. No entanto, eles não são intercambiáveis ​​porque suas tensões são diferentes.

O tempo de execução também depende de:

• Potência do dispositivo;

• Eficiência do conversor;

• Corte do BMS;

• Temperatura;

• Demanda atual;

• Envelhecimento da bateria;

• Perfil operacional.

Para um método de cálculo detalhado, consulte Como calcular o tempo de execução de uma bateria de lítio.

9. Carregamento de baterias LiPo 1S, 2S, 3S e 4S

Cada classificação S requer um carregador projetado para a contagem de série correspondente.

Um carregador com voltagem incorreta pode resultar em:

• Carregamento incompleto;

• Sobrecarga;

• Calor excessivo;

• Danos à bateria;

• Corte de proteção;

• Riscos de segurança.

Pacotes multisséries também podem exigir balanceamento. O carregador e o BMS devem ser selecionados juntamente com a configuração da célula.

A corrente de carga exata depende da especificação e aplicação da célula. Não deve ser selecionado apenas de acordo com a classificação S.

10. BMS e requisitos de proteção

A classificação S também afeta o sistema de proteção.

Pacotes 1S

Um pacote 1S pode usar:

• PCM;

• IC de proteção;

• Proteção contra sobrecarga;

• Proteção contra descarga excessiva;

• Proteção contra sobrecorrente;

• Sensor de temperatura quando necessário.

Pacotes 2S, 3S e 4S

Os pacotes multisséries podem exigir:

• Monitoramento individual de tensão em grupo em série;

• Equilíbrio celular;

• Proteção contra sobrecarga;

• Proteção contra descarga excessiva;

• Proteção contra sobrecorrente;

• Proteção contra curto-circuito;

• Monitoramento de temperatura;

• Funções de comunicação quando necessário.

À medida que a contagem de séries aumenta, o BMS deve ser concebido para o número correspondente de grupos de células.

O BMS também deve corresponder:

• Pacote atual;

• Carregador;

• Conector;

• Interface host-dispositivo;

• Espaço mecânico;

• Testes necessários.

O projeto detalhado do BMS está fora do escopo deste artigo. A relação de projeto mais ampla entre BMS, tensão, capacidade e tempo de execução é abordada em Projeto da bateria de íons de lítio: tensão, capacidade, BMS e tempo de execução.

11. Capacidade e grupos paralelos

A classificação S não determina a capacidade completa da bateria.

Para um pacote com grupos paralelos:

Capacidade do pacote = Capacidade da célula × Número de células em paralelo

Por exemplo, usando células de 2.500 mAh:

É por isso que um requisito OEM deve especificar ambos:

• Contagem de séries;

• Contagem paralela ou capacidade alvo.

Dizer apenas “bateria 4S” não define o pacote completo.

12. Como escolher a classificação S correta para um dispositivo OEM

O processo de seleção deve começar com os requisitos de tensão do dispositivo.

Etapa 1: Identifique a tensão do dispositivo

Confirmar:

• Tensão nominal de entrada;

• Tensão mínima de entrada;

• Tensão máxima de entrada;

• Tolerância de carga total;

• Faixa de tensão do motor ou controlador;

• Faixa de entrada do conversor.

Etapa 2: selecione a contagem de séries

Combine a tensão nominal necessária com a contagem de células apropriada.

Para células LiPo comuns de 3,7 V:

• Sistema aproximadamente 3,7 V → 1S;

• Sistema aproximadamente 7,4 V → 2S;

• Sistema de aproximadamente 11,1 V → 3S;

• Sistema de aproximadamente 14,8 V → 4S.

Etapa 3: confirme a capacidade

Depois de selecionar a contagem de séries, determine a contagem paralela necessária ou a capacidade de célula individual para atingir o tempo de execução desejado.

Etapa 4: verifique a corrente

Confirme se as células selecionadas, o BMS, a fiação e o conector podem suportar corrente contínua e de pico.

Etapa 5: verifique o carregador e o BMS

O carregador e o sistema de proteção devem corresponder à classificação S selecionada.

Passo 6: Verifique a Integração Mecânica

Confirme se a contagem de células selecionada e o layout se ajustam ao gabinete do dispositivo.

13. Pacotes LiPo 1S-4S em aplicações de drones

Os pacotes LiPo 1S, 2S, 3S e 4S também são usados ​​em diferentes aplicações de drones e RC. No entanto, a seleção do drone depende de mais do que voltagem.

Fatores relevantes incluem:

• Compatibilidade de motor e ESC;

• Configuração da hélice;

• Demanda atual;

• Peso da bateria;

• Classificação C;

• Perfil de voo;

• Conector;

• Tempo de voo necessário.

Para uma comparação específica de drones envolvendo configurações 3S, 4S e 6S, consulte Bateria LiPo 3S vs. 4S vs. 6S: Qual configuração de drone se adapta?.

Este artigo enfoca o significado geral das configurações 1S – 4S para o design de baterias LiPo recarregáveis, em vez da seleção de desempenho do drone.

14. Erros comuns da bateria LiPo 1S-4S

Erro 1: Tratar a Tensão Nominal como Tensão de Carga Total

Um pacote de 3,7 V pode atingir aproximadamente 4,2 V quando totalmente carregado. O dispositivo deve tolerar toda a faixa de tensão.

Erro 2: presumir que 4S é sempre melhor que 2S

Uma classificação S mais alta é adequada apenas quando o dispositivo é projetado para tensões mais altas.

Erro 3: usar o carregador errado

O carregador deve corresponder à contagem da série e à tensão de carga.

Erro 4: ignorar a capacidade

A classificação S não define a capacidade em mAh. A contagem paralela e a capacidade das células também devem ser especificadas.

Erro 5: omitir o balanceamento

Pacotes LiPo de múltiplas séries podem exigir balanceamento de células e proteção BMS apropriada.

Erro 6: Comparar pacotes apenas por voltagem

Um pacote 2S1P e um pacote 2S2P podem ter 7,4 V, mas têm capacidade, tempo de execução, capacidade de corrente, dimensões e peso diferentes.

Erro 7: Copiar uma configuração de bateria de drone para outro dispositivo

Uma configuração adequada para um drone pode não ser adequada para um dispositivo médico, produto IoT ou ferramenta industrial. O dispositivo host deve determinar o design final da bateria.

15. Lista de verificação de seleção 1S, 2S, 3S e 4S

Antes de aprovar uma bateria LiPo, confirme:

• Tensão nominal necessária;

• Tensão mínima de entrada do dispositivo;

• Tensão máxima de entrada do dispositivo;

• Compatibilidade de tensão de carga total;

• Classificação S;

• Contagem paralela;

• Capacidade alvo;

• Corrente contínua;

• Corrente de pico;

• Tensão do carregador;

• Corrente de carga;

• Requisitos PCM ou BMS;

• Requisitos de balanceamento celular;

• Conector e cabo;

• Espaço de instalação disponível;

• Limite de peso;

• Temperatura operacional;

• Alvo de tempo de execução;

• Requisitos de teste.

Perguntas frequentes

O que significa 1S em uma bateria LiPo?

1S significa que o pacote contém um grupo de células LiPo conectado em série. Uma bateria LiPo 1S típica tem aproximadamente 3,7 V de tensão nominal e 4,2 V de tensão de carga total.

Qual é a voltagem de uma bateria LiPo 2S?

Uma bateria LiPo 2S típica tem aproximadamente 7,4 V de tensão nominal e 8,4 V de tensão de carga total.

Qual é a voltagem de uma bateria 3S LiPo?

Uma bateria LiPo 3S típica tem aproximadamente 11,1 V de tensão nominal e 12,6 V de tensão de carga total.

Qual é a voltagem de uma bateria 4S LiPo?

Uma bateria LiPo 4S típica tem aproximadamente 14,8 V de tensão nominal e 16,8 V de tensão de carga total.

4S significa que a bateria tem quatro vezes a capacidade de 1S?

O nº 4S indica quatro grupos de células em série e descreve principalmente a tensão. A capacidade depende da capacidade da célula e da configuração paralela.

Posso usar um carregador 2S para uma bateria LiPo 3S?

Não. Um pacote 3S requer um carregador projetado para a tensão de carga 3S. Usar o carregador errado pode causar carregamento incompleto, danos ou riscos à segurança.

Uma bateria 2S sempre dura mais que uma bateria 1S?

Não necessariamente. O tempo de execução depende da energia total, potência do dispositivo, eficiência, capacidade e condições operacionais. Um pacote 1S2P e um pacote 2S1P podem ter energia nominal semelhante enquanto usam o mesmo número de células.

Uma classificação S mais alta é melhor para um dispositivo OEM?

Somente se o dispositivo host, o carregador, o BMS, a fiação e o sistema de gerenciamento de energia suportarem a tensão mais alta. A classificação S correta é determinada pelos requisitos do dispositivo.

Conclusão

1S, 2S, 3S e 4S descrevem o número de grupos de células LiPo conectados em série.

Usando células LiPo nominais comuns de 3,7 V:

• 1S = 3,7 V nominal;

• 2S = 7,4 V nominais;

• 3S = 11,1 V nominais;

• 4S = 14,8 V nominais.

As tensões típicas de carga total são:

• 1S = 4,2V;

• 2S = 8,4V;

• 3S = 12,6V;

• 4S = 16,8 V.

A configuração correta depende da faixa de tensão do dispositivo, capacidade necessária, demanda de corrente, sistema de carregamento, BMS, espaço mecânico e meta de tempo de execução.

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