BLOG

Lityum Pil Şarj Metodu

Date: 23-11-2021

Lityum Pil Şarj Metodu

1. 1. Lityum Pil Şarj Metodu

Pillerin şarj edilmesi ve boşaltılması kimyasal bir reaksiyondur. Li-Ion pilleri şarj ederken kurşun asit akü sistemine benzerlik gösteren voltaj ve akım sınırlayıcı bir şarj sistemi söz konusudur. Li-Ion pil ile kurşun asit arasında olan farklılıklar, hücre başına daha yüksek bir voltaj veya daha düşük bir voltaj toleranslarında çalışmasıdır ve tam şarjda iken bekleme / yüzdürme / şamandıra şarjının olmamasıdır. 

Kurşun asit aküler bekleme şarjı açısından esneklik sağlarken, Li-Ion piller için bu durum söz konusu değildir. Lityum piller sadece emebileceği kadar akım alabilmektedirler [19]. Li-Ion piller tipik olarak 4.20V / hücre voltajına kadar şarj edilir. Tolerans, ±50mV / hücre seviyesindedir. Voltajı arttırmak kapasiteyi arttırır ancak hücrenin normal değerinin üstüne geçerek pili zorlar ve güvenliği tehlikeye atmaktadır. Lityum batarya modülleri içerisinde bulunan BMS, her bir lityum pil hücresi için ayarlanan voltajın üzerine çıkılmasına engel olmaktadır [20]. Şekil 2.3 Lityum pil şarj olurken akım ve gerilimin değişimini göstermektedir.

Şekil 2.3 : Lityum pil şarj kademeleri [19].

Akü kapasitesi ile ilgili olarak şarj veya deşarj oranı “C” olarak ifade edilir. Bu oran, bir şarj veya deşarj akımına eşittir ve Denklem 2.8 ile tanımlanır.

I = M x Cn                                                            (2.8)  

Burada:

I = şarj veya deşarj akımı, birimi A,

M = C'nin çoklu adet sayısı,

C = Nominal kapasitenin sayısal değeri, birimi Ah,

n = C'nin bildirildiği saat cinsinden süreyi ifade etmektedir.

1C oranında deşarj olan bir batarya nominal kapasitesini bir saat içinde vermektedir. Örneğin, nominal kapasite 1000mAh ise, 1C'lik bir deşarj oranı, bir deşarja karşılık gelmektedir. 1000mA akımı, benzer şekilde, C / 10 oranı 100mAh'lik bir deşarj akımına karşılık gelmektedir. Li-Ion pilin kimyasal yapısı, sabit akım ve sabit voltaj uygulanacak şekilde şarj işlemine uygundur. Bu durum dört aşamaya ayrılabilir. Sabit akım, sabit voltaj, şarj sonlandırma ve ek şarj’dır. Şekil 2.3, Li-Ion pilin bu dört aşamasını göstermektedir. Öncelikle ve kritik olarak Li-Ion pil için, hücre voltajı yaklaşık 3V'un altına düştüğünde, pil hücresi sabit bir akım ile şarj edilir. Örneğin, maksimum 0,1C şarj akımı.

Aşama 1: Sabit Akım, Li-Ion pilin hücre voltajı, doyma şarj eşiğinin üzerine yükselene kadar sabit tutularak yapılmaktadır. Sabit akım yükü, 0.2C ile 1.0C aralığındadır [21-22].

Aşama 2: Sabit Voltaj, sadece Li-Ion piller için, sabit akım şarjı bitip, doyma seviyesinde hücre voltajı 4.2V'a ulaştığında başlamaktadır.

Aşama 3: Şarj Sonlandırma, Li-Ion pillere yüzdürme şarjı yapılmamaktadır. Bunun yerine, akım sonlandırma yapılmaktadır. Li-ion pillerde şarjı sonlandırmak için iki yöntem bulunur. İlk seçenek minimum şarj akımı ile şarj yaparken bir zamanlayıcı ile pil kapasitesi kadar süre tutularak bu süre sonunda şarjı sona erdirmektir. Diğeri ise minimum şarj akımı yaklaşımıdır. Sabit voltaj kademesinde şarj akımını izleyerek, şarj şarj akımı 0,02C ile 0,07C aralığına düştüğünde sonlandırma yapılmaktadır [19].

Aşama 4: Ek Şarj, diğer pillerde olduğu gibi Li-Ion pillerde kendi kendine deşarj olmaktadır. Bu şekilde deşarj olan pili bir süre sonra yeniden tam dolu hale getirmek için uygulanmaktadır. Ek şarj gerilim değeri pil hücresi için 4.05Volt’un altına indiğinde pile tekrar sabit 4.2V verilir ve Aşama 3 tekrarlanır [20]. Zamanlayıcı metodu, sabit voltaj kademesinde başlamaktadır. Şarj işlemi iki saat devam eder ve sonra şarj işlemini sonlandırmaktadır.

Şekil 2.4 : Li-Ion pil şarj olurken zamanla akım, gerilim ve kapasite değişimi [19].