Lipo Pillerin Maksimum Akım Kapasitesi Nasıl Hesaplanır?
Pilin akım gücü, kullanacağımız motorun çektiği maksimum akım değeri ile aynı veya daha fazlası olmalıdır. Aksi takdirde motor maksimum performansa ulaşamaz ve pil normalden fazla ısınır. Bazı durumlarda pil hücreleri zarar görebilir.
Lipo pillerin üzerinde mAh (mili amper saat) birimi ile kapasite bilgisi ve C harfi ile ifade edilen deşarj akımı (C: current) bilgisi yer alır. Bu iki değer kullanılarak maksimum akım gücünü hesaplayabiliriz.
Maksimum sürekli akım = Kapasite × Deşarj C değeri
Örnek olarak 11.1V (3S) , 2700mah, 30C değerlerine sahip bir pil için hesaplama yapalım.
Kapasite: 2700mAh (2.7 Ah)
C değeri: 30
Bu pilin sürekli sağlayabileceği akım gücü 2.7Ah x 30C = 81 Amper dir. GERÇEKTEN ÖYLE Mİ?
Eğer mükemmel bir dünyada yaşasaydık öyle olabilirdi ama değil. Bazılarımız Lipo pil deneyimlerimizde hesaplanan teorik akımdan çok daha azını elde edebildiğimizi veya hesapladığımız akım gücüne ihtiyaç duyan bir motor kullandığımızda pilin aşırı ısındığını ve hesaplanan gücü elde edemediğimizi gözlemlemiştir.
Peki sorun nerede?
Gerçek Dünya Faktörleri ve Kayıplar
- İç Direnç (IR – Internal Resistance) Kaybı
- Her pilin hücre iç direnci vardır. İç direnç arttıkça ısı kayıpları artar ve akım çekişi düşer.
- Yeni ve düşük iç dirençli bir pil bile, tam kapasitesini vermekte zorlanabilir.
- Gerilim Düşüşü (Voltage Sag)
- Yüksek akım çekildiğinde hücrelerin voltajı düşer.
- 3S (11.1V) bir pil yüksek akım altında anlık olarak 10V veya daha altına düşebilir.
- Voltaj düştüğünde güç (Watt) azalır, dolayısıyla akım çekişi de etkilenir.
- Kimyasal ve Termal Limitler
- Lipo piller nominal C değerini yani kağıt üstünde yazan C değerini tam olarak sağlayamaz.
- Piller belirli bir sıcaklığa ulaştığında iç direnç artar, bu da akım çıkışını daha da sınırlar.
- Örneğimizde ki 30C etiketi, genellikle ideal laboratuvar koşullarındaki maksimum değer olup sürekli sağlanamayacaktır.
- Bağlantılar ve Kablo Kayıpları
- Pil konnektörleri (XT60, XT90 gibi), kablo kesiti ve lehim noktaları, akım kapasitesini sınırlandırabilir.
- Zayıf lehim veya ince kablolar, akımın tam çekilmesini engelleyebilir.
Pratik ve biraz daha gerçekçi bir hesaplamayı nasıl yapabiliriz?
Öncelikle pil hücrelerinin İç direnç değerlerini öğrenmemiz gerekir. Akım gücü için iç direnç değerleri çok önemlidir. İç direnç yükseldikçe maks akım kapasitesi azalır. İç dirençleri ölçmek için dijital şarj aletlerini veya SM8124A gibi iç direnç ölçme cihazlarını kullanabilirsiniz. Bir diğer seçenek ise manuel olarak hesaplamaktır.
Manuel Hesaplama: Farklı akımlarda voltaj düşüşünü ölçerek de iç direnci hesaplayabilirsin
(İki farklı yük altındaki voltaj farkını ve akım farkını kullanarak)
Ra = V1−V2 / I2-I1
İç dirençleri öğrendikten sonra gerçekçi bir tahmin için aşağıdaki formülü kullanabiliriz.
Gerçekçi Maksimum Pratik Akım Hesaplaması
Imax = Vnominal – Vmin / Ra
- Vnominal: Pilin nominal voltajı. Yani üzerinde yazan değer (örneğin 11.1V)
- Vmin: Hücrelerin en düşük güvenli voltaj sınırı. Hücre başına 3.2V kabul edilebilir. (örneğin 3S için 9.6V)
- Ra: Pilin toplam iç direnci (mΩ cinsinden, genellikle hücre başına ölçülür ve seri bağlantı olduğu için hepsinin toplam değeri dikkate alınır). Formül için toplam mΩ 0.001 ile çarpılarak ohm (Ω) değerine çevrilmelidir.
- Imax: Maksimum Akım
NOT: Nominal voltaj yerine yük altındaki voltaj değerini kullanmak daha gerçekçi sonuç üretir. Ama yük altındaki voltaj değeri çalışma süresince aynı kalmayacaktır. Zaman ilerledikçe voltaj düşecektir. Bu yüzden nominal voltaj en kötü senaryo için daha güvenli sonuç almamızı sağlar.
ÖRNEK (11.1V 270mAh LiPo);
11.1V – 9.6V / 0.0348Ω = 43.10A
Ölçtüğüm pil için maksimum akım kapasitesi 43.10 Amper dir.
Pilin iç direnci haricinde dış dirençler de akım gücünü olumsuz etkiler. Dış dirençler; Pilin soketi, kablolar ve lehimlerin oluşturduğu direnç değerleridir. Daha gerçekçi bir tahmin için formüle dış direnç değerleri de eklenmelidir.
Soket ve kabloların iç direnç toplam değerini 0.0005Ω varsayalım. Bunu pilin iç direnci ile toplarsak 0.0348 + 0.0005 = 0.0353Ω elde ederiz.
11.1V-9.6V / 0.0353 = 42.49A
Bu durumda maksimum akım kapasitesi 42.49A olacaktır.
Ama genellikle pratikte, nominal C değerinin %50-70’i civarında bir akım çekilebildiği görülür.
Yani 30C etiketi olan bir pil gerçekte sürekli 15C – 21C civarında verimli çalışabilir. Pilin kalitesi ve durumu etkileyicidir.
Örneğin, 2200mAh 30C pilin pratikte sürdürebileceği akım yaklaşık:
2.7A×15C (düşük hesap)=40.5A
2.7A×21 (yüksek hesap)=56.7A
Yani gerçek dünyada bu pil yaklaşık 40.5A – 56.7A arasında bir sürekli akım sağlayabilir. 81A gibi yüksek bir akım ise genellikle anlık (burst) olarak mümkündür ama sürekli sağlanamaz.