Пояснення щодо акумуляторів LiPo 1S, 2S, 3S і 4S

Акумуляторні блоки LiPo часто описуються за допомогою таких міток, як 1S, 2S, 3S і 4S. Ці ярлики з’являються на акумуляторних блоках, які використовуються в портативній електроніці, робототехніці, обладнанні RC, дронах, медичних пристроях та інших акумуляторних виробах.

Рейтинг 'S' описує кількість елементів LiPo, з'єднаних послідовно:

• 1S означає одну групу клітин у серії;

• 2S означає дві послідовно розташовані групи клітинок;

• 3S означає три послідовно розташовані групи клітин;

• 4S означає чотири послідовно розташовані групи клітинок.

Зі збільшенням кількості комірок у серії збільшується напруга пакета. Ємність у мАг не збільшується автоматично просто тому, що S-рейтинг вищий.

Використання звичайних елементів LiPo з номінальною напругою приблизно 3,7 В:

• 1S = 3,7 В номінальний;

• 2S = 7,4 В номінальна;

• 3S = 11,1 В номінальна;

• 4S = 14,8 В номінальна.

Відповідна конфігурація залежить від головного пристрою, зарядного пристрою, поточного попиту, необхідної енергії, BMS та механічної конструкції.

Швидка відповідь: що означають 1S, 2S, 3S і 4S?

Ці значення є звичайними довідковими для стандартних акумуляторів LiPo. Точна напруга має відповідати специфікації вибраного елемента.

Вищий рейтинг S означає вищу напругу акумулятора. Це не означає автоматично:

• Більш висока місткість;

• Більш тривалий час роботи;

• Краща продуктивність;

• Швидша зарядка;

• Вища безпека;

• Більша щільність енергії.

Рейтинг S має відповідати електричній системі пристрою.

1. Що означає 'S' на акумуляторі LiPo?

Буква S означає серію.

Коли комірки з’єднані послідовно, плюсова клема однієї комірки з’єднується з негативною клемою наступної комірки. Напруга кожної комірки додається.

Для стандартного номінального елемента LiPo 3,7 В:

Напруга пакета = 3,7 В × кількість комірок у серії

приклади:

• 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 описує лише кількість серій. Пакет також може включати паралельні групи комірок, наприклад:

• 2С1П;

• 2S2P;

• 3S2P;

• 4S2P.

Для отримання додаткової інформації про те, як послідовні та паралельні з’єднання впливають на напругу та ємність, див Серія проти паралельних акумуляторних батарей.

2. Що таке акумуляторна батарея 1S LiPo?

Акумуляторна батарея 1S LiPo містить один елемент LiPo або одну паралельну групу елементів.

Типові електричні значення:

• Номінальна напруга: приблизно 3,7 В;

• Напруга повного заряду: приблизно 4,2 В;

• Мінімальна робоча напруга: залежить від застосування;

• Ємність: визначається осередком або паралельною групою.

Приклад: 1С1П

Один LiPo елемент на 1000 мАг виробляє приблизно:

3,7 В, 1000 мАг

Його номінальна енергія становить:

3,7 В × 1 А·год = 3,7 Вт·год

Приклад: 1S2P

Два паралельно з'єднаних елемента ємністю 1000 мАг виробляють приблизно:

3,7 В, 2000 мАг

Напруга залишається приблизно 3,7 В, а ємність збільшується.

Типові програми 1S

Пакети 1S можуть підійти для:

• Компактні носяться пристрої;

• Малі GPS трекери;

• Бездротові аксесуари;

• Малі продукти IoT;

• Портативні датчики;

• Компактна побутова електроніка;

• Низьковольтні вбудовані системи.

Пакет 1S може використовувати PCM або просту схему захисту, залежно від програми. Зарядний пристрій має бути розроблено для однокомпонентного акумулятора LiPo.

3. Що таке акумуляторна батарея 2S LiPo?

Акумуляторна батарея 2S LiPo містить дві послідовно з’єднані групи елементів.

Типові значення:

• Номінальна напруга: приблизно 7,4 В;

• Напруга повного заряду: приблизно 8,4 В;

• Місткість: визначається місткістю кожної паралельної групи.

Приклад: 2S1P

Послідовне використання двох елементів ємністю 1000 мАг:

7,4 В, 1000 мАг

Номінальна енергія:

7,4 В × 1 А·год = 7,4 Вт·год

Приклад: 2S2P

Використання чотирьох елементів ємністю 1000 мАг у системі 2S2P:

7,4 В, 2000 мАг

Номінальна енергія:

7,4 В × 2 А·год = 14,8 Вт·год

Типові програми 2S

Пакети 2S LiPo можуть бути розглянуті для:

• Переносне обладнання;

• Промислові кишенькові пристрої;

• Медичні прилади;

• Обладнання двостороннього зв'язку;

• Малі роботизовані системи;

• Підігріті продукти;

• електроніка середньої напруги;

• Деякі системи дистанційного керування та дронів.

ЗЕРНЕ Сторінка літієвої батареї 7,4 В містить приклади 2S акумуляторних батарей різної ємності та розмірів на рівні продукту.

4. Що таке акумуляторна батарея 3S LiPo?

Акумуляторна батарея 3S LiPo містить три групи елементів, з’єднані послідовно.

Типові значення:

• Номінальна напруга: приблизно 11,1 В;

• Напруга повного заряду: приблизно 12,6 В;

• Місткість: визначається місткістю кожної паралельної групи.

Приклад: 3S1P

Послідовне використання трьох елементів ємністю 1000 мАг:

11,1 В, 1000 мАг

Номінальна енергія:

11,1 В × 1 А·год = 11,1 Вт·год

Приклад: 3S2P

Використання шести елементів ємністю 1000 мАг у системі 3S2P:

11,1 В, 2000 мАг

Номінальна енергія:

11,1 В × 2 А·год = 22,2 Вт·год

Типові програми 3S

Пакети 3S можна використовувати в:

• Переносне промислове обладнання;

• робототехніка;

• Портативні пристрої високої напруги;

• Компактні системи живлення;

• Певні медичні або моніторингові вироби;

• RC обладнання;

• Деякі платформи безпілотників.

Пакет 3S вимагає зарядного пристрою та системи захисту, розробленої для діапазону напруги 3S. Його не слід заряджати за допомогою одноелементного або 2S зарядного пристрою.

ЗЕРНЕ На сторінці літієвої батареї 11,1 В наведено приклади конфігурацій 3S LiPo акумуляторної батареї.

5. Що таке акумуляторна батарея 4S LiPo?

Акумуляторна батарея 4S LiPo містить чотири групи елементів, з’єднані послідовно.

Типові значення:

• Номінальна напруга: приблизно 14,8 В;

• Напруга повного заряду: приблизно 16,8 В;

• Місткість: визначається місткістю кожної паралельної групи.

Приклад: 4S1P

Послідовне використання чотирьох елементів ємністю 1000 мАг:

14,8 В, 1000 мАг

Номінальна енергія:

14,8 В × 1 А·год = 14,8 Вт·год

Приклад: 4S2P

Використання восьми елементів ємністю 1000 мАг у схемі 4S2P:

14,8 В, 2000 мАг

Номінальна енергія:

14,8 В × 2 А·год = 29,6 Вт·год

Типові програми 4S

Пакети 4S можна розглядати для:

• портативне обладнання високої напруги;

• робототехніка;

• промислові інструменти;

• професійна електроніка;

• Енергоємні системи RC;

• Деякі платформи безпілотників;

• Компактні енергетичні системи.

ЗЕРНЕ На сторінці літієвої батареї 14,8 В наведено приклади продуктів для батарей 4S LiPo.

6. Порівняння напруги 1S проти 2S проти 3S проти 4S

Пристрій має бути сумісним як з номінальною, так і з напругою повного заряду.

Наприклад, пристрій, розроблений для номінальної батареї 7,4 В, може витримувати напругу приблизно 8,4 В у повністю зарядженому стані. Потрібно оцінити вхідну схему, контролер двигуна, зарядний пристрій і регулятор напруги.

Для практичного порівняння пакетів на 7,4 В, 11,1 В і 14,8 В див. Акумуляторні блоки 7,4 В проти 11,1 В та 14,8 В.

7. Чи означає вищий рейтинг S більшу місткість?

немає

S-рейтинг вказує на кількість груп комірок, з’єднаних послідовно. В першу чергу це впливає на напругу.

Ємність залежить від кількості комірок або груп комірок, з'єднаних паралельно.

Використання елементів 1000 мАг:

Вищий показник S може збільшити загальну енергію, оскільки енергія дорівнює напрузі, помноженій на потужність в ампер-годинах. Однак це автоматично не збільшує рейтинг мАг.

8. Як S-рейтинг впливає на час виконання?

Час роботи залежить від загальної корисної енергії та потужності пристрою, а не лише від S-рейтингу.

Основна енергетична формула:

Енергія (Вт·год) = Напруга (В) × Ємність (А·год)

Наприклад:

• 2S1P: 7,4 В, 1000 мА·год = 7,4 Вт·год;

• 1S2P: 3,7 В, 2000 мАг = 7,4 Втч.

Ці дві конфігурації мають приблизно однакову номінальну енергію, коли вони використовують однакову кількість ідентичних елементів. Однак вони не є взаємозамінними, оскільки їх напруги різні.

Час виконання також залежить від:

• Потужність пристрою;

• ККД перетворювача;

• BMS відсікання;

• температура;

• поточний попит;

• старіння батареї;

• Операційний профіль.

Детальну методику розрахунку див Як розрахувати час роботи літієвої батареї.

9. Зарядка акумуляторних батарей 1S, 2S, 3S і 4S LiPo

Для кожного з рейтингом S потрібен зарядний пристрій, розроблений для відповідної кількості серій.

Зарядний пристрій із неправильною напругою може призвести до:

• Неповна зарядка;

• Перезарядка;

• Надмірна спека;

• Пошкодження акумулятора;

• Відключення захисту;

• Ризики безпеки.

Багатосерійні пакети також можуть вимагати балансування. Зарядний пристрій і BMS слід вибирати разом з конфігурацією клітинки.

Точний зарядний струм залежить від специфікації елемента та застосування. Його не слід вибирати виключно відповідно до S-рейтингу.

10. BMS та вимоги до захисту

Рейтинг S також впливає на систему захисту.

Пакети 1S

Пакет 1S може використовувати:

• PCM;

• ІС захисту;

• Захист від перезаряду;

• Захист від перерозряду;

• Захист від перевантаження по струму;

• Датчик температури, де потрібно.

Пакети 2S, 3S і 4S

Багатосерійні пакети можуть потребувати:

• Індивідуальний послідовно-груповий контроль напруги;

• Балансування клітин;

• Захист від перезаряду;

• Захист від перерозряду;

• Захист від перевантаження по струму;

• Захист від короткого замикання;

• Контроль температури;

• Комунікаційні функції, де це необхідно.

Оскільки кількість серій збільшується, BMS має бути розроблено для відповідної кількості груп комірок.

BMS також має відповідати:

• Пакувальний струм;

• зарядний пристрій;

• роз'єм;

• Інтерфейс хост-пристрій;

• Механічний простір;

• Обов'язкове тестування.

Детальний дизайн BMS виходить за межі цієї статті. Розглянемо ширший зв’язок між BMS, напругою, потужністю та часом роботи Дизайн літій-іонної батареї: напруга, ємність, BMS і час роботи.

11. Ємність і паралельні групи

Рейтинг S не визначає повну ємність акумулятора.

Для пачки з паралельними групами:

Місткість упаковки = Ємність комірок × Кількість комірок паралельно

Наприклад, використовуючи елементи 2500 мАг:

Ось чому вимоги до OEM повинні вказувати обидва:

• кількість серій;

• Паралельний підрахунок або цільова ємність.

Сказати лише 'батарея 4S' не означає повний пакет.

12. Як вибрати правильний S-рейтинг для OEM-пристрою

Процес вибору слід починати з вимог до напруги пристрою.

Крок 1: Визначте напругу пристрою

Підтвердити:

• Номінальна вхідна напруга;

• Мінімальна вхідна напруга;

• Максимальна вхідна напруга;

• Толерантність до повного заряду;

• Діапазон напруг двигуна або контролера;

• Вхідний діапазон перетворювача.

Крок 2: Виберіть кількість серій

Зіставте необхідну номінальну напругу з відповідною кількістю елементів.

Для звичайних елементів LiPo 3,7 В:

• Приблизно 3,7 В система → 1S;

• Приблизно 7,4 В система → 2S;

• Приблизно 11,1 В система → 3S;

• Приблизно 14,8 В система → 4S.

Крок 3: Підтвердьте ємність

Після вибору кількості серій визначте необхідну кількість паралельних елементів або ємність окремої комірки для досягнення цільового часу роботи.

Крок 4. Перевірте Current

Переконайтеся, що вибрані комірки, BMS, проводка та роз’єм можуть підтримувати безперервний і піковий струм.

Крок 5. Перевірте зарядний пристрій і BMS

Зарядний пристрій і система захисту повинні відповідати вибраному рейтингу S.

Крок 6. Перевірте механічну інтеграцію

Переконайтеся, що вибрана кількість комірок і схема відповідають корпусу пристрою.

13. 1S–4S LiPo пакети в додатках для дронів

1S, 2S, 3S і 4S LiPo пакети також використовуються в різних додатках для дронів і дистанційного керування. Однак вибір дрона залежить не тільки від напруги.

Відповідні фактори включають:

• Сумісність двигуна та ESC;

• Конфігурація гвинта;

• поточний попит;

• Вага батареї;

• С-рейтинг;

• Профіль польоту;

• роз'єм;

• Необхідний час польоту.

Для порівняння окремих безпілотників із конфігураціями 3S, 4S і 6S див 3S проти 4S проти 6S LiPo акумулятора: яка конфігурація дрона підходить?.

Ця стаття зосереджена на загальному значенні конфігурацій 1S–4S для дизайну акумуляторної LiPo батареї, а не на виборі характеристик дрона.

14. Поширені помилки 1S–4S LiPo батареї

Помилка 1: розглядати номінальну напругу як напругу повного заряду

Повністю заряджений акумулятор на 3,7 В може досягати приблизно 4,2 В. Пристрій повинен витримувати повний діапазон напруги.

Помилка 2: припускати, що 4S завжди кращий, ніж 2S

Вищий рейтинг S підходить лише тоді, коли пристрій розраховано на вищу напругу.

Помилка 3: використання невідповідного зарядного пристрою

Зарядний пристрій має відповідати кількості серій і напрузі зарядки.

Помилка 4: Ігнорування ємності

Рейтинг S не визначає ємність у мАг. Необхідно також вказати паралельний підрахунок і ємність комірки.

Помилка 5: пропуск балансування

Для багатосерійних пакетів LiPo може знадобитися балансування клітинок і відповідний захист BMS.

Помилка 6: Порівнювати пакети лише за напругою

Блоки 2S1P і 2S2P можуть мати напругу 7,4 В, але мати різну ємність, час роботи, силу струму, розміри та вагу.

Помилка 7: копіювання конфігурації батареї дрона на інший пристрій

Конфігурація, придатна для дрона, може не підходити для медичного пристрою, продукту Інтернету речей або промислового інструменту. Головний пристрій повинен визначити остаточний дизайн акумулятора.

15. Контрольний список для вибору 1S, 2S, 3S і 4S

Перш ніж схвалювати акумуляторну батарею LiPo, підтвердьте:

• Необхідна номінальна напруга;

• Мінімальна вхідна напруга пристрою;

• Максимальна вхідна напруга пристрою;

• Сумісність напруги повного заряду;

• S-рейтинг;

• Паралельний рахунок;

• Цільова ємність;

• Безперервний струм;

• Піковий струм;

• Напруга зарядного пристрою;

• Струм зарядки;

• вимоги PCM або BMS;

• Вимоги до балансування клітин;

• Роз'єм і кабель;

• Доступне місце для установки;

• обмеження ваги;

• Робоча температура;

• цільове виконання;

• Вимоги до тестування.

FAQ

Що означає 1S на акумуляторі LiPo?

1S означає, що пакет містить одну групу елементів LiPo, з’єднану послідовно. Типовий акумулятор 1S LiPo має номінальну напругу приблизно 3,7 В і напругу повного заряду 4,2 В.

Яка напруга акумулятора 2S LiPo?

Типовий акумулятор 2S LiPo має номінальну напругу приблизно 7,4 В і напругу повного заряду 8,4 В.

Яка напруга акумулятора 3S LiPo?

Типовий акумулятор 3S LiPo має номінальну напругу приблизно 11,1 В і напругу повного заряду 12,6 В.

Яка напруга акумулятора 4S LiPo?

Типовий акумулятор 4S LiPo має номінальну напругу приблизно 14,8 В і напругу повного заряду 16,8 В.

Чи означає 4S, що акумулятор має в чотири рази більшу ємність, ніж 1S?

№ 4S позначає чотири послідовно з’єднані групи комірок і в основному описує напругу. Ємність залежить від ємності комірки та паралельної конфігурації.

Чи можу я використовувати зарядний пристрій 2S для акумулятора 3S LiPo?

Ні. Для комплекту 3S потрібен зарядний пристрій, розроблений для напруги заряджання 3S. Використання неправильного зарядного пристрою може призвести до неповного заряджання, пошкодження або загрози безпеці.

Чи завжди акумулятор 2S працює довше, ніж акумулятор 1S?

Не обов'язково. Час роботи залежить від загальної енергії, потужності пристрою, ефективності, потужності та умов експлуатації. Блоки 1S2P і пакети 2S1P можуть мати однакову номінальну енергію при використанні однакової кількості комірок.

Чи кращий вищий рейтинг S для OEM-пристрою?

Лише якщо головний пристрій, зарядний пристрій, BMS, проводка та система керування живленням підтримують вищу напругу. Правильний рейтинг S визначається вимогами до пристрою.

Висновок

1S, 2S, 3S і 4S описують кількість груп елементів LiPo, з’єднаних послідовно.

Використання звичайних елементів LiPo з номінальною напругою 3,7 В:

• 1S = 3,7 В номінальний;

• 2S = 7,4 В номінальна;

• 3S = 11,1 В номінальна;

• 4S = 14,8 В номінальна.

Типова напруга повного заряду:

• 1S = 4,2 В;

• 2S = 8,4 В;

• 3S = 12,6 В;

• 4S = 16,8 В.

Правильна конфігурація залежить від діапазону напруги пристрою, необхідної ємності, потреби в струмі, системи зарядки, BMS, механічного простору та цільового часу роботи.

Якщо ви розробляєте акумуляторну LiPo батарею, поділіться програмою, необхідною напругою, ємністю, струмом, доступними розмірами, вимогами до роз’ємів і очікуваним обсягом виробництва з технічною групою ZERNE. ZERNE надає індивідуальні рішення для літієвих батарей для проектів OEM та ODM і може допомогти визначити відповідну конфігурацію 1S, 2S, 3S або 4S.