Литий-полимерная батарея 3S, 4S и 6S: какая конфигурация дрона подойдет?

Выбор правильной конфигурации батареи LiPo является одним из наиболее важных решений при проектировании системы питания дрона. Батарея 3S, 4S или 6S изменяет напряжение, подаваемое на двигатель и электронный регулятор скорости (ESC), что влияет на потребляемый ток, скорость двигателя, выбор пропеллера, проводку, нагрев и поведение в полете.

Лучшая конфигурация определяется не только емкостью аккумулятора. Батарея более высокого напряжения может уменьшить ток для заданной потребности в мощности, но она также может увеличить скорость двигателя, изменить эффективность движения и потребовать другой ESC или гребной винт. Систему с более низким напряжением может быть проще интегрировать, но для нее может потребоваться более высокий ток и проводники большего размера.

В этом руководстве сравниваются конфигурации аккумуляторов LiPo 3S, 4S и 6S для FPV, рекреационных, сельскохозяйственных и промышленных дронов. Основное внимание уделяется выбору конфигурации. Основные определения напряжения см. Руководство по напряжению аккумулятора дрона.

Быстрый ответ

• Батареи 3S LiPo подходят для систем с низким напряжением, легких дронов и двигательных установок, номинальное напряжение которых составляет примерно 11,1 В.

• Батареи 4S LiPo обеспечивают общий баланс между напряжением, током, размером и производительностью для многих дронов FPV и средней мощности.

• Батареи 6S LiPo подходят для систем более высокой мощности, которые рассчитаны на номинальное напряжение примерно 22,2 В и могут выдерживать напряжение примерно 25,2 В при полной зарядке.

• Ни одна из этих конфигураций не является универсально лучшей.

• Выбранная батарея должна соответствовать двигателю, ESC, пропеллеру, зарядному устройству, проводке, полезной нагрузке и профилю полета.

Что означает 3S, 4S или 6S?

Число указывает, сколько ячеек соединено последовательно. Буква «S» означает серию.

Используя типичное номинальное напряжение элемента примерно 3,7 В:

• 3S = 3×3,7В = 11,1В;

• 4S = 4×3,7В = 14,8В;

• 6S = 6×3,7В = 22,2В.

При полной зарядке типичный аккумулятор LiPo достигает напряжения примерно 4,2 В:

• 3S = 12,6В;

• 4S = 16,8В;

• 6S = 25,2В.

Рейтинг S не описывает емкость, рейтинг C, вес батареи или время полета. Блоки 4S емкостью 2200 мАч и блоки 4S емкостью 6000 мАч имеют одинаковое номинальное напряжение, но сильно различаются по энергии, весу и токовой нагрузке.

Аккумулятор 3S LiPo: преимущества и ограничения

Аккумулятор 3S LiPo предназначен для двигательной установки с низким напряжением.

Потенциальные преимущества

• более низкое напряжение подходит для двигателей и электроники меньшего размера;

• полезно для легких платформ дронов;

• может упростить интеграцию системы, разработанной на основе 3S;

• может снизить напряжение напряжения на совместимой электронике;

• подходит для некоторых небольших FPV и развлекательных дронов.

Потенциальные ограничения

• для той же выходной мощности может потребоваться более высокий ток;

• могут потребоваться провода или разъемы большего размера;

• сильноточные потери могут стать более значительными;

• он может не обеспечивать достаточного напряжения для более крупного или тяжелого самолета;

• Пакет 3S не может быть заменен на систему 4S или 6S без подтверждения полной совместимости силовой установки.

Конфигурация 3S может подойти, когда самолет легкий, а комбинация двигатель-винт разработана специально для его диапазона напряжений.

Аккумулятор 4S LiPo: преимущества и ограничения

Аккумулятор 4S LiPo обеспечивает номинальное напряжение примерно 14,8 В и 16,8 В при полной зарядке.

Потенциальные преимущества

• широко используется в системах FPV и дронов средней мощности;

• предлагает практический баланс между напряжением и током;

• может поддерживать сильное ускорение в сочетании с совместимыми двигателями;

• может снизить ток по сравнению с эквивалентной системой 3S;

• обычно доступны в различных мощностях и форм-факторах.

Потенциальные ограничения

• требуется ESC и двигатель, рассчитанный на напряжение полной зарядки;

• возможно увеличение скорости двигателя по сравнению с 3S;

• может потребоваться другой выбор пропеллера;

• не обеспечивает автоматическое увеличение времени полета;

• может оказаться непригодным для двигательной установки, рассчитанной только на 3S.

Система 4S часто является практической отправной точкой для общей разработки FPV, но совместимость должна быть подтверждена путем реальных испытаний двигателя и пропеллера.

Литий-полимерный аккумулятор 6S: преимущества и ограничения

Аккумулятор 6S LiPo обеспечивает номинальное напряжение примерно 22,2 В и 25,2 В при полной зарядке.

Потенциальные преимущества

• может уменьшить ток для заданной потребляемой мощности;

• может снизить резистивные потери в системах большой мощности;

• может поддерживать требовательные двигательные платформы;

• может повысить эффективность энергосистемы при правильном подборе двигателя и гребного винта;

• подходит для некоторых высокопроизводительных FPV и промышленных образцов.

Потенциальные ограничения

• требуется двигатель более высокого напряжения, ESC и силовая электроника;

• может увеличить скорость двигателя за пределы проектного предела;

• могут потребоваться другие настройки пропеллеров и контроллера полета;

• может увеличить стоимость системы и сложность интеграции;

• не гарантирует увеличения времени полета;

• Батарею 6S никогда нельзя подключать к электронике, которая не выдерживает напряжения полной зарядки.

6S — это системный выбор, а не просто батарея большего размера. Его следует выбирать только после проверки всей двигательной цепи.

Сравнение 3S, 4S и 6S

Текущие отношения можно проиллюстрировать следующим образом:

Мощность (Вт) = Напряжение (В) × Ток (А)

Для примерного требования к мощности 740 Вт:

Это упрощенные значения. Фактический ток зависит от КПД двигателя, нагрузки на винт, напряжения аккумулятора под нагрузкой, режима полета, полезной нагрузки и температуры.

Как конфигурация влияет на время полета

Батарея более высокого напряжения не обеспечивает автоматическое увеличение времени полета. Время полета зависит от общего энергопотребления и мощности самолета.

Энергия аккумулятора (Втч) = номинальное напряжение (В) × емкость (Ач)

Например:

• 3S 5 Ач: 11,1 В × 5 Ач = 55,5 Втч;

• 4S 5 Ач: 14,8 В × 5 Ач = 74 Втч;

• 6S 5 Ач: 22,2 В × 5 Ач = 111 Втч.

Однако блок более высокого напряжения может иметь различную мощность, вес, КПД двигателя и потребляемую мощность. Фактический результат полета зависит от всей системы.

Полный расчет времени выполнения см. Как долго работает батарея дрона?.

Совместимость двигателя, ESC и пропеллера

Прежде чем выбирать конфигурацию, проверьте следующее:

Мотор

Двигатель должен поддерживать выбранное напряжение и ожидаемую скорость вращения. Использование блока более высокого напряжения может увеличить скорость и нагрев двигателя.

ЭКУ

ESC должен выдерживать напряжение полной зарядки аккумулятора. Система 6S номинально имеет напряжение 22,2 В, но при полной зарядке может достигать примерно 25,2 В.

Пропеллер

Изменение с 3S на 4S или 6S может изменить тягу, обороты в минуту и ​​ток. Гребной винт необходимо выбирать вместе с двигателем и аккумулятором как единую систему.

Контроллер полета и аксессуары

Камеры, передатчики, датчики, регуляторы напряжения и силовые модули могут требовать регулируемого входа. Перед изменением конфигурации подтвердите их пределы напряжения.

Зарядное устройство

Зарядное устройство должно поддерживать выбранное количество ячеек и режим зарядки LiPo. Зарядное устройство для 4S не следует использовать для аккумулятора 6S.

Какая конфигурация подходит для различных приложений дронов?

Эта таблица является отправной точкой, а не универсальной рекомендацией. Фактическая конфигурация должна быть проверена с использованием предполагаемого двигателя, ESC, гребного винта и полезной нагрузки.

Как рейтинг C меняет решение

Выбор напряжения и рейтинг C следует оценивать вместе.

Конфигурация с более высоким напряжением может снизить ток, необходимый для определенной выходной мощности, но аккумулятору по-прежнему требуется достаточная способность непрерывного и импульсного разряда.

Обзор:

• средний ток;

• пиковый ток;

• продолжительность взрыва;

• провал напряжения;

• температура батареи;

• пределы разъема;

• калибр проволоки;

• полезная нагрузка;

• режим полета.

Для получения дополнительной информаци8b см. Руководство по рейтингу C батареи дрона.

Распространенные ошибки выбора

Предполагая, что 6S всегда лучше

6S может быть выгоден в совместимой системе высокой мощности, но может повредить электронику или создать чрезмерную скорость двигателя, если платформа была разработана для 3S или 4S.

Сравнение мощности без сравнения напряжения

Емкость в мАч сама по себе не показывает общую энергию. Сравните ватт-часы и вес упаковки.

Игнорирование напряжения полной зарядки

Всегда рассчитывайте напряжение полной зарядки, а не только номинальное напряжение.

Выбор аккумулятора перед двигателем

В первую очередь следует оценить двигатель, ESC и гребной винт. Аккумулятор должен поддерживать результирующие требования по току и напряжению.

Отношение к напряжению как к гарантии времени полета

Время полета зависит от энергии, нагрузки, веса, эффективности, ветра, температуры и эксплуатационных характеристик.

Что должны предоставить OEM-покупатели

При запросе индивидуальной конфигурации аккумулятора дрона предоставьте:

• целевое напряжение или количество ячеек;

• емкость;

• средний и пиковый ток;

• характеристики двигателя и ESC;

• информация о пропеллере;

• полезная нагрузка;

• целевое время полета;

• максимальные размеры упаковки;

• максимальный вес;

• требования к разъемам и кабелям;

• способ зарядки;

• рабочая температура;

• Требования BMS или PCM;

• потребности в тестировании и документации.

ЦЕРНЕ Служба индивидуального обслуживания аккумуляторов может помочь обсудить конфигурацию элементов, размеры, разъемы, компоненты защиты и условия применения.

Часто задаваемые вопросы

Лучше ли 4S для дрона, чем 3S?

Не всегда. 4S может обеспечить большее напряжение и меньший ток для заданной мощности, но двигатель, регулятор скорости и гребной винт должны быть совместимы.

6S лучше 4S?

6S может подойти для систем высокой мощности, но не всегда он лучше. Для этого требуется совместимая электроника, скорость двигателя, выбор пропеллера и зарядное оборудование.

Обеспечивает ли 6S большее время полета, чем 4S?

Не автоматически. Время полета зависит от заряда аккумулятора, веса, потребляемой мощности, эффективности двигательной установки, полезной нагрузки и погоды.

Могу ли я использовать батарею 4S на дроне 6S?

Только в том случае, если вся двигательная установка рассчитана на безопасную работу в обеих конфигурациях. Сначала подтвердите требования к двигателю, ESC, пропеллеру и системе управления.

Каково напряжение LiPo-аккумулятора 3S, 4S и 6S?

Типичные номинальные напряжения составляют 11,1 В для 3S, 14,8 В для 4S и 22,2 В для 6S. Напряжение полной зарядки составляет примерно 12,6 В, 16,8 В и 25,2 В.

Какая конфигурация лучше всего подходит для гонок FPV?

Многие гоночные системы FPV используют 4S или 6S, но правильный вариант зависит от мощности двигателя, пропеллера, веса, потребляемого тока и целевых показателей пилота.

Какая информация нужна производителю аккумуляторов?

Укажите напряжение, мощность, ток, двигатель, ESC, пропеллер, полезную нагрузку, размеры, вес, разъем и требования к зарядке.

Заключение

Выбор между LiPo-батареей 3S, 4S и 6S должен основываться на полной системе питания дрона.

3S подходит для легких платформ с низким напряжением. 4S предлагает практический баланс для многих систем FPV и средней мощности. 6S может снизить ток в приложениях с высокой мощностью, но он также требуеон также требует совместимости с более высоким напряжением и тщательного согласования силовой установки.

Правильная конфигурация — это та, которая соответствует требованиям по напряжению, мощности, току, весу, безопасности и времени полета дрона, не выходя за пределы двигателя, регулятора скорости, пропеллера или зарядного устройства.

Нужна помощь в выборе совместимой конфигурации аккумулятора 3S, 4S или 6S? Свяжитесь с ZERNE для оценки индивидуальной батареи дрона.