Аккумуляторные блоки 7,4 В, 11,1 В, 14,8 В

Аккумуляторные блоки на 7,4 В, 11,1 В и 14,8 В являются распространенными платформами напряжения для перезаряжаемых литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторных систем.

Их часто используют в:

• Портативное электронное оборудование

• Промышленные портативные устройства

• Медицинское оборудование

• Робототехника

• Радиоуправляемое оборудование

• Дроны-системы

• Электроинструменты

• Мониторинг продуктов

• Компактные энергетические системы

Эти значения напряжения обычно соответствуют различному количеству ячеек, соединенных последовательно:

• 7,4 В = 2 с

• 11,1 В = 3 с.

• 14,8 В = 4S

Используя стандартные литиевые элементы с номинальным напряжением примерно 3,7 В, три конфигурации обеспечивают различные диапазоны рабочего напряжения, уровни энергии и требования к зарядке.

Однако выбор аккумуляторного блока не следует начинать с вопроса «Какое напряжение мощнее?». Правильный выбор зависит от хост-устройства и всей системы питания.

Быстрый ответ: в чем разница?

Основные различия:

• Более высокое напряжение при большем количестве ячеек последовательно;

• Различные требования к зарядному устройству;

• Различные требования BMS;

• Разный текущий спрос на одну и ту же мощность;

• Разная энергия при одинаковой мощности;

• Различная совместимость с хост-устройством.

Батарея на 14,8 В автоматически не лучше, чем батарея на 7,4 В. Это целесообразно только в том случае, если устройство и система питания рассчитаны на этот диапазон напряжений.

1. Почему 7,4 В, 11,1 В и 14,8 В соответствуют 2S, 3S и 4S

Значение «S» представляет количество ячеек или групп ячеек, соединенных последовательно.

Для стандартных ячеек с номиналом 3,7 В:

Напряжение упаковки = номинальное напряжение ячейки × количество серий

Поэтому:

• 3,7 В × 2 = 7,4 В;

• 3,7 В × 3 = 11,1 В;

• 3,7 В × 4 = 14,8 В.

Соответствующее напряжение полной зарядки обычно составляет примерно 4,2 В на элемент:

• 4,2 В × 2 = 8,4 В;

• 4,2 В × 3 = 12,6 В;

• 4,2 В × 4 = 16,8 В.

Это общие эталонные значения для стандартных перезаряжаемых LiPo и литий-ионных элементов. Фактическая спецификация батареи всегда должна соответствовать выбранной модели элемента и паспорту производителя.

Полное объяснение конфигураций 1S, 2S, 3S и 4S см. Описание LiPo аккумуляторов 1S, 2S, 3S и 4S.

2. Аккумуляторные батареи 7,4 В.

Аккумуляторная батарея на 7,4 В обычно имеет конфигурацию 2S.

Основные электрические характеристики

Стандартный блок питания 7,4 В обычно имеет:

• Номинальное напряжение: 7,4 В;

• Напряжение полной зарядки: 8,4 В;

• Две группы клеток последовательно;

• Емкость определяется индивидуальной ячейкой или параллельной конфигурацией.

Пример: блок 7,4 В, 2000 мАч.

Комплект 2S1P с двумя аккумуляторами емкостью 1000 мАч обеспечивает примерно:

• Номинальное напряжение: 7,4 В;

• Емкость: 1000 мАч;

• Номинальная энергия: 7,4 Втч.

Пакет 2S2P с использованием четырех элементов емкостью 1000 мАч обеспечивает примерно:

• Номинальное напряжение: 7,4 В;

• Емкость: 2000 мАч;

• Номинальная энергия: 14,8 Втч.

Напряжение остается на платформе 7,4 В, в то время как количество параллельных вычислений меняет емкость и ток.

Когда подходит блок питания 7,4 В?

Блок питания 7,4 В может подойти в следующих случаях:

• Устройство рассчитано на диапазон напряжений 2S;

• В изделии используется система питания среднего напряжения;

• Компактная серия из двух ячеек подходит для этого устройства;

• Требуемая мощность может быть подана при имеющемся токе;

• Зарядное устройство и BMS поддерживают работу 2S.

ЦЕРНЕ На странице литиевых батарей 7,4 В приведены примеры аккумуляторных батарей различной емкости и физических размеров.

3. Аккумуляторные батареи 11,1 В.

Аккумуляторная батарея на 11,1 В обычно имеет конфигурацию 3S.

Основные электрические характеристики

Стандартный блок питания 11,1 В обычно имеет:

• Номинальное напряжение: 11,1 В;

• Напряжение полной зарядки: 12,6 В;

• Три группы клеток последовательно;

• Емкость определяется индивидуальной ячейкой или параллельной конфигурацией.

Пример: блок 11,1 В, 2000 мАч.

Комплект 3S1P с тремя аккумуляторами емкостью 2000 мАч обеспечивает примерно:

• Номинальное напряжение: 11,1 В;

• Емкость: 2000 мАч;

• Номинальная энергия: 22,2 Втч.

Пакет 3S2P с использованием шести элементов емкостью 2000 мАч обеспечивает примерно:

• Номинальное напряжение: 11,1 В;

• Емкость: 4000 мАч;

• Номинальная энергия: 44,4 Втч.

Когда подходит блок питания 11,1 В?

Блок питания 11,1 В можно рассматривать в следующих случаях:

• В устройстве используется платформа напряжения 3S;

• Система питания требует более высокого напряжения, чем 7,4 В;

• Устройство выигрывает от более низкого тока при той же мощности;

• Доступное пространство может вместить три группы ячеек серии;

• Зарядное устройство и BMS поддерживают работу 3S.

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

4. Аккумуляторные батареи 14,8 В.

Аккумуляторная батарея на 14,8 В обычно имеет конфигурацию 4S.

Основные электрические характеристики

Стандартный блок питания 14,8 В обычно имеет:

• Номинальное напряжение: 14,8 В;

• Напряжение полной зарядки: 16,8 В;

• Четыре группы клеток последовательно;

• Емкость определяется индивидуальной ячейкой или параллельной конфигурацией.

Пример: блок 14,8 В, 2000 мАч.

Пакет 4S1P с четырьмя аккумуляторами емкостью 2000 мАч обеспечивает примерно:

• Номинальное напряжение: 14,8 В;

• Емкость: 2000 мАч;

• Номинальная энергия: 29,6 Втч.

Пакет 4S2P, использующий восемь ячеек емкостью 2000 мАч, обеспечивает примерно:

• Номинальное напряжение: 14,8 В;

• Емкость: 4000 мАч;

• Номинальная энергия: 59,2 Втч.

Когда подходит блок питания 14,8 В?

Блок питания на 14,8 В можно рассматривать в следующих случаях:

• Устройство рассчитано на вход 4S;

• Энергосистема требует более высокого напряжения;

• Устройству требуется меньший ток для определенного уровня мощности;

• Размер и вес упаковки приемлемы;

• Зарядное устройство и BMS поддерживают диапазон напряжения 4S.

ЦЕРНЕ На странице литиевого аккумулятора 14,8 В приведены примеры литий-полимерных аккумуляторов 4S.

5. Сравнение напряжений при одинаковой мощности

Чтобы справедливо сравнить три платформы напряжения, предположим, что каждая упаковка имеет одинаковую емкость 2000 мАч или 2 Ач.

Аккумуляторы более высокого напряжения содержат больше номинальной энергии при одинаковой емкости в ампер-часах.

Однако это не означает, что блок более высокого напряжения можно подключить напрямую к любому устройству. Входной диапазон устройства, преобразователь, зарядное устройство, BMS и контроллер двигателя должны поддерживать выбранное напряжение.

6. Как напряжение влияет на ток

Для данного уровня мощности:

Ток = Мощность ÷ Напряжение

Предположим, устройству требуется мощность 20 Вт.

Более высокое напряжение может уменьшить ток, необходимый для той же мощности. Это может повлиять на:

• Размер провода;

• Рейтинг разъема;

• текущий рейтинг БМС;

• Электрические потери;

• Выработка тепла;

• Конструкция преобразователя.

Однако преимущество по более низкому току имеет значение только в том случае, если электроника устройства рассчитана на более высокое напряжение.

Батарея на 14,8 В, подключенная к устройству, рассчитанному на напряжение 7,4 В, может повредить входную цепь, даже если батарея имеет аналогичную емкость.

7. Напряжение, мощность и время работы

Само по себе напряжение не определяет время работы.

Время выполнения зависит от:

• Номинальное напряжение;

• Емкость в Ач;

• Мощность устройства;

• Полезная энергия;

• КПД преобразователя;

• отключение BMS;

• Температура;

• Операционный профиль.

Основная энергетическая формула такова:

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

Оценка времени выполнения:

Время работы = Полезная энергия (Втч) ÷ Средняя мощность устройства (Вт)

Например, если устройство потребляет 10 Вт:

• 7,4 В, аккумулятор 2 Ач = номинальная энергия 14,8 Втч;

• Блок 11,1 В, 2 Ач = номинальная энергия 22,2 Втч;

• Блок 14,8 В, 2 Ач = номинальная энергия 29,6 Втч.

В этом примере блок на 14,8 В имеет больше номинальной энергии, но окончательное время работы зависит от полезной мощности и эффективности системы.

Подробные расчеты времени выполнения см. Как рассчитать время работы литиевой батареи.

8. Требования к зарядному устройству

Зарядное устройство должно соответствовать напряжению аккумуляторной батареи.

Использование неправильного зарядного устройства может привести к:

• Заниженная стоимость;

• Перезарядка;

• Чрезмерное тепло;

• Отключение защиты;

• Дисбаланс клеток;

• Повреждение аккумулятора;

• Риск безопасности.

Зарядный ток также должен быть совместим с:

• Спецификация ячейки;

• Емкость упаковки;

• БМС;

• Термические условия;

• Требуемое время зарядки.

Зарядное устройство следует оценивать вместе с аккумулятором и BMS, а не выбирать отдельно.

9. Требования BMS для блоков 7,4 В, 11,1 В и 14,8 В.

Количество серий влияет на конструкцию BMS.

Пакет 7,4 В

Для блока 7,4 В обычно требуется структура защиты и балансировки 2S, если он содержит две последовательные группы ячеек.

Пакет 11,1 В

Для блока на 11,1 В обычно требуется 3S BMS или конструкция защиты, которая контролирует три группы серий.

Пакет 14,8 В

Для блока на 14,8 В обычно требуется 4S BMS или конструкция защиты, которая контролирует четыре группы серий.

BMS может потребоваться предоставить:

• Мониторинг напряжения ячейки;

• 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.

BMS должна соответствовать фактической конфигурации упаковки. BMS 2S не следует использовать для комплекта 3S или 4S.

10. Механические и весовые аспекты.

Переход от 7,4 В к 11,1 В или 14,8 В обычно увеличивает количество последовательных групп ячеек. Это может повлиять на:

• Длина упаковки;

• Ширина упаковки;

• Толщина упаковки;

• Расположение ячеек;

• Прокладка кабеля;

• позиция БМС;

• Масса;

• Требования к жилью;

• Рассеяние тепла.

Поэтому платформу напряжения следует выбирать вместе с доступным пространством для установки.

Батарея на 14,8 В может обеспечить больше энергии при той же номинальной мощности, но для нее также может потребоваться больше ячеек, больший корпус или другая компоновка батареи.

Более широкие критерии проектирования аккумуляторной батареи см. Конструкция литий-ионного аккумуляторного блока: напряжение, емкость, BMS и время работы.

11. Практические примеры выбора OEM

Пример 1: Устройство рассчитано на напряжение 7,4 В.

Предположим, что OEM-продукт требует:

• Номинальное входное напряжение: примерно 7,4 В;

• Целевая емкость: 3000 мАч;

• Умеренный ток;

• Компактный батарейный отсек.

Подходящей предварительной конфигурацией может быть:

2S2P с использованием двух параллельных групп ячеек емкостью 1500 мАч

Устройство должно быть проверено на:

• Вход полной зарядки 8,4 В;

• 2С БМС;

• 2S зарядка;

• Текущие возможности;

• Размеры упаковки;

• Требуемое время выполнения.

Пример 2: Устройство рассчитано на напряжение 11,1 В.

Предположим, что промышленному устройству требуется:

• Номинальное входное напряжение: примерно 11,1 В;

• Целевая емкость: 4000 мАч;

• Стабильная мощность для непрерывного рабочего цикла.

Предварительная конфигурация может быть:

3S2P с использованием двух параллельных групп ячеек емкостью 2000 мАч

Аккумуляторную систему следует проверить на наличие:

• Напряжение полной зарядки 12,6 В;

• 3С БМС;

• Соответствующее зарядное устройство;

• Балансировка ячеек;

• Пиковый ток;

• Тепловая и механическая защита.

Пример 3: Устройство рассчитано на напряжение 14,8 В.

Предположим, что устройству большей мощности требуется:

• Номинальное входное напряжение: примерно 14,8 В;

• Целевая емкость: 4000 мАч;

• Меньший ток при той же мощности;

• Доступный аккумуляторный отсек большего размера.

Предварительная конфигурация может быть:

4S2P с использованием двух параллельных групп ячеек емкостью 2000 мАч

Команда разработчиков должна подтвердить:

• Совместимость с полной зарядкой 16,8 В;

• 4С БМС;

• Напряжение зарядного устройства;

• Изоляция входной цепи;

• Характеристики разъема и кабеля;

• Вес упаковки и установка.

12. Какое напряжение лучше всего подходит для OEM-устройства?

Не существует универсального лучшего напряжения.

Выбирайте 7,4 В, когда:

• Устройство рассчитано на вход 2S;

• Требуется аккумуляторная платформа среднего напряжения;

• Подходит компактная двухрядная конструкция ячеек;

• Потребность в мощности может поддерживаться в пределах текущего ограничения.

Выберите 11,1 В, когда:

• Устройство рассчитано на вход 3S;

• Требуется большее напряжение, чем обеспечивает платформа 7,4 В;

• Меньший ток выгоден;

• Электроника устройства и зарядное устройство поддерживают работу 3S.

Выбирайте 14,8 В, когда:

• Устройство рассчитано на вход 4S;

• Энергосистеме требуется более высокое напряжение;

• Более низкий ток полезен для приложения;

• Продукт может вместить более крупную электрическую и механическую систему.

Правильный выбор всегда должен начинаться с спецификации устройства, а не со списка доступного напряжения производителя батареи.

13. Распространенные ошибки при выборе напряжения

Ошибка 1: выбор самого высокого напряжения

Более высокое напряжение не означает автоматически лучшее. Оно может превышать максимальную входную мощность устройства.

Ошибка 2: игнорирование напряжения полной зарядки

Блок 7,4 В может достигать примерно 8,4 В. Блок 14,8 В может достигать примерно 16,8 В.

Ошибка 3: сравнение только номинального напряжения

Устройство должно быть совместимо со всем диапазоном рабочего напряжения.

Ошибка 4: использование неправильного зарядного устройства

Зарядное устройство должно соответствовать конфигурации 2S, 3S или 4S.

Ошибка 5: Игнорирование требований BMS

BMS должна соответствовать количеству серий и текущему спросу.

Ошибка 6: предположение, что одинаковая мАч означает одинаковое время работы

Блок более высокого напряжения с тем же номиналом Ач имеет больше номинальной энергии, но мощность устройства и эффективность преобразователя по-прежнему определяют время работы.

Ошибка 7: копирование конфигурации с другого устройства

Блок 7,4 В, 11,1 В или 14,8 В следует выбирать в зависимости от конкретного хост-устройства, а не только от аналогичного продукта.

14. Контрольный список сравнения напряжений

Прежде чем выбрать аккумуляторный блок, подтвердите:

• Номинальное напряжение устройства;

• Минимальное напряжение устройства;

• Максимальное напряжение устройства;

• Допуск напряжения полной зарядки;

• Требуемая емкость аккумулятора;

• Непрерывный ток;

• Пиковый ток;

• Целевое время выполнения;

• Напряжение зарядного устройства;

• Зарядный ток;

• количество серий BMS;

• Требования к балансировке ячеек;

• Рейтинг разъема;

• Размер кабеля;

• Размеры упаковки;

• Максимальный вес;

• Рабочая температура;

• Требования к тестированию;

• Ожидаемый объем производства.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между аккумулятором на 7,4 В и аккумулятором на 11,1 В?

Блок 7,4 В обычно представляет собой конфигурацию 2S, а блок 11,1 В обычно представляет собой конфигурацию 3S. Блок 11,1 В имеет более высокое номинальное напряжение и напряжение полной зарядки.

В чем разница между аккумулятором на 11,1 В и аккумулятором на 14,8 В?

Пакет на 11,1 В обычно имеет тип 3S, а пакет на 14,8 В — обычно 4S. Для блока на 14,8 В требуется зарядное устройство более высокого напряжения и BMS, предназначенный для четырех групп ячеек серии.

Является ли аккумуляторная батарея на 14,8 В более мощной, чем аккумуляторная батарея на 7,4 В?

Не обязательно. Блок питания на 14,8 В может обеспечить большую мощность, если устройство предназначено для этого, но общий результат зависит от емкости, текущих возможностей, характеристик ячейки и конструкции системы.

Могу ли я использовать батарею 14,8 В на устройстве 7,4 В?

Обычно нет, если только устройство не оснащено подходящим преобразователем напряжения и не предназначено специально для приема более высокого входного напряжения. Производитель устройства или инженер по батареям должен подтвердить совместимость.

Какое зарядное устройство нужно для аккумуляторной батареи 7,4 В?

Для стандартного LiPo-аккумулятора напряжением 7,4 В обычно требуется зарядное устройство 2S с напряжением полной зарядки примерно 8,4 В.

Какое напряжение дольше: 7,4 В, 11,1 В или 14,8 В?

Время работы нельзя определить только по напряжению. Это зависит от ватт-часов, полезной мощности, мощности устройства, эффективности преобразования, отключения BMS и условий эксплуатации.

Подходят ли аккумуляторные блоки на 7,4 В, 11,1 В и 14,8 В для OEM-продукции?

Да, их можно использовать для OEM-продуктов, если напряжение, ток, емкость, зарядное устройство, BMS, размеры и требования к испытаниям соответствуют главному устройству.

Заключение

Аккумуляторные блоки на 7,4 В, 11,1 В и 14,8 В обычно основаны на:

• 7,4 В = 2 С;

• 11,1 В = 3S;

• 14,8 В = 4S.

Их общие напряжения полной зарядки:

• Пакет 7,4 В = 8,4 В;

• Пакет 11,1 В = 12,6 В;

• Пакет 14,8 В = 16,8 В.

Правильный аккумуляторный блок зависит от диапазона напряжения OEM-устройства, потребляемой мощности, емкости, времени автономной работы, зарядного устройства, BMS, разъема, размеров и условий эксплуатации.

Аккумулятор на 14,8 В автоматически не лучше, чем аккумулятор на 7,4 В или 11,1 В. Правильное напряжение — это то, которое соответствует всей системе питания изделия.

Если вы выбираете аккумуляторную батарею 7,4 В, 11,1 В или 14,8 В для OEM-устройства, сообщите технической команде ZERNE о применении, требуемом напряжении, емкости, потребляемом токе, размерах, разъеме и ожидаемом количестве. ZERNE предоставляет индивидуальные решения для литиевых батарей и может помочь оценить подходящую платформу напряжения для вашего продукта.