Drönarbatterispänningsguide: 3S, 4S, 6S och 3,7V vs 22,2V

Att välja rätt spänning är ett av de första tekniska besluten när man utvecklar eller använder en drönare. Spänningen hos ett drönarbatteri påverkar motorhastigheten, kompatibiliteten för elektronisk hastighetsregulator, strömbehov, kraftleverans och den övergripande designen av framdrivningssystemet.

Termer som 3S, 4S och 6S används ofta i FPV och industriella drönarapplikationer, men de kan vara förvirrande för nya köpare. En etikett som 4S beskriver inte batterikapaciteten. Den beskriver antalet celler kopplade i serie. På samma sätt hänvisar 3,7V och 22,2V normalt inte till samma typ av batteri. Den första beskriver vanligtvis den nominella spänningen för en litiumcell, medan den andra normalt beskriver den nominella spänningen för ett sexcellsseriepaket.

Att förstå drönarbatteriets spänning hjälper ingenjörer och inköpsteam att undvika inkompatibla kombinationer av batterier, motorer, ESC:er och laddare. Den här guiden förklarar 3S batterispänning , 4S batterispänning , 6S batterispänning , skillnaden mellan 3,7V och 22,2V, och innebörden av nominell, full laddning och cutoff spänning.

Den här artikeln fokuserar på spänningsdefinitioner och kompatibilitet. Det ger inte en fullständig konfigurationsjämförelse. För val av konfiguration, se 3S vs. 4S vs. 6S LiPo batteri jämförelse.

Snabbt svar

För ett typiskt LiPo drönarbatteri har en cell en nominell spänning på cirka 3,7V och en fullladdningsspänning på cirka 4,2V.

De grundläggande spänningsvärdena är:

Därför:

• 4S batterispänning är normalt 14,8V nominell och 16,8V när den är fulladdad.

• 6S batterispänning är normalt 22,2V nominell och 25,2V när den är fulladdad.

• 3,7V batterispänning hänvisar i allmänhet till den nominella spänningen för en litiumcell.

• Ett 22,2V-batteri hänvisar i allmänhet till ett batteripaket med sex celler.

• Den faktiska spänningen under drift ändras kontinuerligt när batteriet laddas eller laddas ur.

Dessa värden är standarddesignreferenser för vanliga LiPo-celler. Det exakta driftsområdet, lågspänningsvarningen och avstängningsinställningen beror på cellkemi, batteritillverkare, batterihanteringsstrategi, ESC, flygkontroller och drönarsystem.

Vad betyder 'S' på ett drönarbatteri?

Bokstaven 'S' betyder antalet celler kopplade i serie.

När celler är seriekopplade adderas deras spänningar medan kapaciteten i amperetimmar förblir ungefär densamma. Siffran före 'S' indikerar därför cellantalet i serien.

Till exempel:

• 3S betyder tre celler kopplade i serie;

• 4S betyder fyra celler kopplade i serie;

• 6S betyder sex celler kopplade i serie.

Om varje cell har en nominell spänning på 3,7V, kan packspänningen beräknas enligt följande:

Packets nominella spänning = antal serieceller × nominell cellspänning

Därför:

• 3S = 3 × 3,7 V = 11,1 V;

• 4S = 4 × 3,7V = 14,8V;

• 6S = 6 × 3,7V = 22,2V.

Fullladdningsspänningen använder cirka 4,2V per cell:

Pack full-laddning spänning = antal serieceller × 4,2V

Därför:

• 3S full laddning = 3 × 4,2V = 12,6V;

• 4S full laddning = 4 × 4,2V = 16,8V;

• 6S full laddning = 6 × 4,2V = 25,2V.

'S'-beteckningen berättar inte batteriets kapacitet, urladdningskapacitet, fysiska dimensioner eller kontakttyp. Dessa specifikationer måste utvärderas separat.

3,7V vs. 22,2V: Vad är skillnaden?

Skillnaden mellan 3,7V batterispänning och ett 22,2V batteri är huvudsakligen skillnaden mellan en encells och ett sexcellsseriepaket.

3,7V representerar vanligtvis en cell

En enda LiPo- eller litiumjoncell beskrivs vanligtvis som att den har en nominell spänning på 3,7V. Det betyder inte att cellen alltid mäter exakt 3,7V.

Beroende på dess laddningstillstånd kan en enda cell mäta:

• cirka 4,2V när den är fulladdad;

• ungefär 3,7V vid nominell spänning;

• en lägre spänning under urladdning;

• en tillverkardefinierad minimispänning nära slutet av urladdningen.

Det nominella värdet används för batteriklassificering och energiberäkningar. Det är inte en fast driftspänning.

22,2V representerar vanligtvis ett 6S-paket

Ett 22,2V batteri innehåller normalt sex celler kopplade i serie:

6 × 3,7V = 22,2V

När det är fulladdat når samma paket ungefär:

6 × 4,2V = 25,2V

Detta betyder att ett batteri märkt 22,2V inte är en högre spänningsversion av en enda 3,7V-cell. Det är ett flercellspaket designat för ett system som stöder 6S-drift.

Varför skillnaden är viktig

En enhet designad för en 3,7V-cell kan normalt inte acceptera ett 22,2V-batteri. Att lägga på en högre spänning än vad elektroniken tål kan skada motorn, ESC, flygkontroller, sensorer eller kraftdistributionssystem.

Innan du väljer ett paket, bekräfta:

• motorns stödda spänningsområde;

• ESC:s maximala inspänning;

• kraven på flygledaren och kraftmodulen;

• laddarens cellantal som stöds;

• kontakten och ledningsdesignen;

• batteriets fysiska dimensioner och polaritet.

Förstå nominal-, full-laddnings- och cutoff-spänning

Spänningsbeskrivningar kan vara förvirrande eftersom ett enda batteri kan ha flera relevanta spänningsvärden.

Nominell spänning

Nominell spänning är standardreferensvärdet som används för att beskriva en cell eller pack. För många LiPo drönarbatterier klassificeras en cell som ungefär 3,7V nominell.

Nominell spänning är användbar för:

• identifiera batterikonfigurationer;

• jämföra batterienergi;

• matchande batterier med systemspecifikationer;

• beräkna ungefärliga wattimmar;

• som beskriver batteriprodukter och förpackningskategorier.

Det ska inte tolkas som den spänning som förblir konstant under hela flygningen.

Fullladdningsspänning

Full laddningsspänning är den maximala spänning som uppnås när batteriet laddas enligt tillverkarens laddningsspecifikation.

För en typisk LiPo-cell är fullladdningsvärdet cirka 4,2V. Motsvarande paketvärden är:

Laddaren måste konfigureras för korrekt cellantal. En laddare för 4S får inte användas som om den laddade ett 6S-paket.

För detaljerade laddningsprocedurer, balansladdning och laddningssäkerhet, se hur man laddar ett drönare LiPo-batteri på ett säkert sätt.

Brytspänning

Brytspänning är den nedre spänningsgränsen vid vilken drönarsystemet minskar effekten, aktiverar en varning eller stoppar normal drift för att skydda batteriet.

Det finns inget universellt gränsvärde för varje drönarbatteri. Rätt inställning beror på:

• cellkemi;

• batteritillverkarens specifikationer;

• belastning och spänningssänkning;

• ESC och flygkontrollprogrammering;

• batteritemperatur;

• nuvarande efterfrågan;

• säkerhetsreservkrav.

En spänning som mäts under högströmsflygning kan vara lägre än batteriets vilospänning på grund av spänningssänkning. Av denna anledning bör avstängningsskydd konfigureras och valideras under realistiska driftsförhållanden snarare än baserat på en obelastad spänningsmätning.

3S batterispänning förklaras

Ett 3S-batteri innehåller tre celler kopplade i serie.

Ett 3S-batteri används ofta i mindre drönare, lätta FPV-plattformar och system utformade för en lägre framdrivningsspänning. Det kan vara lämpligt när motorn och ESC är designade för 3S-serien.

3S-beteckningen indikerar inte i sig:

• flygtid;

• batterikapacitet;

• maximal ström;

• C-betyg;

• batterivikt;

• motorkraft;

• laddare typ;

• kontakt stil.

Ett 3S 2 200 mAh-paket och ett 3S 5 000 mAh-paket har samma nominella spänning men olika energi, storlek och vikt.

4S batterispänning förklaras

Ett 4S-batteri innehåller fyra celler kopplade i serie.

Standard 4S batterispänning är 14,8V nominell och 16,8V när den är fulladdad.

Ett 4S-paket kan ge en högre systemspänning än ett 3S-paket med samma kapacitet. Detta kan göra att framdrivningssystemet kan leverera den kraft som krävs vid en annan strömnivå, men det betyder inte automatiskt att drönaren kommer att flyga längre.

Ett 4S-paket måste matchas med:

• en motor klassad för 4S-drift;

• en ESC som kan tolerera minst 16,8V ingång;

• en kompatibel flygkontroll och ett kraftsystem;

• en laddare konfigurerad för fyra celler;

• lämpliga propellrar och framdrivningsinställningar.

Den korrekta spänningen bestäms av den kompletta framdrivningskonstruktionen, inte enbart av batterikapaciteten.

6S batterispänning förklaras

Ett 6S-batteri innehåller sex celler kopplade i serie.

Standard 6S batterispänning är 22,2V nominell och 25,2V när den är fulladdad.

6S-paket övervägs vanligtvis för drönarsystem med högre effekt, inklusive krävande FPV-plattformar och industriella UAV-applikationer. 6S är dock inte automatiskt bättre än 3S eller 4S.

Ett 6S-system kräver kompatibilitet över hela den elektriska kedjan:

• batteripaket;

• motor;

• ESC;

• propeller;

• kraftfördelningstavla;

• laddare;

• kontakter och ledningar;

• flygkontroller och spänningsregulatorer.

ZERNEs sida för små industriella drönarebatterier visar exempel på industripaket som använder 4S, 6S, 8S och 12S-konfigurationer, vilket visar att spänningsvalet beror på den specifika industriella plattformen och den nödvändiga utgången snarare än en universell 'bästa' konfiguration. Se den små industriella drönarbatterilösningar.

Hur spänning påverkar drönarens kraft och ström

Elektrisk effekt kan uttryckas med följande formel:

Effekt (W) = Spänning (V) × Ström (A)

När den erforderliga effekten förblir densamma kan ökande spänning minska strömmen som krävs i en idealiserad beräkning.

Till exempel:

Dessa är förenklade exempel. Den faktiska drönarströmmen beror på motoreffektivitet, ESC-effektivitet, propellerbelastning, flygläge, nyttolast, temperatur och batterispänning under belastning.

Ett system med högre spänning kan minska strömmen under vissa driftsförhållanden, vilket kan påverka:

• kabelstorlek;

• val av kontakt;

• resistiva förluster;

• värmealstring;

• efterfrågan på batteriurladdning;

• kraftsystemseffektivitet.

Men spänningen ensam avgör inte prestandan. Motorns KV-klassificering, propellerstorlek, ESC-inställningar och mekaniska design måste alla utvärderas tillsammans.

För mer information om strömleverans, kontinuerlig urladdning och spänningssänkning, se drönarbatteri C-klassificeringsguide.

Serie- och parallellbatterikonfigurationer

Drönarbatteripaket kan använda seriekopplingar, parallellkopplingar eller en kombination av båda.

Serieanslutning

Celler kopplade i serie ökar spänningen samtidigt som kapaciteten i amperetimmar hålls ungefär oförändrad.

Till exempel:

• fyra 3,7V-celler i serie skapar ett 4S-paket;

• nominell spänning blir 14,8V;

• kapaciteten förblir ungefär lika med en cells kapacitet.

Parallell anslutning

Parallellkopplade celler ökar kapaciteten samtidigt som den nominella spänningen hålls ungefär oförändrad.

Till exempel:

• två 3,7V-celler parallellt förblir ungefär 3,7V nominella;

• den tillgängliga kapaciteten i amperetimmar är ungefär fördubblad;

• förpackningen kan lagra mer energi men kan bli större och tyngre.

Serie-Parallell Pack

Ett serieparallellt paket kombinerar båda arrangemangen. En konfiguration som 4S2P kan innehålla fyra seriegrupper, med två matchade celler i varje parallell grupp.

Den exakta konstruktionen påverkar:

• nominell spänning;

• kapacitet;

• energi;

• maximal ström;

• cellbalansering;

• förpackningsmått;

• termiskt beteende;

• BMS eller skyddskrav.

För skräddarsydda drönarapplikationer måste batteritillverkaren få den erforderliga spänningen, kapaciteten, strömmen, dimensionerna, vikten och kontaktinformationen innan han rekommenderar en packstruktur.

Hur man matchar drönarbatteriets spänning med framdrivningssystemet

Innan du väljer en spänningskonfiguration, granska hela det elektriska systemet.

Motorkompatibilitet

Motorspecifikationer anger normalt ett cellantal eller spänningsområde som stöds. Användning av en högre spänning än vad motorn tål kan öka rotationshastigheten, värmen och den mekaniska påfrestningen.

ESC-kompatibilitet

ESC måste stödja batteriets maximala laddade spänning, inte bara dess nominella spänning. Till exempel är ett 6S LiPo-system nominellt 22,2V men kan nå ungefär 25,2V när det är fulladdat.

Propeller och KV Betyg

Den valda spänningen ändrar motorhastighet och framdrivningsbeteende. En motor- och propellerkombination designad för 4S-drift kanske inte är lämplig för 6S utan omkonstruktion eller omkonfigurering.

Kontakt och kabeldragning

Högre ström kan öka spänningsfallet och värmen i kontakter och kablar. Kontakten, trådmätaren, lödfogarna och skyddskomponenterna bör väljas för den faktiska strömmen och driftsförhållandena.

Laddare kompatibilitet

Laddaren måste stödja korrekt cellantal och batterikemi. En 4S-laddarinställning bör inte användas för ett 6S-paket. Balansladdning är särskilt viktig för LiPo-paket med flera celler.

Flygkontroll och tillbehör

Sensorer, kameror, radioapparater, kraftmoduler och annan elektronik kan kräva reglerad spänning. Bekräfta att strömfördelningen och spänningsomvandlingssystemet säkert kan acceptera den valda paketspänningen.

Vanliga spänningsvalsmisstag

Förvirrande nominell spänning med full laddningsspänning

Ett 4S-batteri beskrivs generellt som 14,8V, men det når ungefär 16,8V vid full laddning. Konstruktion endast för det nominella värdet kan resultera i otillräcklig spänningstolerans.

Behandlar 3,7V som en konstant spänning

En 3,7V-etikett är en nominell klassificering. Den faktiska cellspänningen ändras under laddning och urladdning.

Att anta högre spänning innebär längre flygtid

Flygtiden beror på total energi, effektbehov, batterivikt, framdrivningseffektivitet och driftsförhållanden. En högre spänning kan förbättra strömfördelningen i vissa system, men det garanterar inte längre drifttid.

Använder fel laddningscellsinställning

Att ladda ett batteri med fel cellräkningsinställning kan skapa en allvarlig säkerhetsrisk. Kontrollera alltid batterietiketten, laddarens inställning och balanskontakten innan du laddar.

Att välja ett batteri enbart med spänning

Spänning måste beaktas tillsammans med kapacitet, C-klassning, dimensioner, vikt, kontaktdon, termiska förhållanden och applikationskrav.

Vad drönare-OEM bör ge till en batteritillverkare

När du begär ett anpassat batteri, ange följande information:

• erforderlig nominell spänning;

• maximal laddad spänning;

• målcellsantal;

• erforderlig kapacitet;

• kontinuerlig ström;

• toppström;

• motor- och ESC-specifikationer;

• maximala batteridimensioner;

• maximal batterivikt;

• kontakttyp och kabellängd;

• laddningsmetod;

• driftstemperaturområde;

• nyttolast och flygprofil;

• skydd, PCM eller BMS krav;

• nödvändig dokumentation och fraktmarknader.

ZERNE's anpassad batteritjänst kan användas för att diskutera packkonfiguration, dimensioner, kontakter, skyddskomponenter och applikationsförhållanden.

För FPV-plattformar, ZERNE's FPV drönarbatterilösning är placerad kring hög effekt, energitäthet och lätt design. För industriella UAV:er bör spänningsvalet även ta hänsyn till professionell nyttolast, tillförlitlighet, säkerhet och miljöförhållanden.

Vanliga frågor

Vad är spänningen på ett 4S LiPo-batteri?

Ett typiskt 4S LiPo-batteri har en nominell spänning på 14,8V och en ungefärlig fullladdningsspänning på 16,8V. Den faktiska spänningen ändras under drift.

Vad är spänningen på ett 6S LiPo-batteri?

Ett typiskt 6S LiPo-batteri har en nominell spänning på 22,2V och en ungefärlig fullladdningsspänning på 25,2V.

Är 3,7V detsamma som 22,2V?

Nr 3,7V beskriver vanligtvis den nominella spänningen för en litiumcell. 22,2V beskriver vanligtvis sex 3,7V-celler kopplade i serie.

Vad betyder 4S på ett drönarbatteri?

4S innebär att fyra battericeller är seriekopplade. Spänningen läggs till över cellerna, vilket ger ungefär 14,8V nominellt för typiska LiPo-celler.

Ger ett 6S-batteri dubbelt så hög spänning som ett 3S-batteri?

Cirka. Ett typiskt 3S-paket är 11,1V nominellt, medan ett typiskt 6S-paket är 22,2V nominellt. Den kompletta packdesignen, kapaciteten, strömkapaciteten och vikten påverkar också systemets prestanda.

Kan jag använda ett 4S-batteri på en 6S-drönare?

Inte om inte drönarens motor, ESC, propeller och styrsystem är designade för att fungera säkert i båda konfigurationerna. Ett batteri bör väljas enligt den fullständiga framdrivningssystemets specifikation.

Är ett drönarbatteri med högre spänning alltid bättre?

Nej. Den lämpligaste spänningen beror på motor, ESC, propeller, nyttolast, strömbehov, batterivikt och tillämpning. Högre spänning kan vara fördelaktigt i vissa högeffektsystem men är inte allmänt bättre.

Kan jag ladda ett 6S-batteri med en 4S-laddare?

En laddare måste stödja batteriets cellantal och kemi. En laddare eller inställning avsedd för 4S ska inte användas för att ladda ett 6S-batteri.

Varför skiljer sig den uppmätta spänningen från etiketten?

Etiketten visar normalt nominell spänning. Uppmätt spänning varierar med laddningstillstånd, belastning, temperatur, cellbalans och mätförhållanden.

Hur väljer jag rätt drönarbatterispänning?

Börja med motor- och ESC-kraven, bekräfta sedan propeller, flygkontroll, laddare, nyttolast, kapacitet, ström och fysiska begränsningar. Om applikationen utvecklas för produktion, tillhandahåll dessa krav till en batteritillverkare för validering på systemnivå.

Slutsats

Att förstå drönarbatteriets spänning är avgörande för att välja ett kompatibelt och pålitligt kraftsystem. En typisk LiPo-cell är ungefär 3,7V nominell och 4,2V när den är fulladdad. Ett 3S-paket är ungefär 11,1V nominellt, ett 4S-paket är ungefär 14,8V nominellt och ett 6S-paket är ungefär 22,2V nominellt.

Den viktigaste punkten är att nominell spänning bara är en del av batterivalet. Batteriet måste också matcha motor, ESC, propeller, laddare, kontakt, kapacitet, C-klassning, vikt och driftsmiljö.

För OEM- och industriella drönarprojekt bör den korrekta spänningen valideras under den faktiska strömmen, nyttolasten och flygförhållandena. Behöver du hjälp med att välja en kompatibel 3S, 4S eller 6S batterikonfiguration? Kontakta ZERNE för en anpassad utvärdering av drönarbatteri.