Описание LiPo аккумуляторов 1S, 2S, 3S и 4S

Аккумуляторы LiPo часто обозначаются такими маркировками, как 1S, 2S, 3S и 4S. Эти этикетки появляются на аккумуляторных блоках, используемых в портативной электронике, робототехнике, радиоуправляемом оборудовании, дронах, медицинских приборах и других перезаряжаемых продуктах.

Рейтинг «S» описывает количество элементов LiPo, соединенных последовательно:

• 1S означает одну группу ячеек последовательно;

• 2S означает две группы ячеек последовательно;

• 3S означает три последовательно соединенные группы ячеек;

• 4S означает четыре группы ячеек последовательно.

По мере увеличения количества последовательно соединенных ячеек напряжение батареи увеличивается. Емкость в мАч не увеличивается автоматически просто потому, что S-рейтинг выше.

Использование обычных элементов LiPo с номинальным напряжением примерно 3,7 В:

• 1S = 3,7 В номинал;

• 2S = 7,4 В номинал;

• 3S = номинал 11,1 В;

• 4S = номинал 14,8 В.

Соответствующая конфигурация зависит от хост-устройства, зарядного устройства, потребляемого тока, требуемой энергии, BMS и механической конструкции.

Быстрый ответ: что означают 1S, 2S, 3S и 4S?

Эти значения являются общими для стандартных перезаряжаемых LiPo-элементов. Точное напряжение должно соответствовать характеристикам выбранного элемента.

Более высокий рейтинг S означает более высокое напряжение батареи. Это не означает автоматически:

• Более высокая емкость;

• Более длительное время работы;

• Лучшая производительность;

• Более быстрая зарядка;

• Более высокая безопасность;

• Большая плотность энергии.

Рейтинг S должен соответствовать электрической системе устройства.

1. Что означает буква «S» на LiPo-батарее?

Буква S обозначает серию..

Когда ячейки соединены последовательно, положительная клемма одной ячейки соединяется с отрицательной клеммой следующей ячейки. Напряжение каждой ячейки суммируется.

Для стандартного LiPo-элемента номиналом 3,7 В:

Напряжение упаковки = 3,7 В × Количество ячеек последовательно

Примеры:

• 1S: 3,7 В × 1 = 3,7 В;

• 2S: 3,7 В × 2 = 7,4 В;

• 3S: 3,7 В × 3 = 11,1 В;

• 4S: 3,7 В × 4 = 14,8 В.

S-рейтинг описывает только количество серий. Пакет также может включать в себя параллельные группы ячеек, такие как:

• 2С1П;

• 2С2П;

• 3С2П;

• 4С2П.

Дополнительную информацию о том, как последовательные и параллельные соединения влияют на напряжение и емкость, см. Последовательные и параллельные аккумуляторные блоки.

2. Что такое аккумулятор LiPo 1S?

Аккумуляторная батарея 1S LiPo содержит одну ячейку LiPo или одну параллельную группу ячеек.

Типичные электрические значения:

• Номинальное напряжение: примерно 3,7 В;

• Напряжение полной зарядки: примерно 4,2 В;

• Минимальное рабочее напряжение: зависит от применения;

• Емкость: определяется ячейкой или параллельной группой.

Пример: 1С1П

Один аккумулятор LiPo емкостью 1000 мАч производит примерно:

3,7 В, 1000 мАч

Его номинальная энергия:

3,7 В × 1 Ач = 3,7 Втч

Пример: 1С2П

Две батареи емкостью 1000 мАч, соединенные параллельно, производят примерно:

3,7 В, 2000 мАч

Напряжение остается примерно 3,7 В, а емкость увеличивается.

Типичные приложения 1С

Пакеты 1S могут подойти для:

• Компактные носимые устройства;

• Маленькие GPS-трекеры;

• Беспроводные аксессуары;

• Малые продукты Интернета вещей;

• Портативные датчики;

• Компактная бытовая электроника;

• Низковольтные встраиваемые системы.

В пакете 1S может использоваться PCM или простая схема защиты, в зависимости от приложения. Зарядное устройство должно быть рассчитано на одноэлементный аккумулятор LiPo.

3. Что такое аккумулятор LiPo 2S?

Аккумулятор 2S LiPo содержит две группы ячеек, соединенных последовательно.

Типичные значения:

• Номинальное напряжение: примерно 7,4 В;

• Напряжение полной зарядки: примерно 8,4 В;

• Емкость: определяется мощностью каждой параллельной группы.

Пример: 2С1П

Использование двух аккумуляторов емкостью 1000 мАч последовательно:

7,4 В, 1000 мАч

Номинальная энергия:

7,4 В × 1 Ач = 7,4 Втч

Пример: 2С2П

Использование четырех ячеек емкостью 1000 мАч по схеме 2S2P:

7,4 В, 2000 мАч

Номинальная энергия:

7,4 В × 2 Ач = 14,8 Втч

Типичные приложения 2S

Пакеты 2S LiPo могут рассматриваться для:

• Портативное оборудование;

• Промышленные портативные устройства;

• Медицинские приборы;

• Оборудование двусторонней связи;

• Малые роботизированные системы;

• Продукты с подогревом;

• Электроника среднего напряжения;

• Некоторые радиоуправляемые системы и дроны.

ЦЕРНЕ На странице литиевых аккумуляторных батарей 7,4 В приведены примеры аккумуляторных блоков 2S различной емкости и размеров на уровне продукта.

4. Что такое аккумулятор LiPo 3S?

Аккумулятор 3S LiPo содержит три группы ячеек, соединенных последовательно.

Типичные значения:

• Номинальное напряжение: примерно 11,1 В;

• Напряжение полной зарядки: примерно 12,6 В;

• Емкость: определяется мощностью каждой параллельной группы.

Пример: 3С1П

Использование трех ячеек емкостью 1000 мАч последовательно:

11,1 В, 1000 мАч

Номинальная энергия:

11,1 В × 1 Ач = 11,1 Втч

Пример: 3S2P

Использование шести аккумуляторов емкостью 1000 мАч по схеме 3S2P:

11,1 В, 2000 мАч

Номинальная энергия:

11,1 В × 2 Ач = 22,2 Втч

Типичные приложения 3S

Пакеты 3S можно использовать в:

• Портативное промышленное оборудование;

• Робототехника;

• Портативные устройства высокого напряжения;

• Компактные энергосистемы;

• Определенные медицинские продукты или продукты для мониторинга;

• радиоуправляемое оборудование;

• Некоторые платформы для дронов.

Для комплекта 3S требуется зарядное устройство и система защиты, рассчитанные на диапазон напряжений 3S. Его не следует заряжать с помощью одноэлементного зарядного устройства или зарядного устройства 2S.

ЦЕРНЕ На странице литиевого аккумуляторного блока 11,1 В приведены примеры конфигураций аккумуляторного блока 3S LiPo.

5. Что такое аккумулятор LiPo 4S?

Аккумулятор 4S LiPo содержит четыре группы ячеек, соединенных последовательно.

Типичные значения:

• Номинальное напряжение: примерно 14,8 В;

• Напряжение полной зарядки: примерно 16,8 В;

• Емкость: определяется мощностью каждой параллельной группы.

Пример: 4С1П

Использование четырех ячеек емкостью 1000 мАч последовательно:

14,8 В, 1000 мАч

Номинальная энергия:

14,8 В × 1 Ач = 14,8 Втч

Пример: 4S2P

Использование восьми ячеек емкостью 1000 мАч по схеме 4S2P:

14,8 В, 2000 мАч

Номинальная энергия:

14,8 В × 2 Ач = 29,6 Втч

Типичные приложения 4S

Пакеты 4S могут рассматриваться для:

• Переносное оборудование высокого напряжения;

• Робототехника;

• Промышленные инструменты;

• Профессиональная электроника;

• Энергоемкие радиоуправляемые системы;

• Некоторые платформы для дронов;

• Компактные энергетические системы.

ЦЕРНЕ На странице литиевого аккумулятора 14,8 В приведены примеры аккумуляторов 4S LiPo.

6. Сравнение напряжений 1S, 2S, 3S и 4S.

Устройство должно быть совместимо как с номинальным, так и с напряжением полной зарядки.

Например, устройству, рассчитанному на номинальную батарею 7,4 В, может потребоваться выдерживать полностью заряженное напряжение около 8,4 В. Необходимо оценить входную цепь, контроллер двигателя, зарядное устройство и регулятор напряжения.

Практическое сравнение блоков на 7,4 В, 11,1 В и 14,8 В см. Аккумуляторные блоки 7,4 В, 11,1 В, 14,8 В.

7. Означает ли более высокий рейтинг S более высокую производительность?

Нет.

S-рейтинг указывает количество групп ячеек, соединенных последовательно. В первую очередь это влияет на напряжение.

Емкость зависит от количества ячеек или групп ячеек, соединенных параллельно.

Использование аккумуляторов емкостью 1000 мАч:

Более высокий рейтинг S может увеличить общую энергию, поскольку энергия равна напряжению, умноженному на емкость в ампер-часах. Однако это не увеличивает автоматически номинал мАч.

8. Как рейтинг S влияет на время выполнения?

Время работы зависит от общей полезной энергии и мощности устройства, а не только от S-рейтинга.

Основная энергетическая формула такова:

Энергия (Втч) = Напряжение (В) × Емкость (Ач)

Например:

• 2С1П: 7,4 В, 1000 мАч = 7,4 Втч;

• 1S2P: 3,7 В, 2000 мАч = 7,4 Втч.

Эти две конфигурации имеют примерно одинаковую номинальную энергию, когда в них используется одинаковое количество одинаковых ячеек. Однако они не взаимозаменяемы, поскольку их напряжения различаются.

Время выполнения также зависит от:

• Мощность устройства;

• КПД преобразователя;

• отключение BMS;

• Температура;

• Текущий спрос;

• Старение батареи;

• Операционный профиль.

Подробный метод расчета см. Как рассчитать время работы литиевой батареи.

9. Зарядка аккумуляторов LiPo 1S, 2S, 3S и 4S.

Для каждого класса S требуется зарядное устройство, рассчитанное на соответствующее количество серий.

Использование зарядного устройства с неправильным напряжением может привести к:

• Неполная зарядка;

• Перезарядка;

• Чрезмерное тепло;

• Повреждение аккумулятора;

• Отключение защиты;

• Риски безопасности.

Пакеты нескольких серий также могут потребовать балансировки. Зарядное устройство и BMS следует выбирать вместе с конфигурацией элемента.

Точный зарядный ток зависит от спецификации элемента и его применения. Его не следует выбирать исключительно по S-рейтингу.

10. BMS и требования к защите

Рейтинг S также влияет на систему защиты.

Пакеты 1S

Пакет 1S может использовать:

• ПКМ;

• Защитная ИС;

• Защита от перезаряда;

• Защита от переразряда;

• Защита от перегрузки по току;

• Измерение температуры там, где это необходимо.

Пакеты 2S, 3S и 4S

Для пакетов нескольких серий может потребоваться:

• Индивидуальный последовательно-групповой контроль напряжения;

• Балансировка ячеек;

• Защита от перезаряда;

• Защита от переразряда;

• Защита от перегрузки по току;

• Защита от короткого замыкания;

• Мониторинг температуры;

• Коммуникационные функции там, где это необходимо.

По мере увеличения количества серий BMS должна быть рассчитана на соответствующее количество групп ячеек.

BMS также должна соответствовать:

• Пакетный ток;

• Зарядное устройство;

• Разъем;

• Интерфейс хост-устройства;

• Механическое пространство;

• Обязательное тестирование.

Подробное проектирование BMS выходит за рамки этой статьи. Более широкая взаимосвязь проектирования между BMS, напряжением, мощностью и временем работы рассматривается в разделе Конструкция литий-ионного аккумуляторного блока: напряжение, емкость, BMS и время работы.

11. Емкость и параллельные группы

Рейтинг S не определяет полную емкость аккумулятора.

Для пакета с параллельными группами:

Емкость упаковки = Емкость ячейки × Количество параллельно подключенных ячеек

Например, используя аккумуляторы емкостью 2500 мАч:

Вот почему в требованиях OEM должны быть указаны оба:

• Количество серий;

• Параллельное количество или целевая емкость.

Сказать только «батарея 4S» не означает полную комплектацию.

12. Как выбрать правильный рейтинг S для OEM-устройства

Процесс выбора следует начинать с требований к напряжению устройства.

Шаг 1. Определите напряжение устройства

Подтверждать:

• Номинальное входное напряжение;

• Минимальное входное напряжение;

• Максимальное входное напряжение;

• Допуск полной зарядки;

• Диапазон напряжения двигателя или контроллера;

• Входной диапазон преобразователя.

Шаг 2. Выберите количество серий

Сопоставьте требуемое номинальное напряжение с соответствующим количеством ячеек.

Для обычных LiPo-элементов 3,7 В:

• Система примерно 3,7 В → 1S;

• Система примерно 7,4 В → 2S;

• Система примерно 11,1 В → 3S;

• Система примерно 14,8 В → 4S.

Шаг 3: Подтвердите емкость

После выбора количества серий определите необходимое количество параллельных вычислений или емкость отдельной ячейки для достижения целевого времени работы.

Шаг 4. Проверьте ток

Убедитесь, что выбранные элементы, BMS, проводка и разъем могут поддерживать постоянный и пиковый ток.

Шаг 5. Проверьте зарядное устройство и BMS.

Зарядное устройство и система защиты должны соответствовать выбранному S-рейтингу.

Шаг 6. Проверьте механическую интеграцию

Убедитесь, что выбранное количество ячеек и расположение соответствуют корпусу устройства.

13. Литий-полимерные аккумуляторы 1S–4S в приложениях для дронов

Аккумуляторы LiPo 1S, 2S, 3S и 4S также используются в различных дронах и радиоуправляемых устройствах. Однако выбор дрона зависит не только от напряжения.

Соответствующие факторы включают в себя:

• Совместимость двигателя и ESC;

• Конфигурация пропеллера;

• Текущий спрос;

• Вес батареи;

• C-рейтинг;

• Профиль полета;

• Разъем;

• Требуемое время полета.

Сравнение конкретных дронов с конфигурациями 3S, 4S и 6S см. Литий-полимерная батарея 3S, 4S и 6S: какая конфигурация дрона подойдет?.

В этой статье основное внимание уделяется общему значению конфигураций 1S–4S для проектирования аккумуляторной батареи LiPo, а не выбору характеристик дрона.

14. Распространенные ошибки в использовании LiPo аккумуляторов 1S–4S.

Ошибка 1: рассматривать номинальное напряжение как напряжение полной зарядки

При полной зарядке аккумулятор на 3,7 В может достигать примерно 4,2 В. Устройство должно выдерживать весь диапазон напряжений.

Ошибка 2: полагать, что 4S всегда лучше, чем 2S

Более высокий рейтинг S подходит только в том случае, если устройство рассчитано на более высокое напряжение.

Ошибка 3: использование неправильного зарядного устройства

Зарядное устройство должно соответствовать количеству серий и напряжению зарядки.

Ошибка 4: Игнорирование возможностей

S-рейтинг не определяет емкость мАч. Также необходимо указать количество параллельных ячеек и емкость ячеек.

Ошибка 5: отказ от балансировки

Для блоков LiPo нескольких серий может потребоваться балансировка ячеек и соответствующая защита BMS.

Ошибка 6: Сравнивать блоки только по напряжению

Блоки 2S1P и 2S2P могут иметь напряжение 7,4 В, но иметь разную емкость, время работы, допустимый ток, размеры и вес.

Ошибка 7: копирование конфигурации батареи дрона на другое устройство

Конфигурация, подходящая для дрона, может не подходить для медицинского устройства, продукта IoT или промышленного инструмента. Хост-устройство должно определить окончательную конструкцию батареи.

15. Контрольный список выбора 1S, 2S, 3S и 4S

Прежде чем одобрить аккумулятор LiPo, подтвердите:

• Требуемое номинальное напряжение;

• Минимальное входное напряжение устройства;

• Максимальное входное напряжение устройства;

• Совместимость по напряжению полной зарядки;

• S-рейтинг;

• Параллельный счет;

• Целевая мощность;

• Непрерывный ток;

• Пиковый ток;

• Напряжение зарядного устройства;

• Зарядный ток;

• требования PCM или BMS;

• Требования к балансировке ячеек;

• Разъем и кабель;

• Доступное место для установки;

• Максимальный вес;

• Рабочая температура;

• Цель времени выполнения;

• Требования к тестированию.

Часто задаваемые вопросы

Что означает 1S на LiPo аккумуляторе?

1S означает, что блок содержит одну группу ячеек LiPo, соединенных последовательно. Типичная LiPo-батарея 1S имеет номинальное напряжение примерно 3,7 В и напряжение полной зарядки 4,2 В.

Какое напряжение у аккумулятора 2S LiPo?

Типичная аккумуляторная батарея 2S LiPo имеет номинальное напряжение примерно 7,4 В и напряжение полной зарядки 8,4 В.

Какое напряжение у аккумулятора 3S LiPo?

Типичная LiPo-батарея 3S имеет номинальное напряжение примерно 11,1 В и напряжение полной зарядки 12,6 В.

Какое напряжение у аккумулятора 4S LiPo?

Типичная аккумуляторная батарея 4S LiPo имеет номинальное напряжение примерно 14,8 В и напряжение полной зарядки 16,8 В.

Означает ли 4S, что емкость аккумулятора в четыре раза превышает емкость 1S?

Номер 4S обозначает четыре группы ячеек последовательно и в первую очередь описывает напряжение. Емкость зависит от емкости ячейки и параллельной конфигурации.

Могу ли я использовать зарядное устройство 2S для аккумулятора 3S LiPo?

Нет. Для комплекта 3S требуется зарядное устройство, рассчитанное на зарядное напряжение 3S. Использование неправильного зарядного устройства может привести к неполной зарядке, повреждению или угрозе безопасности.

Всегда ли батарея 2S работает дольше, чем батарея 1S?

Не обязательно. Время работы зависит от общей энергии, мощности устройства, эффективности, мощности и условий эксплуатации. Пакеты 1S2P и 2S1P могут иметь одинаковую номинальную энергию при использовании одинакового количества ячеек.

Является ли более высокий рейтинг S лучше для OEM-устройства?

Только если главное устройство, зарядное устройство, BMS, проводка и система управления питанием поддерживают более высокое напряжение. Правильный рейтинг S определяется требованиями к устройству.

Заключение

1S, 2S, 3S и 4S описывают количество групп ячеек LiPo, соединенных последовательно.

Использование обычных LiPo-элементов номиналом 3,7 В:

• 1S = 3,7 В номинал;

• 2S = 7,4 В номинал;

• 3S = номинал 11,1 В;

• 4S = номинал 14,8 В.

Типичные напряжения полной зарядки:

• 1S = 4,2 В;

• 2S = 8,4 В;

• 3S = 12,6 В;

• 4S = 16,8 В.

Правильная конфигурация зависит от диапазона напряжения устройства, требуемой мощности, потребляемого тока, системы зарядки, BMS, механического пространства и целевого времени работы.

Если вы разрабатываете аккумуляторную батарею LiPo, сообщите технической команде ZERNE о применении, требуемом напряжении, емкости, потребляемом токе, доступных размерах, требованиях к разъемам и ожидаемом объеме производства. ZERNE предоставляет индивидуальные литиевые аккумуляторные батареи для проектов OEM и ODM и может помочь определить подходящую конфигурацию 1S, 2S, 3S или 4S.