Lion Polimer (LİPO) Piller

            Lion Polymer Pil (LİPO)

 Lipo piller doğadaki en hafif metal olan lityum maddesinden üretilirler. Yoğunluğu (0.535 g/cm³) en düşük katı madde olarak da bilinen lityum elementi bir alkali metaldir. Su veya su buharı ile karşılaştığında tepkimeye girerek hidrojen açığa çıkarır, ortamda oksijen de varsa alev alabilir. Ateşe tutulduğunda ise önce kırmızı bir parlama görünür, ardından parlak beyaz renkte kuvvetli bir alevle yanar. Yani herhangi bir yangın olayında kesinlikle su ile müdahale edilmemelidir ve kullanımı esnasında oldukça dikkat edilmelidir. Eğer yangın tehlikesiyle karşı karşıya gelinirse D tipi diye anılan hafif metal yangın söndürücüleri kullanılmalıdır. Genellikle kuru kimyevi tozlar bu kategoriye girmektedir.

 Lipo bataryalar küçük hacimlerde daha fazla enerji depolama kapasitesine sahip olduklarından elektrikli hava araçlarında en fazla kullanılan pil çeşididir. Kg başına 720,000 Joule enerji depolama kapasitesiyle, piyasada en fazla kullanılan nikel metal hydride pillerden yaklaşık 430,000 Joule daha fazla enerji depolama kapasitesine sahiptir.

Lipo bataryalar kullanılmadıkları süre zarfında az miktarda deşarj olurlar. Hemen hemen günde şarjının %0,01 ini deşarj ederek piller arasında en iyi orana sahip olurlar.

Lipo pillerin hücre başına düşen gerilim değeri de diğer pillere göre fazladır. Lipo pillerde hücre başına optimum 3.7 V gerilim değeri düşse de tamamen şarj edilmiş bir lipo da hücre başı gerilim 4.2 V değerine çıkmaktadır (Şekil 1).

Şekil 1

Lipo bataryalar hücre sayılarına ve enerji depolama kapasitelerine göre adlandırılmaktadır. Hücre başı gerilim değeri 3,7 V olarak hesaplanmaktadır. Yani 3S pil denildiğinde bu 3,7 x 3= 11,1 V gerilim değerine denk gelmektedir (gerilim değeri =3,7 x hücre sayısı). Burada ‘S’ kısaltması 3 hücrenin seri bağlandığını ifade etmektedir. 3S2P gibi bir adlandırma var ise bu 3 hücrenin seri ve bunların ikili şekilde paralel bağlandığını ifade eder. Yani toplamda 6 hücre vardır. Gerilim değeri yine 3,7 x 3= 11,1 V tur. Fakat paralel bağlantıdan dolayı akım kapasitesi artmıştır. Enerji depolama kapasiteleri ise mAh (mili amper saat) cinsinden ifade edilir. Yani 1 saatte vereceği akım değerini gösterir. Örneğin Şekil 4.1 deki pil 3300 mAh değerine sahiptir. Yani bu pil saatte 3300 miliamper ya da  3,3 Amper akım verebilme kapasitesine sahiptir. Eğer pil 3S2P olsaydı saatte vereceği akım kapasitesi 2 katı olurdu yani saatte 6,6 A akım verebilme kapasitesine sahip olurdu.

Lipo bataryalarda ayrıca C değeri bulunur. C değeri bataryanın elektrik yükünü ne kadar hızda boşaltabileceğini gösterir. Yani C değeri arttıkça bataryanın elektrik yükünü boşaltabilme kapasitesi artar. Örneğin elinizde 20 A akım çeken bir motorunuz ve 2000 mAh kapasitesine sahip bir piliniz var. Motorunuzu bu pille çalıştırmanız için C değerinin en az 10 C olması gerekir. 2000 x 10 = 20,000 mAh yani saatte 20 A akım verebilir. Lipo pillerde genellikle iki C değeri bulunur. Bunlardan ilki lipo pilin sürekli verebileceği akım değerini, diğeri ise burst akımı denilen anlık olarak verebileceği akım değerini gösterir.

Bataryalarda raf ömrü, bir bataryanın kullanılmadığı durumda ne kadar sürede öleceğini gösterir. Lipo bataryalar bu anlamda oldukça başarılıdır ve gün geçtikçe yapılan çalışmalarla da raf ömrü süresi artırılmaktadır. Lipo bataryalarda raf ömrü ölçütü iç dirençle alakalıdır. Bataryanın iç direnci ne kadar düşükse raf ömrü o kadar fazladır. İç dirence kullanıcıların etkisi de olmaktadır. Yani bataryanın uygun sıcaklıkların üzerinde saklanması iç direncin artmasına, böylece raf ömrünün kısalmasına ya da kullanılacak kapasitenin azalmasına sebep olur. Ek olarak bataryalar uzun süre kullanılmazsa %40- 50 şarj seviyesinde bırakılıp daha düşük iç dirence maruz kalması sağlanır. Yani kullanıcıların raf ömrü konusunda dikkat etmesi gereken noktalar, bataryaları %40-50 şarj seviyesinde bırakmak ve oda sıcaklığında saklamaktır.

Bir pili tüm özellikleriyle inceleyelim. Pilimiz 4S2P 5000 mAh 30C-50C olsun;

Gerilim değeri: 3,7V x 4= 14,8 V

Akım değeri : 5000 x 2=10,000 mAh. Yani saatte 10 A akım verebilir.

Sürekli verebileceği akım kapasitesi (deşarj oranı) :10,000 x 30C =300,000 mAh. Yani saatte sürekli olarak 30 A akım verebilir.

Yanma akımı: 10,000 x 50C=500,000 mAh. Yani anlık olarak 50 A akım verebilir.

Lipo pil kullanımında dikkat edilmesi gereken kurallar:

Ø  Lipolar kullanılacak aracın üzerinde korumaya alınmalıdır. Bir kırım sonucu zedelenmesi su ile teması yangınlara sebep olabilir.

Ø  Motorların çekeceği akım değerine göre uygun kapasiteli piller seçilmelidir. Aksi takdirde pil şişer ve kullanılamaz hale gelir. Yangın tehlikesi olabilir.

Ø  Uzun süre kullanılmaması durumunda oda sıcaklığında ve %40-50 şarjlı olarak saklanmalıdır.

Ø  Şarj esnasında hücrelerin eşit miktarda dolması için balanslı şarj aletleri kullanılmalıdır ve hücrelerden çıkan kontrol kabloları şarj aletine takılmalıdır (Şekil 2).

Şekil 2

Ø  Uygun akım değerinde şarj edilmelidir. Yani şarj esnasında kaç amper akım basılacağı oldukça önemlidir. Örneğin 3S 3300 mAh lık bir pil 1C değerine göre şarj edilmelidir yani 11,1 V ile 3,3 A lik akım basılarak şarj etme işlemi yapılmalıdır (Şekil 4.2). Bu akımı karşılayacak şarj aleti de buna uygun olmalıdır. Yani şarj aletinin gücü en az teoriye göre 3.3x11,1= 36,63 Watt olmalıdır. Fakat şarj etme işleminde her zaman pilin o anki gerilim değerinden daha fazla gerilim verilmesi gerekir. Buna göre pilin tam şarjda gerilim değeri 3x4,2 =12,6 V olacağından gerekli güç 12,6 x 3,3= 51,58 watt olmalıdır. Fakat şarj aletinin verimi de hesaba katılarak bu pilin şarj edilebilmesi için şarj aletinin gücünün 60 watt civarında olması pratikte uygundur.

Ø  Lipo piller ilk 5 kullanım için %50 den fazla boşaltılmadan şarj edilmelidir. İlk kullanımlara rodaj evresi de denilmektedir. Dolu bir pilin hücre voltajı 4,2 V’tur, pil bittiğinde ise hücre voltajı 3,7 V olur. Buna göre deşarj kapasitesi 4,2 - 3,7 =0,5 V tur. Rodaj evresinde 0,5’V un yarısı 0,25 V kullanılmalıdır yani hücre gerilimi 4,2 – 0,25 = 3,95 civarına düştüğünde pil tekrar şarj edilmelidir.

Ø  İlk 5 kullanım için piller 1C değerinin %80 altında şarj edilmelidir. Yani 3300 mAh lık pil 3.3 A değerinin %80 i değerde 2,64 A ile şarj edilmelidir.

Ø  Pillerin kırmızı  (+ uç) ve siyah uçları  (- uç) kesinlikle kısa devre edilmemelidir.

Ø  Eğer hücre başı voltaj 3.5 V’un altına düşmüşse ve kullanılamayacak hale gelmişse yani şarj aleti uyarı veriyorsa (genellikle Battery check, Low voltage uyarısı) tasnif edilmeyen bir yöntem de olsa pilleri nikel metal hiydride şarj aleti ile 5 dk civarında şarj edip tekrar lipo şarj aletine bağlanmalıdır. Şarj boyunca pilin yanından ayrılmamalıdır. Yangın tehlikesi olabilir.

Ø  Lipo şarjı esnasında pilin yanında bulunmak gerekir. Herhangi bir aksilik durumun da yangın tehlikesi diğer pillere oranla daha fazladır.