Lityum-iyon Pil Terminolojisi (1)

1. Gerilim (V)

Açık devre gerilimi (OCV): Dış devre veya dış yük bağlı olmadığında akünün gerilimini ifade eder. Açık devre gerilimi, akünün kalan enerjisiyle belirli bir ilişki içindedir ve güç göstergesi bu prensibi kullanır.

Çalışma gerilimi (WV): Pilin çalışma durumunda, yani devreden akım geçtiği sırada, pilin pozitif ve negatif elektrotları arasındaki potansiyel farkını ifade eder. Akünün deşarj çalışma durumunda, akım aküden geçtiğinde iç direnci aşmak zorundadır; bu nedenle çalışma gerilimi her zaman açık devre geriliminden daha düşüktür.

Deşarj kesme gerilimi (DCV): Akünün tamamen şarj edildiğinde ve deşarj edildiğinde ulaşılan gerilimi ifade eder (deşarj devam ederse, bu aşırı deşarj anlamına gelir ve akünün ömrünü ve performansını olumsuz etkiler). Şarj sınır gerilimi (LCV): Şarj sırasında sabit akım şarjının sabit gerilim şarjına geçtiği gerilimdir.

2. Akü kapasitesi (Ah)

Pil kapasitesi, pilin depolayabileceği elektrik miktarını ifade eder. Kapasite, pilin elektriksel performansının önemli bir göstergesidir ve elektrotun aktif maddesi tarafından belirlenir.

Kapasite, C harfiyle gösterilir ve birimi Ah (amper-saat) veya mAh (miliamper-saat) şeklindedir: Formül: C=It, yani pil kapasitesi (Ah) = akım (A) × deşarj süresi (h). 10 amper-saat kapasiteli bir pil, 5 amper akımda 2 saat boyunca veya 10 amper akımda 1 saat boyunca deşarj edilebilir.

3. İç direnç (mΩ)

Bir pilin iç direnci, pil çalışırken pil içinden geçen akımın karşılaştığı direnci ifade eder. İç direncin büyüklüğü, esas olarak pil malzemesi, üretim süreci ve pil yapısı gibi faktörlerden etkilenir. İç direncin varlığı nedeniyle, pil boşaldığında iç dirençten geçen akım ısı üretir ve enerji tüketir. Akım ne kadar büyükse, o kadar fazla enerji tüketilir. Bu nedenle, iç direnç ne kadar düşükse, pil performansı o kadar iyi olur. Pilin gerçek çalışma gerilimi yüksek olmakla kalmaz, iç dirençte tüketilen enerji de daha az olur.

İç direncin varlığı, deşarj sırasında akünün uç geriliminin akü elektromotor kuvveti ve açık devre geriliminden daha düşük, şarj sırasında ise uç geriliminin elektromotor kuvveti ve açık devre geriliminden daha yüksek olmasına neden olur.

Pilin iç direnci sabit bir değer değildir (direnç, fiziksel iç direnç ve polarizasyon iç direnci olarak ikiye ayrılır). Aktif maddenin bileşimi, elektrolit konsantrasyonu ve sıcaklık sürekli değiştiği için, deşarj süreci boyunca zamanla değişir. Ohmik direnç, Ohm yasasına uyar: polarizasyon direnci, akım yoğunluğunun artmasıyla artar, ancak bu doğrusal bir ilişki değildir. Genellikle akım yoğunluğunun logaritmasının artışıyla doğrusal olarak artar.

4. Taşıma kapasitesi

Pilin artı ve eksi uçları elektrikli cihaza bağlandığında, elektrikli cihaz çalıştırıldığında ortaya çıkan çıkış gücü, pilin yük kapasitesidir.

5. İç basınç

Bu terim, şarj ve deşarj işlemleri sırasında sızdırmaz aküden çıkan gazın neden olduğu akünün iç hava basıncını ifade eder. Bu basınç, esas olarak akü malzemeleri, üretim süreçleri ve akü yapıları gibi faktörlerden etkilenir.

Bunun oluşmasının başlıca nedeni, pilin içindeki su ve organik çözeltilerin ayrışmasıyla ortaya çıkan gazın pil içinde birikmesidir

6. Şarj oranı (C-oranı)

C, “Kapasite” kelimesinin ilk harfidir ve pilin şarj ve deşarj sırasında akım değerini belirtmek için kullanılır.

Örneğin: Şarj edilebilir bir pilin nominal kapasitesi 1100 mAh olduğunda, bu, 1100 mAh (1C) akımdaki deşarj süresinin 1 saat, 200 mA (0,2C) akımdaki deşarj süresinin ise 5 saat sürebileceği anlamına gelir. Şarj süresi de bu şekilde hesaplanabilir.

7. Aşırı deşarj

Akü, deşarj işlemi sırasında akü deşarj sonlandırma gerilimini aşar ve deşarjına devam ederse, bu durum akünün iç basıncının artmasına, pozitif ve negatif aktif malzemelerin geri dönüşüm özelliğinin bozulmasına ve akü kapasitesinin önemli ölçüde azalmasına neden olabilir.

8. Aşırı ücretlendirme

Pil şarj olduğunda, tam şarj durumuna ulaştıktan sonra şarjın devam etmesi durumunda, pilin iç basıncının artmasına, pilin deforme olmasına, sızıntıya vb. neden olabilir; bu durumda pilin performansı önemli ölçüde düşer ve hasar görür.

9. Şarj ve deşarj derinliği (SOC, DOD)

Pilinin kalan kapasitesinin değerini ifade etme yöntemi. Şarj ve deşarj derinliği yüzde olarak ifade edilir.

Örneğin: 10Ah kapasiteli bir pilin deşarj sonrasında kapasitesi 2Ah’a düşerse, buna 80% DOD denebilir. Örneğin: 10Ah kapasiteli bir pilin şarj edildikten sonraki kapasitesi 8Ah ise, bu durum 80% SOC olarak adlandırılır. Tam şarj ve deşarj durumunu ifade eden bu durum genellikle 100% DOD olarak adlandırılır.

10. Akım değeri (A)

Deşarj hızı, nominal kapasitesini (C) belirli bir süre içinde boşaltmak için gereken akım değerini ifade eder; bu değer, sayısal olarak akünün nominal kapasitesinin bir katına eşittir.

Deşarj hızının büyüklüğüne göre, düşük hız (7,0C) olarak sınıflandırılabilir.

Örnek olarak 10Ah’lık bir pili ele alalım: Eğer 2A akımda deşarj edilirse, deşarj oranı 0,2C olur. Eğer 20A akımda deşarj edilirse, deşarj oranı 2C olur.

11. Pil enerjisi (Wh)

Tanım: Pilde depolanan enerji miktarını ifade eder; birim olarak Wh kullanılır.

Formül: Enerji (Wh) = nominal gerilim (V) × çalışma akımı (A) × çalışma süresi (saat).

Örneğin: 3,2 V 15 Ah’lık tek bir hücrenin enerjisi 48 Wh, 3,2 V 100 Ah’lık bir pil paketinin enerjisi ise 320 Wh’dir. Pil enerjisi, pilin ekipmanı çalıştırmak için yaptığı işi ölçmek açısından önemli bir göstergedir. Kapasite, yapılan işin miktarını belirleyemez.

12. Şarj döngüsü ömrü

Kavram: Bir şarj edilebilir pil, “döngü” olarak adlandırılan bir şarj ve deşarj döngüsüne girer. Tekrarlanan şarj ve deşarj işlemlerinin ardından pilin kapasitesi kademeli olarak azalır. Belirli deşarj koşulları altında, pil kapasitesi ’e düştüğünde, pilin geçirdiği döngü sayısı “döngü ömrü” olarak adlandırılır.

Çevrim ömrü, pilin şarj ve deşarj koşullarıyla ilgilidir: Oda sıcaklığında lityum-iyon pillerin 0,5C şarj ve deşarj çevrim ömrü 3000-5000 defaya ulaşabilir (endüstri standardı). Etkileyen faktörler: Pillerin yanlış kullanımı, pil malzemeleri, elektrolit bileşimi ve konsantrasyonu, şarj ve deşarj hızı, deşarj derinliği (DOD%), sıcaklık, üretim süreci vb. hepsi pil döngü ömrünü etkiler.

13. Enerji yoğunluğu (Wh/kg)

Birim hacim veya kütle başına salınan enerjiyi ifade eder; genellikle hacim enerji yoğunluğu (Wh/L) veya kütle enerji yoğunluğu (Wh/kg) olarak ifade edilir.

Örneğin, bir lityum pilin ağırlığı 325 g, nominal gerilimi 3,7 V ve kapasitesi 10 Ah ise, enerji yoğunluğu 113 Wh/kg’dır. Aşağıdaki tabloda teorik değerler gösterilmektedir. Gerçek uygulamalarda ise pil yapısındaki gövde ve parçalar gibi çeşitli faktörlerin dikkate alınması gerekir.

Şu anda, lityum pillerin enerji yoğunluğu, nikel-kadmiyum ve nikel-metal hidrit pillerinkinin sırasıyla 3 ve 1,5 katıdır. Enerji yoğunluğu, malzemenin yoğunluğu ve yapısı tarafından belirlenir.

14. Şarj süresi

Şarj süresi (saat) = şarj edilebilir pil kapasitesi (mAh)/şarj akımı (mA) × 1,5 katsayısı.

1600 mAh’lik bir şarj edilebilir pil kullanıyorsanız ve şarj cihazı 400 mA akımla şarj ediyorsa, şarj süresi şöyledir: 1600/400*1,5=6 saat.