Что такое калькулятор аккумуляторной сборки 18650?
Этот инструмент помогает рассчитать литий-ионную батарею, собранную из элементов 18650 по последовательно-параллельной схеме (S×P). Укажите, сколько элементов соединено последовательно, сколько параллельно, номинальное напряжение одного элемента и его ёмкость в миллиампер-часах — и калькулятор выдаст общее напряжение сборки, ёмкость в ампер-часах, суммарное число элементов и запасённую энергию в ватт-часах.
Как пользоваться
Задайте количество элементов в последовательном соединении (S) — они складываются и повышают напряжение. Задайте количество в параллельном соединении (P) — они повышают ёмкость. Типичный элемент 18650 имеет номинальное напряжение \(3.7\,\text{V}\) и ёмкость \(2500\!-\!3500\,\text{mAh}\). Результат мгновенно обновляет четыре ключевых параметра сборки.
Разбор формулы
Если \(S\) — число элементов в последовательном соединении, \(P\) — число элементов в параллельном соединении, \(V_{cell}\) — номинальное напряжение элемента, а \(C_{cell}\) — его ёмкость, то параметры сборки вычисляются так:
$$V_{pack} = S \times V_{cell}, \qquad C_{pack} = P \times C_{cell}$$Энергия в ватт-часах равна напряжению, умноженному на ёмкость в ампер-часах:
$$E = V_{pack} \times \frac{P \times C_{cell}}{1000}$$
Пример расчёта
Сборка 10S4P из элементов \(3.7\,\text{V}\) и \(3000\,\text{mAh}\):
$$V_{pack} = 10 \times 3.7 = 37\,\text{V}$$$$C_{pack} = \frac{4 \times 3000}{1000} = 12\,\text{Ah}$$$$E = 37 \times 12 = 444\,\text{Wh}$$Всего в сборке \(10 \times 4 = 40\) элементов.
Частые вопросы
Что повышает напряжение — последовательное или параллельное соединение? Последовательное соединение увеличивает напряжение, а параллельное — ёмкость (и допустимый ток).
Какое напряжение указывать? Для расчёта энергии используйте номинальное напряжение (обычно \(3.6\)–\(3.7\,\text{V}\)). Полностью заряженный элемент достигает примерно \(4.2\,\text{V}\).
Почему именно ватт-часы? Ватт-часы отражают полный запас энергии и позволяют корректно сравнивать сборки с разным напряжением.
Сравнение распространённых конфигураций батарей 18650
В таблице ниже сравниваются популярные конфигурации последовательно-параллельного соединения (SxP) с использованием репрезентативной ячейки с характеристиками 3,7 В номинальное напряжение и 3000 мАч (3,0 Ач). Напряжение батареи — это число последовательно соединённых ячеек, умноженное на напряжение ячейки; ёмкость батареи (Ач) — это число параллельных групп, умноженное на ёмкость ячейки; энергия в ватт-часах — это произведение этих двух величин.
| Конфигурация (SxP) | Количество ячеек | Напряжение батареи (В) | Ёмкость (Ач) | Энергия (Вч) | Типичное применение |
|---|---|---|---|---|---|
| 3S2P | 6 | 11,1 | 6,0 | 66,6 | Портативные устройства, фонари |
| 7S2P | 14 | 25,9 | 6,0 | 155,4 | Батареи для ноутбуков / инструментов 24 В |
| 10S4P | 40 | 37,0 | 12,0 | 444 | Батарея электровелосипеда 36 В |
| 13S5P | 65 | 48,1 | 15,0 | 721,5 | Электровелосипед / электросамокат 48 В |
| 14S10P | 140 | 51,8 | 30,0 | 1554 | Батарея энергоёмкой системы / модуль электромобиля |
Батарею электровелосипеда 36 В ёмкостью 444 Вч можно проверить, пересчитав в ампер-часы: 444 Вч ÷ 37 В = 12 Ач, что совпадает с ёмкостью группы 4P выше.
Типичные характеристики ячеек 18650
Ячейки 18650 (диаметр 18 мм × длина 65 мм) изготавливаются с различными химическими составами и ёмкостями. Ячейки литий-ионные (NMC/NCA) имеют номинальное напряжение около 3,6–3,7 В и заряжаются примерно до 4,2 В, в то время как ячейки литий-железо-фосфат (LiFePO4) номинально составляют 3,2 В и заряжаются примерно до 3,65 В. Ячейки большей ёмкости, как правило, обеспечивают более низкие токи непрерывного разряда, в то время как ячейки для высоких токов жертвуют ёмкостью ради тока.
| Тип / класс ячейки | Химический состав | Номинальное напряжение (В) | Напряжение заряда (В) | Типичная ёмкость (мАч) | Типичный непрерывный разряд |
|---|---|---|---|---|---|
| Li-ion высокой ёмкости | NMC / NCA | 3,6–3,7 | 4,2 | 3000–3500 | Низкий: ~5–10 А |
| Сбалансированный Li-ion | NMC | 3,6–3,7 | 4,2 | 2500–3000 | Средний: ~10–20 А |
| Li-ion для высоких токов | NMC / NCA | 3,6–3,7 | 4,2 | 2000–2600 | Высокий: ~20–30 А |
| LiFePO4 | LiFePO4 | 3,2 | 3,65 | 1100–1800 | Средний–высокий, очень стабильный |
Пример энергии отдельной ячейки 3,7 В / 3000 мАч: 3,7 В × 3 Ач = 11,1 Вч. Всегда используйте паспортные характеристики производителя ячейки для точных значений, поскольку ток разряда и ёмкость различаются в зависимости от модели.
Объяснение ключевых терминов
- Последовательное соединение (S)
- Ячейки соединены в ряд, так что их напряжения складываются, а ёмкость остаётся неизменной. Группа 10S из ячеек 3,7 В даёт 37 В при ёмкости одной ячейки.
- Параллельное соединение (P)
- Ячейки соединены рядом (с одинаковой полярностью), так что их ёмкости складываются, а напряжение остаётся неизменным. Группа 4P из ячеек 3000 мАч даёт 12000 мАч (12 Ач) при напряжении одной ячейки.
- Номинальное напряжение
- Репрезентативное среднее напряжение ячейки во время разряда (обычно 3,6–3,7 В для Li-ion, 3,2 В для LiFePO4), используется для расчёта батарей, хотя фактическое напряжение варьируется от полного заряда (~4,2 В) до отсечки (~2,5–3,0 В).
- Ёмкость (мАч / Ач)
- Заряд, который может отдать ячейка. Миллиампер-часы (мАч) ÷ 1000 = ампер-часы (Ач). Ячейка 3000 мАч содержит 3,0 Ач.
- Ватт-час (Вч)
- Хранящаяся энергия, равная напряжению × ампер-часам. Вч — это справедливый способ сравнения батарей разного напряжения: \(E_{\text{Вч}} = V \times \text{Ач}\).
- БМС (система управления батареей)
- Электроника, которая защищает батарею путём балансирования последовательно соединённых ячеек и защиты от перезаряда, переразряда, перетока и перегрева. БМС должна соответствовать числу последовательных ячеек батареи (например, «БМС 13S»).
- C-rate (C-коэффициент)
- Ток относительно ёмкости. 1C — это ток, полностью разряжающий батарею за один час; батарея 12 Ач при 1C отдаёт 12 А, при 2C отдаёт 24 А.
- Обозначение SxP
- Сокращение для обозначения конфигурации батареи: число перед «S» — это последовательно соединённые ячейки (определяют напряжение), число перед «P» — это параллельные ячейки на группу (определяют ёмкость). Общее количество ячеек = S × P. Например, 13S5P = 65 ячеек.
