Akumulator 21700 vs akumulator Lipo

Wprowadzenie

Wybór odpowiedniego akumulatora może zadecydować o powodzeniu lub porażce projektu - niezależnie od tego, czy budujesz wydajnego drona FPV, rower elektryczny czy potężne narzędzie bezprzewodowe. Dwie najpopularniejsze obecnie na rynku opcje to akumulatory 21700 i LiPo. Przeanalizujemy gęstość energii, szybkość rozładowania, wagę, żywotność, względy bezpieczeństwa, koszty, rzeczywiste zastosowania i wskazówki dotyczące konserwacji. Pod koniec będziesz dokładnie wiedział, który pakiet najlepiej odpowiada Twoim potrzebom, niezależnie od tego, czy priorytetem jest czas pracy, współczynnik kształtu czy moc szczytowa.

---

Przegląd Zestawy baterii 21700

Ogniwo 21700 to cylindryczne ogniwo litowo-jonowe o średnicy 21 mm i długości 70 mm. Opracowane jako ulepszenie starszego formatu 18650, ogniwa 21700 zazwyczaj wykorzystują chemię NMC (tlenek niklowo-manganowo-kobaltowy) lub NCA (tlenek niklowo-kobaltowo-glinowy), zapewniając napięcie nominalne 3,6-3,7 V na ogniwo. W pakiecie wiele ogniw 21700 jest rozmieszczonych w konfiguracjach szeregowych i równoległych, chronionych przez system zarządzania baterią (BMS), który zarządza równoważeniem ogniw, ochroną przed przeładowaniem / rozładowaniem i monitorowaniem temperatury. Sztywna aluminiowa powłoka każdego cylindrycznego ogniwa zapewnia odporność mechaniczną i pomaga rozpraszać ciepło bardziej efektywnie niż płaskie konstrukcje woreczków, poprawiając bezpieczeństwo podczas długotrwałego użytkowania przy dużym obciążeniu.

Typowe pojedyncze ogniwa 21700 mają pojemność 3000-5000 mAh. Przykładowo, ogniwo o pojemności 4500 mAh przy napięciu 3,6 V przechowuje ~16,2 Wh, ważąc ~65-70 g, co daje ~230-250 Wh/kg grawimetrycznej gęstości energii. Warianty premium o pojemności 5000 mAh zwiększają tę wartość do ~265 Wh/kg. Pakiety często wykorzystują obwody BMS do zarządzania maksymalnie 10-15 ogniwami szeregowo, tworząc nominalne napięcia pakietu od 36 V (10S) do 48 V (13S) dla rowerów elektrycznych, elektronarzędzi i przenośnych stacji zasilania. Wartości znamionowe ciągłego rozładowania dla wysokiej jakości ogniw 21700 wynoszą zazwyczaj od 5 do 10 C (np. ogniwo o pojemności 5000 mAh dostarczające od 25 A do 50 A w sposób ciągły), a niektóre warianty o wysokim drenażu osiągają nawet 20-35 C (do 150 A impulsów).

W rzeczywistych zastosowaniach wielu producentów rowerów elektrycznych i elektronarzędzi przeszło z 18650 na 21700, aby wykorzystać wyższą pojemność (do 5 Ah w porównaniu do 3 Ah) i lepszą gęstość energii. Przejście Tesli w 2017 r. na 21700 dla modułów akumulatorowych Modelu 3 pokazało gęstość energii ~ 298 Wh/kg i spadek kosztów do $155/kWh z $171/kWh z pakietami 18650 - ~ 9 % oszczędności na kWh. W elektronarzędziach przejście na ogniwa 21700 pozwoliło na skok mocy szczytowej z około 800 W (z 18650) do 1440 W - wzrost potencjału mocy o 80 %.

---

Przegląd akumulatorów LiPo

Pakiety litowo-polimerowe (LiPo) wykorzystują ogniwa typu pouch, które są cienkimi, elastycznymi "kanapkami" z arkuszy elektrolitu polimerowego pomiędzy laminowanymi elektrodami foliowymi, zamkniętymi w lekkich woreczkach foliowych. Każde ogniwo ma napięcie nominalne 3,7 V, podobnie jak cylindryczne ogniwa litowo-jonowe, ale brak sztywnej metalowej puszki pozwala na kształtowanie ogniw LiPo w celu dopasowania ich do ciasnych przestrzeni i kształtów, co byłoby niemożliwe w przypadku ogniw cylindrycznych. Standardowe konfiguracje LiPo dla hobbystów wahają się od 2S (nominalnie 7,4 V) do 6S (nominalnie 22,2 V) dla dronów, samochodów RC i innych zastosowań o dużej mocy.

Pakiety LiPo wyróżniają się w scenariuszach wysokiego rozładowania. Typowy "wyścigowy" LiPo 4S 1300 mAh o temperaturze 100 C może generować 130 A ciągłego i do 200 A w seriach, umożliwiając dronom FPV osiągnięcie szybkiej reakcji przepustnicy i długotrwałych manewrów przy wysokim G. Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory LiPo charakteryzują się gęstością energii 150-250 Wh/kg (7-15 Wh na ogniwo przy wadze ~100 g) i gęstością objętościową 250-500 Wh/L. Jednak ich żywotność jest niższa - zazwyczaj 300-500 cykli, zanim pozostanie 80 % pojemności, zwłaszcza jeśli każdy cykl jest głęboko rozładowany.

Ponieważ woreczki LiPo nie mają metalowej powłoki ochronnej, wymagają sztywnego zewnętrznego wsparcia w zastosowaniach (np. ramy dronów lub niestandardowe obudowy) i ostrożnego obchodzenia się z nimi, aby uniknąć przebicia. Równowaga ładowania jest obowiązkowa: każda równoległa grupa ogniw musi być dokładnie monitorowana na poziomie 4,20 V na ogniwo podczas ładowania, aby zapobiec przeładowaniu, które może prowadzić do pęcznienia lub niekontrolowanego wzrostu temperatury. Pakiety LiPo dla hobbystów są wszechobecne na rynku RC i dronów ze względu na ich wysoką moc właściwą (szczytowe wartości C) i wszechstronność dopasowania do smukłych profili w quadach wyścigowych, gadżetach do noszenia i niestandardowej elektronice.

---

Porównanie techniczne

Gęstość energii i pojemność

Ogniwa 21700 osiągają obecnie jedne z najwyższych dostępnych na rynku gęstości grawimetrycznych w formie cylindrycznej - do ~300 Wh/kg dla wariantów premium NMC, z nominalną energią na ogniwo 16-18 Wh (4500-5000 mAh przy 3,6 V). Z kolei ogniwa LiPo w woreczkach mają zazwyczaj gęstość 150-250 Wh/kg (7-15 Wh na ogniwo przy wadze 100 g), w zależności od składu chemicznego i grubości woreczka.

Objętościowo, LiPo może przekroczyć 300 Wh/L, ponieważ struktura woreczka zajmuje mniej pustej przestrzeni niż ogniwa cylindryczne. LiPo 4S 3000 mAh (11,1 V nominalnie) mieści 33,3 Wh przy wadze ~140 g, co przekłada się na ~238 Wh/kg i ~300 Wh/L (≈110 ml woreczka). Dla porównania, cylindryczny pakiet 3 × 21700 (3S1P, 11,1 V nominalnie, 4500 mAh) waży ~200-220 g, przechowując ~50 Wh (≈227 Wh/kg), ale ze względu na cylindryczne puste przestrzenie, gęstość objętościowa wynosi ~250 Wh/L.

W rzeczywistych zastosowaniach nieco wyższa gęstość grawimetryczna 21700 może przełożyć się na nieznacznie dłuższy czas pracy pod stałym obciążeniem. Jednak przewaga objętościowa LiPo często pozwala na większy pakiet w tej samej wnęce, jeśli wysokość nie jest ograniczeniem - co ma kluczowe znaczenie dla najcieńszych ram dronów lub podręcznej elektroniki.

---

Współczynnik rozładowania (C-Rate)

Pakiety LiPo dominują pod względem szczytowej wartości C ze względu na niską rezystancję wewnętrzną i elastyczną strukturę woreczka. "Standardowy" LiPo 4S 1300 mAh 30 C może bezpiecznie dostarczyć 39 A w trybie ciągłym, z impulsami do ~60 A. LiPo klasy wyścigowej (100 C) może osiągnąć 130 A w trybie ciągłym i ponad 200 A w krótkich seriach, zapewniając natychmiastową reakcję przepustnicy podczas agresywnych manewrów. Wada: długotrwałe wysokie prądy generują ciepło w saszetce, ryzykując rozwarstwienie lub puchnięcie, jeśli nie są utrzymywane w niskiej temperaturze.

Ogniwa 21700, nawet warianty o wysokim drenażu, zazwyczaj reklamują ciągłe wartości C na poziomie 5 - 10 C. Na przykład, ogniwo 21700 o pojemności 5000 mAh dostarczające 10 C daje 50 A ciągłego prądu, z wartościami impulsowymi do 100 A w niektórych modelach premium. 21700 o wysokim drenażu (np. "40 T") mogą zapewnić 20 C (100 A) w trybie ciągłym, z nieco wyższą rezystancją wewnętrzną powodującą umiarkowany spadek napięcia przy dużym poborze. W dłuższych scenariuszach wysokoprądowych, cylindryczna konstrukcja pozwala na lepsze rozpraszanie ciepła: pakiety z odpowiednimi płaszczami chłodzącymi mogą wytrzymać wyższe prądy dłużej niż LiPo, zanim nastąpi dławienie termiczne.

---

Waga i rozmiar

Pojedyncze ogniwo 21700 waży zazwyczaj 60-75 g i ma wymiary 21 × 70 mm. W konfiguracji 3S (11,1 V) 4500 mAh (3 × 21700 szeregowo), waga pakietu wynosi ~ 210 g, a wymiary około 80 × 60 × 65 mm (bez opakowania). Cylindryczny kształt może pozostawiać puste przestrzenie, gdy ogniwa są zgrupowane, co nieznacznie zmniejsza wydajność objętościową.

I odwrotnie, pakiet 3S LiPo (11,1 V, 4500 mAh) często waży ~180-200 g, ale można go kształtować do ~100 × 50 × 20 mm, dopasowując się do ciasnych wnęk, których cylindryczne pakiety nie mogą. Jeśli minimalna grubość ma kluczowe znaczenie - jak w przypadku smukłej ramy FPV lub urządzenia do noszenia - LiPo wyróżnia się. Jednakże, ponieważ LiPo musi zawierać dodatkową wyściółkę dla wsparcia mechanicznego i często jest dostarczany z nieporęcznym pigtailem złącza, całkowita grubość opakowania może być nieco wyższa niż specyfikacja. W przypadku zastosowań, w których wysokość jest obfita, ale powierzchnia jest ograniczona (np. elektronarzędzia), pakiet 21700 może być bardziej oszczędny.

---

Żywotność i długowieczność

Ogniwa 21700 zazwyczaj oferują 500-1000 pełnych cykli (głębokość rozładowania od 0 % do 100 %) w temperaturze pokojowej, zanim pojemność spadnie do 80 %. Umiarkowane użytkowanie (płytkie rozładowania < 80 % DoD, odpowiednia ochrona BMS) może zwiększyć żywotność powyżej 1000 cykli. Ogniwa LiPo typu pouch osiągają średnio 300-500 cykli przed osiągnięciem pojemności 80 %, zwłaszcza jeśli są regularnie rozładowywane powyżej 80 % pełnego naładowania. Agresywne używanie ogniw LiPo o wysokim współczynniku C może dodatkowo skrócić ich żywotność do 200-300 cykli.

W dłuższej perspektywie pakiety 21700 przewyższają LiPo w zastosowaniach o codziennym umiarkowanym poborze mocy (rowery elektryczne, elektronarzędzia). Rower elektryczny z odpowiednio zarządzanym pakietem 21700 może przekroczyć 1000 cykli (3-4 lata codziennego użytkowania). Dron wyścigowy korzystający z LiPo może potrzebować nowych baterii co roku, jeśli lata intensywnie (> 300 cykli).

---

Bezpieczeństwo i wydajność termiczna

Pakiety LiPo są bardziej wrażliwe na przeładowanie, przebicie i pęcznienie ze względu na elektrolit polimerowy. Ładowanie powyżej 4,20 V na ogniwo lub fizyczne uszkodzenie może prowadzić do reakcji egzotermicznych, powodując gromadzenie się gazu, pęcznienie woreczka i potencjalną ucieczkę termiczną. Zalecane środki bezpieczeństwa obejmują ładowanie zrównoważone, przechowywanie przy ~ 3,8 V na ogniwo i używanie ognioodpornych toreb LiPo. Ucieczka termiczna zwykle rozpoczyna się w temperaturze około 140-150 °C dla woreczków LiPo.

Cylindryczne ogniwa 21700 charakteryzują się sztywną metalową obudową i wewnętrznymi mechanizmami bezpieczeństwa (urządzenie przerywające prąd CID, odpowietrzniki ciśnieniowe), które zapobiegają katastrofalnym awariom. Wiele ogniw 21700 zawiera wbudowane urządzenia PTC (dodatni współczynnik temperaturowy) i separatory wyłączające, które przerywają obwód w przypadku przegrzania. Zewnętrzne warstwy BMS zapewniają ochronę przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem. Typowy próg przegrzania dla ogniw 21700 NMC wynosi ~150-160 °C. Cylindryczna konstrukcja rozprasza również ciepło bardziej równomiernie, redukując lokalne gorące punkty podczas rozładowywania przy wysokim C.

Ogólnie rzecz biorąc, pakiety 21700 są uważane za bezpieczniejsze w długotrwałych zastosowaniach wysokoprądowych (elektronarzędzia, rowery elektryczne), podczas gdy pakiety LiPo wymagają czujnego monitorowania i zdyscyplinowanych cykli ładowania / rozładowywania, szczególnie w ograniczonych ramach dronów.

---

Aplikacje i przypadki użycia

Zastosowania akumulatorów 21700

• Rowery elektryczne: Wielu producentów średniej klasy rowerów elektrycznych przyjęło pakiety 21700 w 2024 r. ze względu na ich większą pojemność (12 Ah ≈ 432 Wh przy 36 V), wydłużoną żywotność (~ 1000 cykli) i solidną wydajność w niskich temperaturach (-20 °C do 60 °C). Przejście z 18650 na 21700 dało ~20 % większy zasięg na jednym ładowaniu przy podobnej wadze.

• Elektronarzędzia: Akumulatorowe wiertarko-wkrętarki i piły korzystają z trwałego rozładowania 21700. Pakiet elektronarzędzi z ogniwami 21700 może dostarczyć 1440 W mocy szczytowej, podczas gdy pakiety 18650 osiągają 800 W - poprawiając moment obrotowy i czas pracy.

• Przenośne stacje zasilania: Pakiety 21700 w modułach 12 V - 48 V zasilają zestawy kempingowe/rekreacyjne, oferując pojemność 500-1000 Wh przy 220-260 Wh/kg.

• Latarki o wysokiej wydajności: Wysokowydajne latarki taktyczne przełączone na 21700, aby uzyskać pojemność ~ 4000 mAh, wydłużając maksymalny czas świecenia.

Zastosowania akumulatorów LiPo

• Drony FPV i pojazdy RC: Entuzjaści wyścigów i freestyle FPV polegają na pakietach LiPo 4S-6S o pojemności 30-100 C, które zapewniają natychmiastowe przyspieszenie i niską wagę. Pakiet 4S 1300 mAh 95 C (ok. 130 g) jest podstawą w 5-calowych konstrukcjach freestyle.

• Elektronika do noszenia i inteligentne urządzenia: Ultracienkie ogniwa pryzmatyczne LiPo (np. 20 × 30 × 4 mm) pasują do zakrzywionych obudów smartwatchów i opasek fitness.

• Robotyka na zamówienie i prototypy UAV: Elastyczność kształtu woreczka umożliwia osadzanie komórek w niekonwencjonalnych granicach obudowy.

• Przenośne urządzenia medyczne: Smukłe ogniwa LiPo zasilają urządzenia CPAP i pompy insulinowe dzięki kompaktowym wymiarom i przewidywalnym krzywym rozładowania.

Rozwiązania hybrydowe/niestandardowe

• Niektórzy profesjonalni konstruktorzy dronów stosują mały pakiet buforowy 21700 w połączeniu z front-endem LiPo o wysokim C, aby zrównoważyć szczytową moc i wytrzymałość. Dla przykładu, dron kinematograficzny może wykorzystywać 3 Ah LiPo do szybkiego uruchomienia kamery, w połączeniu z pakietem 10 Ah 21700 zapewniającym wydajność przelotową.

---

Uwagi dotyczące konserwacji i bezpieczeństwa

Protokoły ładowania

• Pakiety LiPo: Zawsze używaj dedykowanej ładowarki balansującej, która monitoruje każdą grupę ogniw na poziomie 4,20 V podczas ładowania. Nigdy nie należy przekraczać zalecanej szybkości ładowania (1 C-2 C). Przechowuj LiPo przy napięciu przechowywania (~3,8 V na ogniwo), jeśli nie są używane przez > 48 godzin. Odcięcie rozładowania wynosi zazwyczaj 3,0 V na ogniwo; unikaj głębokiego rozładowania poniżej 3,3 V, aby wydłużyć żywotność cyklu.

• 21700 opakowań: Należy używać kompatybilnej ładowarki z systemem BMS, który ogranicza ładowanie do 4,20 V na ogniwo. Szybkość ładowania powinna wynosić ≤ 1 C (np. ogniwo 4500 mAh przy 4,5 A), aby zmaksymalizować żywotność. Odcięcie rozładowania ~2,5-2,8 V na ogniwo; należy unikać całkowitego rozładowania w celu ochrony chemii ogniwa.

Przechowywanie i utylizacja

• LiPo: Przechowywać w bezpiecznej torbie/pudełku z pianki LiPo przy stanie naładowania ~50 % (3,8 V/ogniwo). Jeśli pojemność spadnie poniżej 80 % lub ogniwa spęcznieją, należy je zutylizować w certyfikowanych centrach utylizacji e-odpadów. Nie należy układać pakietów LiPo jeden na drugim, ponieważ jedno zdarzenie termiczne może spowodować kaskadę.

• 21700: Przechowywać w temperaturze ~40 % SoC (~3,6 V na ogniwo) w chłodnym ( 6 miesięcy. Poddawać recyklingowi w wyznaczonych punktach utylizacji akumulatorów litowo-jonowych lub za pośrednictwem programów producenta.

Sprzęt i monitorowanie bezpieczeństwa

• Podczas ładowania/rozładowywania przy dużym obciążeniu należy używać czujników temperatury lub kamer termowizyjnych. Unikaj skrajnych temperatur otoczenia ( 50 °C) dla obu chemikaliów. Sprawdzaj opakowania wizualnie: widoczne wgniecenia, odsłonięta folia lub nietypowy obrzęk to sygnały ostrzegawcze. W przypadku LiPo, podczas ładowania należy zawsze mieć w pobliżu gaśnicę przystosowaną do pożarów litowych.

---

Wybór odpowiedniego akumulatora

1. Zdefiniuj swój przypadek użycia i wymagania dotyczące rozładowania

   • Wysokie obciążenia szczytowe (drony wyścigowe, samochody RC): LiPo nie ma sobie równych pod względem natychmiastowego wysokiego natężenia prądu (≥ 20 C).

   • Trwałe średnie obciążenia (rowery elektryczne, elektronarzędzia): 21700 wyróżnia się stabilnym napięciem przy ciągłym rozładowaniu (5 - 10 C) i lepszą odpornością termiczną.

2. Ograniczenia dotyczące kształtu i wagi

   • Smukłe lub nietypowo ukształtowane urządzenia (urządzenia do noszenia, zakrzywione obudowy): Elastyczne etui LiPo mieści się w miejscach, w których cylindryczne opakowania nie mogą.

   • Rurki lub cylindryczne przegródki (latarki, uchwyty na narzędzia): 21700 pasuje natywnie bez dodatkowego wsparcia.

3. Budżet a długowieczność

   • LiPo: Niższy koszt początkowy (≈$20-$50 za pakiet 3-4 Ah), ale zazwyczaj ≤ 500 cykli → wymieniany co 12-18 miesięcy, jeśli jest intensywnie używany.

   • 21700: Wyższa inwestycja początkowa ($100-$300 w zależności od wielkości pakietu), ale ≥ 1000 cykli przy umiarkowanym użytkowaniu - koszt cyklu często niższy w ciągu 2-3 lat.

4. Gotowość do zapewnienia bezpieczeństwa i konserwacji

   • LiPo: Wymaga zdyscyplinowanego ładowania, przechowywania w ognioodpornych pojemnikach. Większe ryzyko w przypadku przebicia.

   • 21700: Ogólnie bezpieczniejszy dzięki metalowej puszce i wbudowanemu systemowi BMS. Nadal wymaga podstawowej ostrożności: brak głębokiego rozładowania, unikanie ekstremalnego ciepła.

5. Kwestie środowiskowe i regulacyjne

   • Wysyłka: Pakiety LiPo często podlegają surowszym ograniczeniom transportowym (przepisy IATA) ze względu na ryzyko pęcznienia. Pakiety 21700 z certyfikowanym systemem BMS są łatwiejsze w transporcie.

Matryca szybkiej decyzji:

---

Wnioski

Wybór między akumulatorem 21700 a akumulatorem LiPo sprowadza się do zrównoważenia gęstości energii, wymagań dotyczących rozładowania, współczynnika kształtu, kosztów i bezpieczeństwa. Przed podjęciem ostatecznej decyzji należy zawsze ocenić konkretny przypadek użycia - obciążenie szczytowe, dostępną objętość, budżet i gotowość do konserwacji. Dzięki przedstawionym tutaj danym jesteś przygotowany do wyboru idealnego zestawu akumulatorów dla swojego projektu.

Jeśli szukasz niezawodnego, wysokowydajnego rozwiązania w postaci baterii 21700, Lan Dazzle Ci to zapewni. Jako Wiodący producent niestandardowych akumulatorów Dzięki własnej fabryce specjalizujemy się w tworzeniu pakietów 21700 dostosowanych do konkretnych wymagań - niezależnie od tego, czy chodzi o drony, elektronarzędzia, rowery elektryczne czy zastosowania przemysłowe. 

W przypadku zapytań o niestandardowy projekt lub aby dowiedzieć się więcej, skontaktuj się z nami pod adresem info@sxunsolution.com. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz pakietu o wysokim współczynniku C do konkurencyjnego FPV, czy długotrwałego pakietu do komercyjnych rowerów elektrycznych, Lan Dazzle jest Twoim zaufanym partnerem w zakresie zaawansowanych rozwiązań baterii litowych.