LİPO Pil

Güncelleme 14/11/2024

Lipo Pil – Lipo Batarya

Lityum-iyon polimer Pil

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

Lipo pil 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 .

Lipo pil 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  pil 3300 mAh değerine sahipse 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.

Barındırdıkları yüksek enerji miktarı sebebiyle LiPo piller kısadevre olmaları veya cihaza ters kutuplardan bağlanmaları halinde elektronik komponentlerin yanmasına sebebiyet vermektedirler. Tehlikeli durumlardan kaçınmak adına LiPo piller kullanılırken ve saklanırken kısadevre oluşturabilecek durumlardan kaçınılmalıdır.

• LiPo pil paketinin akıllı şarj cihazı tarafından doğru şarj edilebilmesi için hücre sayısı, pil kimyası ve şarj akımı bilgileri tesbit edilmeli ve şarj cihazında ilgili bölümlerde ayarlanmalıdır.
• Charging Coefficient (Şarj katsayısı) belirtilen bazı özel piller haricinde LiPo pillerin şarj katsayısı 1C olarak kabul edilir ve şarj aletine bu değer ile hesaplanan miktar şarj akımı olarak girilir.
• Pilin üzerinde Balance Plug (Denge kablosu) olarak ifade edilen ve seri bağlı hücre sayısının bir adet fazla olacak kadar sayıda kablo ve bu kabloları birleştiren bir konektör’den oluşan arayüz şarj esnasında tüm hücre değerlerinin takip edilebilmesi için akıllı şarj cihazındaki ilgili girişe bağlanmalıdır.
• Pilin üzerindeki esas akım kablosu akıllı şarj cihazındaki ilgili girişe bağlanmalıdır.

Doğru ayarlanmış bir şarj cihazı LiPo pillerinize hücre başına düşen gerilim 4.2v seviyesine ulaşana kadar seçilen akımda gerilim uygulayacak ve hücredeki direnci ölçerek şarjın son evrelerinde bu şarj akımını dereceli olarak düşürecektir. Ayrıca dengeli şarj özelliği ile hücrelerin gerilimleri arasındaki farkları ortadan kaldırıp hücrelerin eşitlenmesini sağlayacaktır.

LiPo pillerde mAh, Volt, C değerleri nedir?

mAh (miliAmper Saat) birim zamanda taşınan elektrik yükünü ifade eder. 1500mAh kapasitesi bulunan bir pil, 1.5A (amper) yani 1500mA (miliamper) tüketimi bulunan bir cihaza bağlandığında optimum koşullarda bu cihazı bir saat boyunda çalıştırabilir.

v (Volt) Elektrik’te potansiyel farkı yani gerilimi ifade eder. İHA sistemlerinde cihazın çalışmak üzere tasarlandığı gerilim aralığına dikkat edilerek uygun gerilimde pil kullanılmalıdır. Gerilimin düşük olduğu durumlarda cihaz çalışmayacağı gibi ani düşüşler ve kırımlar de meydana gelebilecektir. Belirtilenden yüksek gerilime sahip pillerin kullanımı da elektronik devrelerin kalıcı olarak hasar görmesine sebep olacaktır.

C (Deşarj katsayısı) Pilin deşarj olma kabiliyetlerini belirten bir kat sayıdır. LiPo pillerin hızlı deşarj olabilme kabiliyetleri (c)x(mAh) yani (deşarj katsayısı)x(mAh cinsinden pil sığası) formülü kullanılarak hesaplanır.

Özellikleri 2200mAh, 30C, 3S olarak belirtilen bir LiPo pil paketinin 30×2.2A yani 66A yükü anlık olarak taşıyabileceği ve 2200mAh sığası hesaba katıldığında bu yükü 2 dakika boyunca çalıştırabileceği ifade edilebilir.

LiPo piller nasıl şarj edilir? Balance Charging (Dengeli şarj) nedir?

LiPo piller sabit akım uygulanarak şarj edilirler. Günümüzde LiPo pillerin şarj edilmesi için akıllı şarj aleti olarak tanımlanan mikroişlemci kontrollü şarj aletleri mevcuttur. LiPo pillerden yüksek oranda verim alabilmek için pillerin doğru şekilde şarj edilmesi, kullanılması ve saklanması önemlidir. Şarj akımı (şarj katsayısı)x(mAh cinsinden pil sığası) olarak hesaplanır.

Özellikleri 4000mAh, 30C, 3S olarak belirtilen bir LiPo pil paketi için akıllı şarj cihazında pil kimyası olarak LiPo seçilmeli, hücre sayısı üç olarak ayarlanmalı ve şarj akımı olarak 4000mAh seçilmelidir.

LiPo pili tüm özellikleriyle inceleyelim.

LiPo 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:

Lipo pil kullanılacak aracın üzerinde korumaya alınmalıdır. Bir kırım sonucu zedelenmesi su ile teması yangınlara sebep olabilir.
Motorların çekeceği akım değerine göre uygun kapasiteli Lipo pil seçilmelidir. Aksi takdirde Lipo pil şişer ve kullanılamaz hale gelir. Yangın tehlikesi olabilir.
Uzun süre kullanılmaması durumunda oda sıcaklığında ve %40-50 şarjlı olarak saklanmalıdır.
Şarj esnasında hücrelerin eşit miktarda dolması için balanslı şarj aletleri kullanılmalıdır ve hücrelerden çıkan kontrol kabloları şarj aletine takılmalıdır

Lipo pil 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(üsteki resim). Bu akımı karşılayacak şarj aleti de buna uygun olmalıdır. Yani şarj aletinin gücü en az teoriye göre 3.3×11,1= 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 3×4,2 =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.
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.
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.
Lipo Pillerin kırmızı (+ uç) ve siyah uçları (- uç) kesinlikle kısa devre edilmemelidir.

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 pil şarj aletine bağlanmalıdır. Şarj boyunca pilin yanından ayrılmamalıdır. Yangın tehlikesi olabilir.
Lipo pil şarjı esnasında pilin yanında bulunmak gerekir. Herhangi bir aksilik durumun da yangın tehlikesi diğer pillere oranla daha fazladır.

Lipo Pil Çeşiteleri 

• 1S 3.7V LiPo
• 2S 7.4V LiPo
• 3S 11.1V LiPo
• 4S 14.8V LiPo
• 5S 18.5V LiPo
• 6S 22.2V LiPo
• Airsoft Pilleri LiPo/Li-Fe

Lipo pil satın aldığımızda dikkat edilmesi gereken teknik özellikler

3S =>  3 x 4.2V = 12.6 V
4S=>   4x 4.2V = 16.8V
3S2P => 3 x 4.2V = 12.6 V (Paralel bağlı olduğu için 3S ye göre  2 kat daha fazla akım verir.)
3S3P=>  3 x 4.2V =12.6 V  (Paralel bağlı olduğu için 3S ye göre 3 kat daha fazla akım verir.)
Lipo piller üzerinde kapasite olarak bildiğimiz C değerleri bulunmaktadır .

Teknik özellikleri 2200mAh 3S1P 20C bir pil üzerinde bu konuyu inceleyelim .

• Bu pil sabit 2.2 amper akım çeken bir sisteme bağlanırsa yaklaşık olarak 1 saat kullanılabilir. Yani başlangıçtaki akım değeri olan 2.2A,  1 saatte durmaksızın verebileceği akım değeridir.
• 2.2A x 20 C = 44A  , bu pil  en fazla 44A akım verebilmektedir. Buradaki C değeri ne kadar büyük ise pilin kapasitesi yani verebileceği akım değeri o kadar büyüktür.
• Bu pil 1 saat (60 dakika) boyunca durmadan 2.2A akım verebiliyorsa 44A akımı ne kadar süre verebilir. Bu sorunun cevabını basit bir oran-orantı yaparak buluyoruz.
•  (60 dk x 2.2A)/44A=3 dk boyunca durmadan 44A verebilir.
• Bu pil, lipo piller için üretilmiş bir şarj aleti kullanılarak 1C değeri ile yani 2.2A ile 1 satte şarj edilir.

Lipo pillerde ‘brust C’ olarak adlandırılan değer ise pilin aşırı yüklenmede dayanabileceği anlık akımı göstermektedir.

Lipo pillerin kullanımında dikkat edilmesi gerekenler

• Aşırı sıcak ve yanıcı ortamdan uzak tutulmalıdır. Yanıcı ve patlayıcı özelliğe sahiptir.
• Bataryaya kesici ve delici aletlerle müdahale edilmemelidir.
• Darbe ve ezilmelere karşı dikkatli olunması gerekmektedir.
• Uygun şarj cihazları ile şarj edilmelidir. Şarj esnasında kontrol edilmesi gerekmektedir.
• Lipo pilleri oda sıcaklığında saklamak gerekmektedir.
• Voltaj değerlerinin kontrolü gerekmektedir.
• Lipo piller kesinlikle kapasite değerlerinin üzerinde kullanılmamalıdır. Örneğin bir quadrotor da motor, esc hatta tüm elektronik sistemin ihtiyacı olan akım değeri ve havada ne kadar süre kalınmak istendiği  hesaplanıp buna uygun bir motor seçilmelidir. Lipo pillerden verebilecekleri max akımdan daha fazlası istendiğinde yangın ve benzeri olaylar ile karşılaşılabilir.
• Lipo pillerin uç kabloları KESİNLİKLE kısa devre (birbirine değmemeli ) edilmemelidir. Bunun bir örneğini bir projede çalışırken yaşadık. Arkadaşım kurduğu bir devreyi lipo pil ile beslemeye kalktı ve sonuç olarak dumanların arasından yapışan kabloları zor ayırdım.
• Lipo pilleri onlar için özel olarak üretilmiş balanslı şarj aletlerini kullanarak şarj etmeliyiz. Ayrıca pilin 1C değerindeki akım ile şarj etmeliyiz. Örneğin 2200mah 3S 20C bir pil için 1C=2.2A dir.
• Lipo piller kullanılırken hücre başına gerilim değeri 3V un altına düşerse hücremiz ölebilir ve bir daha kullanılamaz.  RC modellerde programlı ESC ler bunu engellemektedir. Fakat diğer projelerinizde kesinlikle hücre başına gerilimi kontrol edebileceğiz bir sistem kullanmalısınız.
• Hücre başına gerilimin 3V un altına düşmesi, sıcaklık vb. gibi durumlarda pillerde şişme meydana gelir. Piyasada modelcilikle uğraşıp kullanan birçok insan olmasına rağmen şişmiş piller kullanılmamalıdır.
• Lipo pillerde hücre başına gerilim 4.2V dan yüksek olmamalıdır. Zaten lipo piller için üretilmiş bir şarj cihazı kullanıyorsanız, cihazınız buna izin vermeyecektir.
• Pil seçimi kullanılan modele ve sisteme uygun olmalıdır. Örneğin; elektrikli modellerde daha fazla kullanım için C değeri daha yüksek piller tercih edilmelidir. Ama bu da beraberinde ağırlık sorununu getirmektedir.
• Lipo pilleri her zaman max performansta kullanmayın. Her zaman %20 lik bir kullanım boşluğu sağlıklı kullanım açısından önemlidir.
• Çocukların şarj işlemi veya yapılacak olan uygulamalarda yetişkin, konu hakkında bilgisi olan bir bireyle birlikte hareket edilmesi tavsiye edilmektedir.

Lipo Pillerin Saklama Koşulları:

• Lipo piller hücre  başına yarı gerilimle (3.6V-3.75V) saklanmalıdır.
• Lipo piller serin kuru ve ışıktan uzak bir ortamda saklanmalıdır.
• Lipo pilleri saklamak için özel saklama kapları da mevcuttur.

Lipo pilleri lipo saklama çantalarında saklamak sizi çıkacak yangın tehlikelerine karşı korumaktadır .