Что означает 7S3P: как по маркировке сборки посчитать напряжение и ёмкость батареи

Запись вида 7S3P есть в описании почти любой литиевой батареи, но без расшифровки это просто набор символов. Две цифры с буквами показывают, как соединены ячейки. По ним за минуту можно оценить напряжение, ёмкость и запас энергии. Ниже разобраны правила расчёта и проверка на реальных конфигурациях.

Как читать S и P

Буква S (series) стоит после числа ячеек, соединённых последовательно. Буква P (parallel) стоит после числа параллельных ветвей. Каждый производитель литиевых аккумуляторов указывает в спецификации именно эту запись, потому что она однозначно задаёт электрическую схему. Так, 7S3P означает три параллельные ветви по семь ячеек в каждой.

При последовательном соединении напряжения ячеек складываются, а ёмкость равна ёмкости одной ячейки. При параллельном складывается ёмкость, а напряжение не меняется. Поэтому число S определяет напряжение батареи, а число P определяет ёмкость и допустимый ток.

Общее число ячеек равно S×P. Энергия в ватт-часах равна напряжению, умноженному на ёмкость в ампер-часах. Номинальное напряжение одной ячейки зависит от химии: у LiFePO₄ оно 3,2 В, у Li-ion и Li-Pol около 3,6–3,7 В.

Пример рассчета

В таблице три сборки с разной химией и разным масштабом. По ним удобно проверить формулы.

Сборка 1S1P состоит из одной ячейки. Её энергия равна 3,7 В × 2 Ач = 7,4 Вт·ч. В сборке 7S3P семь ячеек по 3,2 В дают 22,4 В, что совпадает с таблицей. При ёмкости 10 Ач энергия составляет 224 Вт·ч. Каждая ветвь вносит около 3,3 Ач.

В сборке 7S16P параллельно соединены 16 ветвей по 2,6 Ач, что даёт 41,6 Ач. Всего в ней 112 ячеек. Для ячеек с номиналом 3,6 В напряжение составит 25,2 В, а энергия около 1050 Вт·ч. Эта оценка зависит от номинала конкретной ячейки.

Как подобрать конфигурацию под устройство

Выбор начинают с напряжения питания устройства. Оно задаёт число S: для LiFePO₄ на 22,4 В нужно семь ячеек подряд, для 3,7 В достаточно одной. Затем по требуемому времени работы и потребляемому току находят число P. Каждая добавленная ветвь увеличивает ёмкость и распределяет нагрузку между большим числом ячеек.

Размеры корпуса и сечение проводов тоже ограничивают выбор. Сборка 1S1P укладывается в 60,5 × 39 × 8 мм, а у 7S3P силовой провод 14 AWG длиной 800 мм рассчитан на другой ток. Чем больше ветвей, тем выше допустимый ток, но тем больше габариты и масса.

В любой многоячеечной сборке нужна плата защиты (BMS). Она отключает батарею при перезаряде, глубоком разряде и перегрузке по току. В последовательных цепочках она ещё и выравнивает напряжение между ячейками. Без этого одна ячейка с отклонением выведет из строя всю сборку.