Lityum İyon Batarya Nasıl Üretilir? En Önemli Noktalar

Lityum iyon bataryalar gerilim ve kapasite değerlerinin karşılanmasının yanı sıra hacim, ağırlık, güç gibi pek çok farklı istere de karşılık vermelidir. Dolayısıyla doğru batarya üretmek oldukça hassas bir süreçtir. Bunun yanı sıra işin en önemli noktası ise tasarlanan batarya paketinin güvenli olmasıdır. Aksi halde yangın, patlama gibi durumlarla karşılaşılması olasıdır.

Bu içeriğimizde güvenli ve kaliteli batarya üretmenin önemi noktaları ve dikkat edilmesi gerekenleri paylaşacağız. İçeriğimizin tamamını okuyarak detaylı bilgi edinebilir ve web sitemizden batarya paketiniz için uygun hücreleri temin edebilirsiniz.

Lityum İyon Batarya Paketi Üretim Adımları

Lityum iyon batarya paketlerinde en çok kullanılan hücre tipi 18650 olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu bataryalarda kullanılan hücrelerin tipi farklı farklı boyutlarda ve şekilde olabilir. Silindirik, Prizmatik ve Polimer Pillerin Özellikleri isimli içeriğimizden pillerin tipleri hakkında bilgi edinebilirsiniz. Burada önemli olan nokta hücrenin tipinden ziyade üretim sürecinde doğru adımlar ile üretim sağlamaktır.

Bu piller elektrikli el aletleri, elektrikli bisikletler, medikal cihazlar, elektrikli otomobiller gibi çok fakrlı alanlarda kullanıma uygundur. Tahmin edileceği üzere her cihazın isteri farklı olacaktır. Dolayısıyla üretim sürecinde hem teknik özellikleri ile isterleri karşılamalı hem de bataryanın güvenli olması sağlanmalıdır.

1. Bataryanın Gerilim ve Kapasite Değerlerinin Belirlenmesi

İlk olarak üretilecek bataryanın gerilim ve kapasite değerleri belirlenmelidir. Burada bataryanın kullanılacağı cihazın çalışma gerilimi ve ne kadar çalışma süresi beklendiğini bilmek gerekir. Örneğin, bir şarjlı led lamba tasarladığınız ve lambayı sağlıklı çalıştırmak için 6 – 9V aralığında gerilime ihtiyacınız olsun, toplam sisteminiz ise sabit 10W güç tüketsin ve lambanızın 1 saat boyunca aralıksız yanmasını istiyor olun. Tüm bu verilere göre kabaca bir hesaplama ile doğru kapasitede bir pil tasarlanabilir.

10W güç tüketen bir sistem için 10Wh’lik bir batarya 1 saat boyunca aralıksız çalışabilir. Çalışma geriliminin 6-9V aralığında uygun olduğunu bildiğimiz için 2×3.7V (NMC) = 7.4V’luk bir batarya kullanabiliriz. Buradan yola çıkarak 2 seri bir batarya grubuna ihtiyacımız olduğunu biliyoruz. 10Wh/7.4V = 1.35Ah’a tekabül ediyor. Dolayısıyla, en az 1.35Ah kapasitede bir pile ihtiyacımız var demektir. Kolay bulunabilir olmasından dolayı 3.7V 1500mAh hücre kullanıp 2 seri 1 paralel olarak bağlantı yaparsak toplamda 7.4V x 1.5Ah = 11.1Wh’lik bir bataryaya sahip olacağımız anlamına gelir.

Seri, paralel bağlantı konusunda daha detaylı bilgi almak için blog yazılarımızı takip edebilirsiniz.

2. Hücrelerin İzole Edilmesi

Batarya paketi üretimine başlamadan önce hücreler izole edilmelidir. Bu işlem ilerleyen süreçte bataryaların tehlikeli olma ihtimalini düşürecektir. İzolasyon işlemi potansiyel tehlikeleri öngörerek yapılmalıdır.  Özellikle silindirik hücrelerde pozitif kutupta arpa kağıdı kullanarak izolasyon sağlanması çok önemlidir. Bilindiği gibi pozitif kutbun çevresi negatif kutup ile çevrilidir. Dolayısıyla kaplamanın delinmesi veya darbe alması durumunda pozitif kutbun üzerindeki iletken doğrudan negatif kutup ile kısa devre olacaktır.

Bataryadaki seri hücrelerin birbiriyle teması durumunda da kısa devre durumları yaşanabilir. Bunun için önemler alınmalı ve yalıtıma önem verilmelidir. Ayrıca bataryanın dış etkenlerde de darbe alma ihtimaline karşı korumalı olması gerekmektedir.

3. Batarya Puntalama İşlemi

Batarya izole edildikten ve kabaca oluşturulduktan sonra puntalama işlemine geçilebilir. Puntalama işleminde seçilen iletkenlerin çekilecek akım değerini karşılaması ve uygun kesitte olması gerekir. Aksi halde sürekli akım taşınması durumunda iletkenler üzerinde ısınma meydana gelebilir ve buna bağlı olarak hücreler zarar görebilir.

Tüm bunların yanı sıra puntalama işleminde dikkatli olunmalı ve olası kısa devre durumları kontrol edilmelidir. Çok küçük hatalarda büyük sorunlar ortaya çıkabilir.

4. BMS Bağlantısı ve Yalıtım

Tüm işlemler tamamlandıktan sonra BMS bağlantısı yapılmalıdır. Bunun için tavsiyemiz bağlantı yapılacak olan BMS’in datasheet dosyası incelenmeli ve buradaki bağlantı şemasına göre bağlantı yapılmalıdır. BMS bağlantısı genellikle standart olsa da bazı durumlarda farklı veya ters bağlantılar içeriyor olabilir. Bağlantılarda yapılacak küçük bir hata kısa devreye yol açabilir veya BMS’in zarar görmesi ile sonuçlanabilir.

BMS devresi bağlantıları da tamamlandıktan sonra batarya teste tabi tutulur ve ardından izole edilerek yalıtılır. Bu süreçte bataryanın dış darbelerden korunaklı olmasına dikkat edilmesi gerekir.

Lityum İyon Batarya Üretimindeki Önemli Noktalar

Lityum iyon batarya üretimi çok karmaşık görünmeyebilir ancak oldukça kompleks bir süreçtir. Yapılacak küçük bir hata veya gözden kaçırma durumunda uzun vadede büyük sorunlara yol açabilir. Aynı zamanda kötü üretilmiş bir batarya tehlike yaratmasa da ömrü oldukça kısa olacaktır. Bunun içn doğru batarya üretmenin nüanslarını bilmek önemlidir.

1. Hücreleri sınıflandırmak: Üretilecek olan bataryada kullanılacak pillerin tamamının aynı marka/model olması gerekmektedir. Bunun yanı sıra piller kapasitelerine göre sınıflandırılmalı ve batarya üretiminden önce eş iç direnç ve gerilim (açık devre gerilimi) değerlerine sahip olanlar kullanılmalıdır.
2. İzolasyon: Kullanılacak olan hücreler her ihtimal düşünülerek uygun şekilde izole edilmelidir.
3. İletken hesapları: Bataryadan geçecek olan akım değeri bilinmeli ve maksimum akım değerine göre iletken kesit hesabı yapılmalıdır. Mümkünse akım birden fazla koldan paylaştırılarak taşınmalıdır.
4. Sıcaklık kontrolleri: Üretilmiş olan bataryalar mümkünse termal kamera ile değilse bir sıcaklık ölçer ile sıcaklık testine tabi tutulmalıdır. Sıcaklık testi sürecinde bataryanın maksimum akım değerleri göz önünde bulundurulmalıdır. Bu değerler uygulanarak hücre sıcaklıkları, kablo sıcaklıkları, iletken sıcaklıkları kontrol edilmelidir.
5. Fiziksel koruma: Ürettiğiniz bataryanın fiziksel darbe alması muhtemeldir. Örneğin bir elektrikli bisiklet ile çukurlardan geçilecek ve batarya bu darbeden etkilenecektir. Bunun gibi bataryaların yüksekten düşme veya bir darbe alma ihtimali her zaman vardır. Bu ihtimaller göz önünde bulundurularak fiziksel darbelere karşı koruma sağlanmalıdır.
6. Test süreçleri: Batarya üretildikten sonra maksimum akım değerleri ile test edilmelidir. Bunun yanı sıra sıcaklık testleri de yapılmalı ve farklı ortam sıcaklıklarına maruz bırakılmalıdır.

Batarya üretme sürecinde oluşabilecek ve gözden kaçabilecek küçük hatalardan dolayı çok büyük tehlikeler oluşabilir. Bir batarya oluşturulurken kaliteli hücre seçmek, uygun BMS devresi kullanmak ve sarf malzemelerin kalitesinden ödün vermemek en önemli başlıklardır. Bununla beraber potansiyel tehlikeler bilinmeli ve öngörülerek önlem alınmalıdır. Böylece hem güvenli hem de uzun ömürlü bir batarya oluşturmak mümkün olacaktır.