Перейти к содержимому
1

37. АКБ: конфигурация (S/P), BMS, балансная зарядка #

Из ячеек собирается пакет: последовательно — для напряжения, параллельно — для ёмкости. Разбираем конфигурацию 4S/6S, зачем ли-ионным пакетам BMS (battery management system, система управления батареей), почему LiPo-пакеты живут без BMS и на чём держится их «ровность» — на балансной зарядке.

Содержание

1. Цели статьи

  • Читать конфигурацию «4S2P» и переводить её в напряжение, ёмкость и ток.
  • Знать функции BMS (рисунок — Wikipedia) и понимать, почему LiPo-пакеты БПЛА обходятся без неё.
  • Объяснить, зачем балансная зарядка и почему «разброс» ячеек — первый признак старения.
  • Подбирать пакет под миссию: напряжение, ток, масса, Wh на грамм.
Что особенно важно запомнить:
  1. S — напряжение, P — ёмкость: 4S2P = «напряжение 4 ячеек, ёмкость 2 ячеек»; 6S2P 2200 при 20 А = 9,1C — ниже постоянного 10C (задача 1).
  2. Внутреннее сопротивление P-группы падает в N раз (задача 3: 2×20 мОм → 10 мОм, просадка вдвое меньше) — «толстые» токи делают через параллель, а не через «одну толстую» ячейку.
  3. Балансная зарядка «видит» каждую ячейку (S+1 проводов на балансном разъёме): разброс 0,02 В — норма, 0,03 В — «расходка + контроль», дальше — замена ячеек (задача 2).
↑ К оглавлению

2. Величины и единицы измерения (глоссарий)

Все величины, встречающиеся в статье и задачах, — в одной таблице. Безразмерные величины (C-rate) единиц не имеют, для них в колонке «Единица» — прочерк.

СимволВеличинаЕдиницаТипичное значение в задачах
Uнапряжение пакета (номинал / макс)В14,8 / 22,2 / 44,4
Qёмкость пакетаА·ч (мА·ч)1,1–2,2
Iток нагрузкиА10–26
C-rateток в долях ёмкости (безразмерное)—0,9–18,2
Eэнергия пакетаВт·ч19,2–88,8
mмасса пакетаг90–300
eудельная энергия пакетаВт·ч/кг213–296
Rвнутрвнутреннее сопротивление ячейкимОм10–20
ΔUпросадка под токомВ0,26–0,52
Iбалансток балансировки (на ячейку)мА10–100
tвремя разрядамин5–30
↑ К оглавлению

3. Последовательно и параллельно (S/P)

Последовательно (S, series): напряжения складываются, ёмкость — не меняется, ток — общий. Параллельно (P, parallel): напряжение — общее, ёмкости складываются, внутреннее R падает (R_группы = R_ячейки/N).

КонфигурацияU ном / U максЁмкость (ячейка 1300 mAh)Типовое применение
1S3,7 / 4,2 В1300 mAhмикро БПЛА, «одна ячейка»
2S7,4 / 8,4 В1300 mAhлёгкий FPV, микрокрыло
3S11,1 / 12,6 В1300 mAh3″–5″ мультиротор
4S14,8 / 16,8 В1300 mAh5″–7″, крыло 0,5–2 кг
6S22,2 / 25,2 В1100–2200 mAh7″–10″, квадро 2–4 кг
12S44,4 / 50,4 В2000–5000 mAhкрупное крыло, дальний полёт

Почему мультироторы — 4S–6S: (а) BEC (buck converter, понижающий стабилизатор, статья 35) из 14,8–22,2 В «даст» ровные 5/3,3 В с запасом; (б) моторы с KV 900–1300 (KV — обороты на вольт, статья 39) работают в «своей» зоне на 4S; (в) при просадке (статья 36) ещё остаётся 20+ В на ESC. «Параллельно» (P) в пакетах БПЛА — редко: 4S2P делают, когда нужен ток 40–60 А при 14,8 В (тяжёлые квадро); чаще — одна ячейка большой ёмкости (2200–4000 mAh).

↑ К оглавлению

4. BMS: функции и кто из БПЛА ею пользуется

BMS (battery management system, рисунок — Wikipedia) — плата между ячейками и нагрузкой/зарядкой. Четыре функции:

  • Защита: перегрев (выше 4,25 В/ячейка), глубокий разряд (ниже 2,8–3,0 В), перегруз по току, КЗ (короткое замыкание). Срабатывает «жёстко»: ключи (MOSFET — полевой транзистор) размыкают цепь.
  • Балансировка (в BMS — активная/пассивная; в LiPo-зарядках — отдельная цепь, статья ниже).
  • Отчёт: SoC (state of charge, состояние заряда, рисунок — Wikipedia) по току/напряжению/температуре, температура, число циклов.
  • Термоконтроль: термопары на ячейках, ограничение тока при нагреве.

Почему LiPo-пакеты БПЛА живут без BMS: (а) защита «жёстким» отключением в полёте хуже, чем failsafe FC (статья 27) — «мягкий» откат и RTH; (б) BMS добавляет 10–30 г и R контактов; (в) балансировку делают зарядкой (статья ниже), а не «в полёте». Li-Ion/LiFePO4-пакеты (18650/21700, наземка) — BMS обязательна: ячейки «толстые», защита — единственный «страх» от глубины и перегрева (статья 38).

«Защита есть» — не «безопасно». BMS спасает от «медленных» режимов (глубина, перегрев). Пиковые токи КЗ (сотни ампер) — это уже физика: BMS «не успеет», сработает предохранитель/предохранительная гильза. Силовая цепь БПЛА — предохранитель + BMS (Li-Ion) + failsafe FC (статьи 34, 38).
↑ К оглавлению

5. Балансная зарядка

Ячейки в пакете «расходятся» со временем: само- разряд, разное R_внутр, температура — всё различается. Разброс напряжений (4,20 / 4,19 / 4,18 / 4,19 В) — норма; 4,20 / 4,20 / 4,17 / 4,19 — ячейка с пониженным напряжением ограничивает отдачу пакета (задача 2).

Балансная зарядка — зарядка, где каждая ячейка своим током доводится до 4,2 В: зарядное «видит» каждую ячейку (через балансный разъём, §5) и «сбрасывает» лишнее напряжение на резисторе (10–50 mA на ячейку). Без баланса «слабая» ячейка остаётся «недогруженной», а «сильная» — «перегруженной» (выше 4,2 В — вред, статья 38).

РежимТок балансаКогда применять
Обычная (1C)10–20 mAобычный режим, после полёта
Быстрая (2C)20–50 mAускоренный режим, свежие ячейки
Глубокий баланс50–100 mA«расходка» новых, «выравнивание» разброса выше 0,03

Правило: балансировать до 4,15–4,18 В («не до 4,2»), если пакет «живой»; до 4,2 В — если «расходка» (новые) или «выравнивание» (разброс выше 0,03). «Заряд-разряд» (cycle) — 2–3 цикла 1C после покупки/долгого хранения (статья 38).

↑ К оглавлению

6. Балансный разъём

Балансный разъём (balance plug) — «тонкий» разъём на пакете (XT-30/XT-60-баланс/DEAN-баланс). Проводов на (S+1): для 4S — 5 проводов (4 «ячейки» + «общий минус»). Схема: провод 1 — «плюс» первой ячейки, провод 2 — «плюс» второй (минус первой), …, провод 5 — «минус» последней (общий минус пакета).

Зарядное подключается «силовым» (XT60) + «балансным» (XT-30) — и «видит» каждую ячейку. Подключение «только силовым» — зарядка «вслепую»: без баланса, «слабая» ячейка «недогружается», «сильная» — «перегружается». Правило: заряжать только «силовой + балансный».

↑ К оглавлению

7. Конфигурации под задачи

ПакетU номЁмкостьЭнергияМасса (примерная)Wh/г
4S1P 130014,8 В1300 mAh19,2 Вт·ч~90 г213 Wh/kg
6S1P 110022,2 В1100 mAh24,4 Вт·ч~100 г244 Wh/kg
6S2P 1100 (2200)22,2 В2200 mAh48,8 Вт·ч~200 г244 Wh/kg
12S1P 200044,4 В2000 mAh88,8 Вт·ч~300 г296 Wh/kg

«Wh на грамм» у пакетов 200–300 Wh/kg (у ячеек — 250–300, у пакетов — ниже из-за обвязки). Правило миссии: (а) напряжение под ESC/мотор (статья 39); (б) ток под C-rate (статья 36); (в) масса — «бюджет» (10–15 % массы аппарата); (г) Wh — «под задачу» с резервом 25–30 % (статья 29).

↑ К оглавлению

8. Практика: типовые задачи (с решениями)

Задача 1. Подбор под миссию

Задача. Миссия: 22,2 В, постоянный ток 20 А (25 мин), масса пакета не более 500 г. Подобрать конфигурацию.

Заданные параметры:

Напряжение U22,2 В
Постоянный ток I20 А
Время т25 мин
Бюджет массы500 г

Искомые параметры: конфигурация (S/P, ёмкость), режим (C), энергия (Вт·ч), масса (г).

Решение.

  1. 22,2 В → 6S (6·3,7 = 22,2 В).
  2. Вариант 6S1P 1100 (1,1 А·ч): \(20/1{,}1 = 18{,}2C \) — выше постоянного 5–10C: для постоянной нагрузки не подходит.
  3. Вариант 6S2P 1100 (2,2 А·ч): \(20/2{,}2 = 9{,}1C \) — ниже постоянного 10C: допустимо.
  4. Энергия миссии: \(20 \cdot (25/60) = 8{,}3\ \text{Вт·ч} \); пакет 6S2P: \(E = 22{,}2 \cdot 2{,}2 = 48{,}8\ \text{Вт·ч} \) — запас в 6 раз.
  5. Масса 6S2P ~200 г — в бюджете 500 г.
Ответ: 6S2P 1100 (2200 мА·ч) — 20 А = 9,1C (ниже постоянного 10C), 48,8 Вт·ч, ~200 г. Вывод: P-группа даёт запас по току без «толстой» ячейки (задача 3): токи 40–60 А — через параллель, а не через одну ячейку.

Задача 2. Разброс ячеек

Задача. Пакет 4S «в покое»: 4,20 / 4,19 / 4,18 / 4,19 В. Другой: 4,20 / 4,20 / 4,17 / 4,19 В. Найти разброс каждого и «что делать».

Заданные параметры:

Пакет 1 (В/ячейка)4,20 / 4,19 / 4,18 / 4,19
Пакет 2 (В/ячейка)4,20 / 4,20 / 4,17 / 4,19

Искомые параметры: разброс (В), решение.

Решение.

  1. Пакет 1: \(4{,}20 - 4{,}18 = 0{,}02\ \text{В} \) — норма (до 0,02 В).
  2. Пакет 2: \(4{,}20 - 4{,}17 = 0{,}03\ \text{В} \) — предупреждение: ячейка с пониженным напряжением ограничивает отдачу пакета.
  3. Действия: «расходка» 2–3 цикла 1C с балансом 50–100 мА; если разброс «не сходит» — заменить «слабую» ячейку (статья 38).
Ответ: 0,02 В — норма; 0,03 В — «расходка + контроль», дальше — замена. Вывод: разброс — «первый признак» старения/дефекта ячеек.

Задача 3. R параллельной группы

Задача. Две ячейки 1300 мА·ч, Rвнутр = 20 мОм каждая, «параллельно». Найти Rгруппы и «просадку» при 26 А (для сравнения: одна ячейка).

Заданные параметры:

Rвнутр ячейки20 мОм = 0,020 Ом
Ячеек в группе2 (параллельно)
Ток нагрузки26 А

Искомые параметры: Rгруппы (мОм), ΔU группы и одной ячейки (В).

Решение.

  1. Сопротивление группы: \(R_{группы} = 20/2 = 10\ \text{мОм} \).
  2. Просадка группы: \(\Delta U = 26 \cdot 0{,}010 = 0{,}26\ \text{В} \).
  3. Одна ячейка: \(\Delta U = 26 \cdot 0{,}020 = 0{,}52\ \text{В} \) — в 2 раза больше.
Ответ: Rгруппы = 10 мОм, ΔU = 0,26 В (в 2 раза меньше). Вывод: «толстые» токи — через P-группу, а не через «одну толстую» ячейку (у которой Rвнутр с ёмкостью не падает пропорционально).

Задача 4. Время по ёмкости

Задача. Пакет 4S1P 1300 мА·ч, нагрузка 10 А. Найти время «по ёмкости» (идеал) и «реальное» (85 % + резерв 25 %).

Заданные параметры:

Ёмкость Q1,3 А·ч
Нагрузка I10 А
Реальная отдача85 % (безразмерное)
Резерв25 % (безразмерное)

Искомые параметры: t (мин) идеальное, реальное, «миссия».

Решение.

  1. Идеал: \(t = Q/I = 1{,}3/10 = 0{,}13\ \text{ч} = 7{,}8\ \text{мин} \).
  2. Реальная ёмкость 85 %: \(t_{реал} = 7{,}8 \cdot 0{,}85 = 6{,}6\ \text{мин} \).
  3. С резервом 25 % (не «летать до нуля»): \(t_{миссия} = 6{,}6 \cdot 0{,}75 \approx 5\ \text{мин} \).
Ответ: идеал 7,8 мин, реально 6,6 мин, «миссия» 5 мин. Вывод: 10 А от 1300 мА·ч — «короткий вылет»: для 30 мин при тех же 10 А нужен пакет ~5000 мА·ч (идеал) или ~7800 мА·ч с учётом 85 % реальной отдачи и резерва 25 % (статья 36).
↑ К оглавлению

9. Чек-лист самопроверки знаний

Отметьте пункты, которые вы действительно понимаете и можете применить без подсказок.

✓НавыкПроверка
S/Pчитаю «4S2P»: U = 4 ячейки, Q = 2 ячейки
BMSназываю 4 функции и знаю, кто «без BMS»
Балансзнаю ток 10–50 mA и «до 4,15–4,18 В»
Разбросчитаю 0,02 (норма) / 0,03 (предупреждение)
Балансный разъём4S = 5 проводов, «силовой + балансный»
R_группысчитаю R/N и «просадку»
Подборподбираю пакет: U, I, масса, Wh
↑ К оглавлению

10. Источники

  1. Wikipedia, «Battery management system» — BMS: защита, баланс, SoC (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/Battery_management_system
  2. Wikipedia, «Lithium polymer battery» — LiPo-пакеты, балансировка (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/Lithium_polymer_battery / ru.wikipedia.org/wiki/Литий-полимерный_аккумулятор (Литий-полимерный аккумулятор)
  3. Wikipedia, «Lithium-ion battery» — 18650/21700, BMS обязательна (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/Lithium_ion_battery / ru.wikipedia.org/wiki/Литий-ионный_аккумулятор (Литий-ионный аккумулятор)
  4. Wikipedia, «State of charge» — SoC (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/State_of_charge
  5. Wikipedia, «Rechargeable battery» — S/P, ёмкость (рисунок). en.wikipedia.org/wiki/Rechargeable_battery / ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_аккумулятор (Электрический аккумулятор)
  6. Статьи цикла 34 (силовая цепь), 36 (ячейки, C-rate), 38 (безопасность), 39 (моторы, KV) — база.

Массы пакетов — типовые значения (1300–2200 mAh, soft-pack). Численные примеры рассчитаны автором. Проверено: 03.09.2026.

↑ К оглавлению
  • мод. : Воскресенье, 06 сентября 2026