Таблица напряжения батареи дрона: 3S, 4S, 6S и 3,7 В против 22,2 В

Выбор правильного напряжения является одним из первых технических решений при разработке или эксплуатации дрона. Напряжение батареи дрона влияет на скорость двигателя, совместимость электронного регулятора скорости, потребляемый ток, подачу энергии и общую конструкцию двигательной установки.

Такие термины, как 3S, 4S и 6S, обычно используются в приложениях FPV и промышленных дронах, но они могут сбить с толку новых покупателей. Такая маркировка, как 4S, не описывает емкость аккумулятора. Он описывает количество ячеек, соединенных последовательно. Аналогично, 3,7 В и 22,2 В обычно не относятся к одному и тому же типу батареи. Первый обычно описывает номинальное напряжение одного литиевого элемента, а второй обычно описывает номинальное напряжение последовательного блока из шести элементов.

Понимание напряжения аккумуляторов дронов помогает инженерам и группам закупок избегать несовместимых комбинаций аккумуляторов, двигателей, регуляторов скорости и зарядных устройств. В этом руководстве объясняется напряжение батареи 3S, , напряжение батареи 4S , , напряжение батареи 6S , разница между 3,7 В и 22,2 В, а также значение номинального напряжения, напряжения полной зарядки и напряжения отключения.

В этой статье основное внимание уделяется определениям напряжения и совместимости. Он не обеспечивает полного сравнения конфигураций. Для выбора конфигурации см. Сравнение LiPo-аккумуляторов 3S, 4S и 6S.

Быстрый ответ

Для типичного аккумулятора дрона LiPo номинальное напряжение одной ячейки составляет примерно 3,7 В, а напряжение полной зарядки — примерно 4,2 В.

Основные значения напряжения:

Поэтому:

• Напряжение батареи 4S обычно составляет 14,8 В номинально и 16,8 В при полной зарядке.

• Напряжение батареи 6S обычно составляет 22,2 В номинально и 25,2 В при полной зарядке.

• Напряжение батареи 3,7 В обычно относится к номинальному напряжению одного литиевого элемента.

• Батарея на 22,2 В обычно относится к аккумуляторной батарее из шести ячеек.

• Фактическое напряжение во время работы постоянно меняется по мере зарядки или разрядки аккумулятора.

Эти значения являются стандартными значениями конструкции для обычных элементов LiPo. Точный рабочий диапазон, предупреждение о низком напряжении и настройка отключения зависят от химического состава элементов, производителя батареи, стратегии управления батареями, ESC, контроллера полета и системы дрона.

Что означает буква «S» на батарее дрона?

Буква «S» означает количество ячеек, соединенных последовательно..

Когда элементы соединены последовательно, их напряжения складываются, а емкость в ампер-часах остается примерно одинаковой. Таким образом, число перед буквой «S» указывает на количество ячеек серии.

Например:

• 3S означает три ячейки, соединенные последовательно;

• 4S означает четыре ячейки, соединенные последовательно;

• 6S означает шесть ячеек, соединенных последовательно.

Если номинальное напряжение каждой ячейки составляет 3,7 В, напряжение батареи можно рассчитать следующим образом:

Номинальное напряжение упаковки = количество последовательных ячеек × номинальное напряжение ячейки.

Поэтому:

• 3S = 3×3,7В = 11,1В;

• 4S = 4×3,7В = 14,8В;

• 6S = 6×3,7В = 22,2В.

Напряжение полной зарядки составляет примерно 4,2 В на ячейку:

Напряжение полной зарядки аккумулятора = количество последовательных ячеек × 4,2 В.

Поэтому:

• Полная зарядка 3S = 3 × 4,2 В = 12,6 В;

• Полный заряд 4S = 4 × 4,2 В = 16,8 В;

• Полный заряд 6S = 6 × 4,2 В = 25,2 В.

Обозначение «S» не указывает на емкость аккумулятора, его разрядную способность, физические размеры или тип разъема. Эти характеристики должны оцениваться отдельно.

3,7 В против 22,2 В: в чем разница?

Разница между напряжением батареи 3,7 В и батареей 22,2 В в основном представляет собой разницу между одноэлементным и последовательным блоком из шести элементов.

3,7 В обычно соответствует одной ячейке

Один LiPo или литий-ионный элемент обычно имеет номинальное напряжение 3,7 В. Это не означает, что ячейка всегда измеряет напряжение ровно 3,7 В.

В зависимости от состояния заряда одна ячейка может измерять:

• примерно 4,2 В при полной зарядке;

• примерно 3,7 В при номинальном напряжении;

• меньшее напряжение при разряде;

• минимальное напряжение, определенное производителем, ближе к концу разряда.

Номинальное значение используется для классификации аккумуляторов и расчетов энергопотребления. Это не фиксированное рабочее напряжение.

22,2 В обычно соответствует пакету 6S.

Батарея на 22,2 В обычно состоит из шести ячеек, соединенных последовательно:

6 × 3,7 В = 22,2 В

При полной зарядке одной и той же упаковки хватает приблизительно:

6 × 4,2 В = 25,2 В

Это означает, что батарея с маркировкой 22,2 В не является более высоковольтной версией одной ячейки 3,7 В. Это многоячеечный пакет, предназначенный для системы, поддерживающей работу 6S.

Почему разница имеет значение

Устройство, рассчитанное на одну ячейку 3,7 В, обычно не может работать с батареей на 22,2 В. Подача более высокого напряжения, чем может выдержать электроника, может привести к повреждению двигателя, ESC, контроллера полета, датчиков или системы распределения энергии.

Прежде чем выбрать пакет, подтвердите:

• поддерживаемый диапазон напряжения двигателя;

• максимальное входное напряжение ESC;

• требования к полетному контроллеру и силовому модулю;

• количество поддерживаемых зарядным устройством ячеек;

• конструкция разъема и проводки;

• физические размеры и полярность батареи.

Понимание номинального напряжения, напряжения полной зарядки и напряжения отсечки

Описания напряжения могут сбивать с толку, поскольку одна батарея может иметь несколько соответствующих значений напряжения.

Номинальное напряжение

Номинальное напряжение — это стандартное эталонное значение, используемое для описания элемента или блока. Для многих аккумуляторов LiPo для дронов номинальное напряжение одной ячейки составляет примерно 3,7 В.

Номинальное напряжение полезно для:

• определение конфигурации батареи;

• сравнение энергии батареи;

• соответствие аккумуляторов характеристикам системы;

• расчет приблизительных ватт-часов;

• описание аккумуляторных продуктов и категорий упаковок.

Его не следует интерпретировать как напряжение, которое остается постоянным на протяжении всего полета.

Напряжение полной зарядки

Напряжение полной зарядки — это максимальное напряжение, достигаемое при зарядке аккумулятора в соответствии со спецификациями зарядки производителя.

Для типичного аккумулятора LiPo значение полного заряда составляет примерно 4,2 В. Соответствующие значения упаковки:

Зарядное устройство должно быть настроено на правильное количество ячеек. Зарядное устройство для 4S нельзя использовать так, как если бы оно заряжало аккумулятор 6S.

Подробные процедуры зарядки, балансовую зарядку и безопасность зарядки см. Как безопасно зарядить LiPo аккумулятор дрона: руководство.

Напряжение отсечки

Напряжение отключения — это нижний предел напряжения, при котором система дрона снижает мощность, активирует предупреждение или прекращает нормальную работу для защиты аккумулятора.

Не существует единого универсального значения отключения для каждой батареи дрона. Правильная настройка зависит от:

• клеточная химия;

• характеристики производителя аккумулятора;

• нагрузка и провалы напряжения;

• программирование ESC и полетного контроллера;

• температура батареи;

• текущий спрос;

• Требования к резерву безопасности.

Напряжение, измеренное во время сильноточного полета, может быть ниже напряжения покоя батареи из-за провала напряжения. По этой причине защиту от отключения следует настраивать и проверять в реальных условиях эксплуатации, а не на основе одного измерения напряжения без нагрузки.

Объяснение напряжения аккумулятора 3S

Аккумулятор 3S состоит из трех ячеек, соединенных последовательно.

Батарея 3S часто используется в небольших дронах, легких FPV-платформах и системах, рассчитанных на более низкое напряжение питания. Это может подойти, если двигатель и ESC разработаны для диапазона 3S.

Обозначение 3S само по себе не указывает:

• время полета;

• емкость аккумулятора;

• максимальный ток;

• C-рейтинг;

• вес батареи;

• тяга двигателя;

• тип зарядного устройства;

• стиль разъема.

Блоки 3S емкостью 2200 мАч и блоки 3S емкостью 5000 мАч имеют одинаковое номинальное напряжение, но разную энергию, размер и вес.

Объяснение напряжения аккумулятора 4S

Батарея 4S состоит из четырех ячеек, соединенных последовательно.

Стандартное напряжение аккумулятора 4S составляет 14,8 В номинально и 16,8 В при полной зарядке.

Пакет 4S может обеспечивать более высокое напряжение системы, чем блок 3S той же емкости. Это может позволить двигательной системе подавать необходимую мощность на другом уровне тока, но это не означает автоматически, что дрон будет летать дольше.

Пакет 4S должен сочетаться с:

• двигатель, рассчитанный на работу 4S;

• ESC, способный выдерживать входное напряжение не менее 16,8 В;

• совместимый полетный контроллер и система питания;

• зарядное устройство, рассчитанное на четыре элемента;

• подходящие гребные винты и настройки двигательной установки.

Правильное напряжение определяется всей конструкцией силовой установки, а не только емкостью аккумулятора.

Объяснение напряжения аккумулятора 6S

Аккумулятор 6S состоит из шести ячеек, соединенных последовательно.

Стандартное напряжение аккумулятора 6S составляет 22,2 В номинально и 25,2 В при полной зарядке.

Пакеты 6S обычно рассматриваются для мощных дронов, включая требовательные FPV-платформы и промышленные БПЛА. Однако 6S не является автоматически лучше, чем 3S или 4S.

Система 6S требует совместимости по всей электрической цепи:

• аккумуляторный блок;

• мотор;

• ЭКУ;

• пропеллер;

• электрораспределительный щит;

• зарядное устройство;

• разъемы и проводка;

• полетный контроллер и регуляторы напряжения.

На странице аккумуляторов для небольших промышленных дронов ZERNE показаны примеры промышленных аккумуляторов, использующих конфигурации 4S, 6S, 8S и 12S, демонстрируя, что выбор напряжения зависит от конкретной промышленной платформы и требуемой мощности, а не от универсальной «лучшей» конфигурации. См. решения для небольших промышленных аккумуляторов для дронов.

Как напряжение влияет на мощность и ток дрона

Электрическую мощность можно выразить по следующей формуле:

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

Когда требуемая мощность остается прежней, увеличение напряжения может уменьшить требуемый ток в идеализированном расчете.

Например:

Это упрощенные примеры. Фактический ток дрона зависит от эффективности двигателя, эффективности ESC, нагрузки на пропеллер, режима полета, полезной нагрузки, температуры и напряжения батареи под нагрузкой.

Система с более высоким напряжением может снизить ток в некоторых условиях эксплуатации, что может повлиять на:

• размер кабеля;

• выбор разъема;

• резистивные потери;

• выделение тепла;

• потребность в разряде батареи;

• эффективность энергосистемы.

Однако само по себе напряжение не определяет производительность. Номинал KV двигателя, размер пропеллера, настройки ESC и механическая конструкция должны оцениваться вместе.

Дополнительную информацию о токе, непрерывном разряде и провале напряжения см. Руководство по рейтингу C батареи для дрона.

Последовательные и параллельные конфигурации батарей

В аккумуляторных блоках дронов могут использоваться последовательные, параллельные соединения или их комбинация.

Последовательное соединение

Ячейки, соединенные последовательно, повышают напряжение, сохраняя при этом емкость в ампер-часах примерно неизменной.

Например:

• четыре последовательно соединенных элемента 3,7 В образуют блок 4S;

• номинальное напряжение становится 14,8В;

• емкость остается примерно равной емкости одной ячейки.

Параллельное соединение

Ячейки, соединенные параллельно, увеличивают емкость, сохраняя при этом номинальное напряжение примерно неизменным.

Например:

• две параллельно соединенные ячейки 3,7 В сохраняют номинальное напряжение примерно 3,7 В;

• доступная мощность в ампер-часах увеличивается примерно вдвое;

• рюкзак может хранить больше энергии, но может стать больше и тяжелее.

Последовательно-параллельный пакет

Последовательно-параллельная упаковка сочетает в себе обе схемы. Такая конфигурация, как 4S2P, может содержать четыре последовательные группы, по две совпадающие ячейки в каждой параллельной группе.

Точная конструкция влияет на:

• номинальное напряжение;

• емкость;

• энергия;

• максимальный ток;

• балансировка клеток;

• размеры упаковки;

• термическое поведение;

• BMS или требования к защите.

Для индивидуальных применений дронов производитель аккумуляторов должен получить необходимое напряжение, емкость, ток, размеры, вес и информацию о разъемах, прежде чем рекомендовать структуру аккумулятора.

Как согласовать напряжение аккумулятора дрона с двигательной системой

Прежде чем выбирать конфигурацию напряжения, просмотрите всю электрическую систему.

Совместимость двигателей

В характеристиках двигателя обычно указано поддерживаемое количество ячеек или диапазон напряжения. Использование более высокого напряжения, чем может выдержать двигатель, может привести к увеличению скорости вращения, нагреванию и механическому напряжению.

Совместимость с ЭКУ

ESC должен поддерживать максимальное заряженное напряжение аккумулятора, а не только его номинальное напряжение. Например, номинальное напряжение системы 6S LiPo составляет 22,2 В, но при полной зарядке оно может достигать примерно 25,2 В.

Пропеллер и рейтинг КВ

Выбранное напряжение изменяет скорость двигателя и ходовые качества. Комбинация двигателя и гребного винта, предназначенная для работы в режиме 4S, может не подойти для режима 6S без изменения конструкции или изменения конфигурации.

Разъем и проводка

Более высокий ток может увеличить падение напряжения и нагрев разъемов и кабелей. Разъем, калибр провода, паяные соединения и защитные компоненты следует выбирать с учетом фактического тока и условий эксплуатации.

Совместимость зарядного устройства

Зарядное устройство должно поддерживать правильное количество ячеек и химический состав батареи. Зарядное устройство 4S не следует использовать для аккумулятора 6S. Балансная зарядка особенно важна для многоячеечных аккумуляторов LiPo.

Контроллер полета и аксессуары

Датчикам, камерам, радиоприемникам, модулям питания и другой электронике может потребоваться регулируемое напряжение. Убедитесь, что система распределения и преобразования напряжения может безопасно принимать выбранное напряжение батареи.

Распространенные ошибки выбора напряжения

Путаница номинального напряжения с напряжением полной зарядки

Батарея 4S обычно имеет напряжение 14,8 В, но при полной зарядке она достигает примерно 16,8 В. Проектирование только для номинального значения может привести к недостаточному допуску по напряжению.

Рассматривая 3,7 В как постоянное напряжение

Этикетка 3,7 В является номинальной классификацией. Фактическое напряжение элемента меняется во время зарядки и разрядки.

Предполагая, что более высокое напряжение означает более длительное время полета

Время полета зависит от общей энергии, потребляемой мощности, веса батареи, эффективности тяги и условий эксплуатации. Более высокое напряжение может улучшить распределение тока в некоторых системах, но не гарантирует более длительного времени работы.

Использование неправильной настройки зарядного устройства

Зарядка аккумулятора с неправильной настройкой количества ячеек может создать серьезную угрозу безопасности. Перед зарядкой всегда проверяйте этикетку аккумулятора, настройки зарядного устройства и балансировочный разъем.

Выбор аккумулятора только по напряжению

Напряжение необходимо учитывать вместе с мощностью, классом C, размерами, весом, разъемом, температурными условиями и требованиями применения.

Что производители дронов должны предоставить производителю аккумуляторов

При запросе индивидуальной батареи предоставьте следующую информацию:

• необходимое номинальное напряжение;

• максимальное напряжение зарядки;

• количество клеток-мишеней;

• необходимая мощность;

• постоянный ток;

• пиковый ток;

• характеристики двигателя и ESC;

• максимальные габариты батареи;

• максимальный вес аккумулятора;

• тип разъема и длина кабеля;

• способ зарядки;

• диапазон рабочих температур;

• полезная нагрузка и профиль полета;

• требования к защите, PCM или BMS;

• необходимая документация и рынки доставки.

ЦЕРНЕ Служба индивидуального обслуживания аккумуляторов может быть использована для обсуждения конфигурации, размеров, разъемов, защитных компонентов и условий применения.

Для платформ FPV ZERNE Аккумуляторное решение для FPV-дрона отличается высокой выходной мощностью, плотностью энергии и легким дизайном. Для промышленных БПЛА выбор напряжения должен также учитывать профессиональную полезную нагрузку, надежность, безопасность и условия окружающей среды.

Часто задаваемые вопросы

Какое напряжение у аккумулятора 4S LiPo?

Типичная батарея 4S LiPo имеет номинальное напряжение 14,8 В и приблизительное напряжение полной зарядки 16,8 В. Фактическое напряжение изменяется во время работы.

Какое напряжение у аккумулятора 6S LiPo?

Типичная аккумуляторная батарея 6S LiPo имеет номинальное напряжение 22,2 В и приблизительное напряжение полной зарядки 25,2 В.

3,7 В — это то же самое, что 22,2 В?

№ 3,7 В обычно описывает номинальное напряжение одного литиевого элемента. Под напряжением 22,2 В обычно понимают шесть ячеек 3,7 В, соединенных последовательно.

Что означает 4S на аккумуляторе дрона?

4S означает, что четыре элемента батареи соединены последовательно. Напряжение добавляется к элементам, создавая номинальное напряжение примерно 14,8 В для типичных элементов LiPo.

Обеспечивает ли батарея 6S напряжение в два раза больше, чем батарея 3S?

Примерно. Типичный блок 3S имеет номинальное напряжение 11,1 В, а типичный блок 6S — 22,2 В. Однако полная конструкция блока, емкость, токовая нагрузка и вес также влияют на производительность системы.

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

Нет, если только двигатель дрона, ESC, пропеллер и система управления не рассчитаны на безопасную работу в обеих конфигурациях. Аккумулятор следует выбирать в соответствии с полной спецификацией двигательной установки.

Всегда ли более высоковольтная батарея для дрона лучше?

Нет. Наиболее подходящее напряжение зависит от двигателя, регулятора скорости, гребного винта, полезной нагрузки, потребляемого тока, веса аккумулятора и применения. Более высокое напряжение может быть предпочтительным в некоторых мощных системах, но не всегда оно лучше.

Могу ли я зарядить аккумулятор 6S с помощью зарядного устройства 4S?

Зарядное устройство должно поддерживать количество ячеек и химический состав батареи. Зарядное устройство или настройки, предназначенные для 4S, не следует использовать для зарядки аккумулятора 6S.

Почему измеренное напряжение отличается от этикетки?

На этикетке обычно указано номинальное напряжение. Измеренное напряжение зависит от состояния заряда, нагрузки, температуры, баланса элементов и условий измерения.

Как выбрать правильное напряжение аккумулятора дрона?

Начните с требований к двигателю и ESC, затем подтвердите пропеллер, контроллер полета, зарядное устройство, полезную нагрузку, мощность, ток и физические ограничения. Если приложение разрабатывается для производства, предоставьте эти требования производителю батареи для проверки на уровне системы.

Заключение

Понимание напряжения аккумулятора дрона необходимо для выбора совместимой и надежной системы питания. Типичный аккумулятор LiPo имеет номинальное напряжение примерно 3,7 В и 4,2 В при полной зарядке. Номинальное напряжение блока 3S составляет примерно 11,1 В, номинала блока 4S — примерно 14,8 В, номинального напряжения блока 6S — примерно 22,2 В.

Наиболее важным моментом является то, что номинальное напряжение — это лишь часть выбора батареи. Аккумулятор также должен соответствовать двигателю, ESC, пропеллеру, зарядному устройству, разъему, емкости, классу C, весу и условиям эксплуатации.

Для OEM-проектов и промышленных дронов правильное напряжение должно быть проверено с учетом фактического тока, полезной нагрузки и условий полета. Нужна помощь в выборе совместимой конфигурации аккумулятора 3S, 4S или 6S? Свяжитесь с ZERNE для оценки индивидуальной батареи дрона.