pil kapasite ölçümü ve pilin doluluk ölçümü

Piller ve aküler-taşınabilir elektrik.

Pilin kapasitesini ölçmek:

                Yeni bir pil aldım üzerinde 2000 mAh yazıyor. Gerçekten bu kadar mı ölçmek istiyorum ne yapayım? İnternetteki bazı yazılarda tipik bir akıl verilir. Voltmetreyi 10 A ölçüm konumuna al pilin + ve – kutuplarına bağla çıkan rakama bak.

                Çıkan değer bazen sevindirir bazen de üzer. 3500 çıktı yaşasın daha güçlüsü bana denk gelmiş. Veya 1500 çıktı. Zaten düşük bir de hızla düşüyor. Çok kötü malzeme vermişler bana.

                Gerçekten iyi malzeme alıp almadığınızı bilemem ama önce siz kendinizi kandırıyorsunuz. İyi habere sevinenler için de aynısı geçerli. Seri üretim bile olsa pillerin hiçbiri %100 diğerinin aynı olmaz. Bazısı biraz yüksektir bazısı düşük ama 2000 yazan bir değer 3500 olmaz. 3500 yazanın 2000 çıkmasını anlarım ama 2000 mantıken 3500 olmaz. Öyle olsa mutfak robotu diye aldığımız şeylerin bazılarının uzay gemisi olması gerekirdi.

                Voltmetreyle veya ampermetreyle pilin kapasitesi ölçülmez. Bildiğim kadarıyla şu an pilin kapasitesini ölçen bir alet yok. En azından bir dokunmayla ölçebilen. Pilin kapasitesi deneme ile ölçülür. Pili çektiği akım bilinen bir sisteme bağlarsınız ve ne kadar süre o akımı verdiğine bakarsınız. Çıkan süre ile devreden geçen akımı çarptığınızda gerçek kapasite bulunur.

                Ampermetreyi iki kutba bağladığınızda pile kısa devreye yakın bir işlem yaparsınız. Pil verebileceği maksimum akımı verir. Yani siz o an okuduğunuz değerle aslında pilin c maks değerini hesaplarsınız. O da kısa bir süreliğine. 2000mAh yazan bir pilden bu yolla 3000 okursanız pilin içinde 3000 miliamperi 1 saat verecek miktarda elektrik olduğu anlamına gelmez. O anda devrede 3000 miliamper akım geçtiğini gösterir. Yani pil kısa devreye yakın bir anda vereceği en yüksek anlık akım değerini vermektedir. 3000/2000=1.5 değerini elde edersiniz o da pilin cmaks değeridir. C değeri değildir. C değeri için aynı ölçümü bir süre daha devam ettirmeniz ve uzun bir zaman okunan değerin değişmediği  değeri tespit etmeniz gereklidir. O zaman o sabit kalan değerle kapasitenin oranı c değeridir.

Örneklersek pili ampermetre ile direk ölçtük önce 3000 miliamper değerini okuduk. Sonra değer düşmeye başlayacaktır. 2999 2998 2997 2800 2700 gibi hızla düşer. Sonra kısa bir süreliğine sabit kalır. 2000 2000 2000 2000 2000 gibi o zaman 2000/200=1 c değeri 1 dir diyebiliriz. O sabir süre sattler veya uzun dakikalar almaz. En fazla (pile göre değişebilir ancak) yarım dakika civarıdır. Çoğunluk 10 saniyeyi geçmez bu yüzden dikkatli olmanız gerekir.

Ancak bunu yapmayın. Ampermetreler çok düşük dirençlidir ve siz 10 A kademesinde pile direk temas ederseniz kısa devreye yakın bir değer elde edersiniz. Zaten ölçümün ilk anlarında piliniz ve kablolar ısınmaya başlar. Çinko piller sistemi ısıtacak kadar bile enerji taşımadığından sadece pil hemen biter. Alkalinlerde de nadiren ptalama yapacak c değeri ve akım kapasitesi olduğundan sorun olmaz. En fazla akar. Nikad pillerle nimh pillerde de akım kapasitesi olsa da genelde c değeri düşük olduğundan sorun olmaz. Ancak örneğin foto veya elektrik motoru için yapılmış yüksek c değerli nimhlerde akma olabilir veya biraz elinizi yakarsınız. Pili bir kenara koyduğunuzda yavaşça soğur ve geçer.

Ancak kurşun ve lityum pillerde pimi çekilmiş el bombasıyla top oynadığınızı söyleyebilirim. Kurşun akülerde VRLA veya stasyoner akülerde c değeri genelde düşüktür ama kapasite büyük olduğundan kablolarınız alev alabilir, elinizi yüzünüzü yakabilirsiniz. Genelde izolasyon iyi olduğundan akü patlamadan ampermetreniz eriyeceği için gene kurtarma ihtimaliniz yüksek. Ancak starter akülerde bunu denerseniz büyük ihtimalle siz ne olduğunu anlamadan akü ve ampermetre alev alacaktır. 60Ah lık bir araba aküsü kaliteli bir aküyse 600 ampere (miliamper değil) kadar elektrik verebilir. 10 daireli bir apartmana 150 amperlik sigorta büyük gelir. Genelde 100 takarlar. Varın siz düşünün. 7 Ahlık VRLA aküyü kısa devre ettirerek punta yapmak gibi bir hata yapmıştım ve araba dış sacı kalınlığında bir plaka erimişti. Çıkan değeri ölçemedim ama 600 amperin yakınına bile gelemediğinden aminim.

Lityum pillerde de kapasite orta düzeydedir ancak c değerleri bazı türlerde çok yüksek olduğundan ciddi sorunlarınız var demektir. Üstelik lityum pillerde ısıl dengesizlik sorunu vardır ve patlamadan bir önceki aşamadır. Piyasadaki lityum pillerin çoğu ICR ve IMR dir. Bunların c değeri düşük olduğundan ısınıp patlamaları zaman alır ve size kaçacak veya devreyi kapatacak zaman verir. Ancak deney kavramını seven ülkemiz insanları laptoptan söktüğü 5 c lik NGR veya IGR pillerle bunu denediğinde saniyeler içinde ellerine veda eder. En güvenilir pilelrden sayılan NMR pillerden biri bir gün çalışırken kazara kısa devre yaptı. Pil yuvasının kablolarını eritmesi sadece saniyeler aldı. Elimden attığımda kablolar ayrıldığı için devamı gelmedi. Olay olsa olsa ancak 10 saniye sürmüştür ancak eğer pil NMR yerine CGR veya LİPO olsaydı beni acil servise kaldırmaları gerekirdi. Lityum piller organik çözücü içerir ve patlamaları halinde suyla sönmeyen bir alev çıkarırlar. Üstelik ısıl dengesizliğe giren bir lityum pil artık durdurulamaz. Yanınızda kova dolu su varsa belki o sizi kurtarabilir.

Bu nedenle voltmetre veya ampermetreyle bu işlem yapılmaz. Yapacaksanız deneme yolu kullanılmalıdır.

Deneme için önce pil bir sisteme bağlanır. Basit bir ampul veya tek direnç en iyisidir. Sisteme önce ampermetreyi seri olarak bağlayıp devrenin kullandığı akımı ölçersiniz. Ardından ampermetre sökülür ve paralel bir voltmetre bağlanır. Böylece pilinizin bittiğini anlarsınız. Voltmetre koymadan ışığın gücü ile de anlaşılabilir. Sadece sürekli ışıpa bakarken nerede durmanız gerektiğini bilemeyebilirsiniz ancak voltmetre bağlıyken 0,9-1,0 volt civarlarında durabilirsiniz. Böylece pilinize zarar vermeden işlem yapabilirsiniz.

Devreniz 60 mA akım kullanıyor ve pilinizle 20 saat çalıştı. 20*60=1200mAh pilinizin reel kapasitesidir. Üzerinde yazandan farklı olabilir. Deney hataları, cihaz farklılıkları ve ortam sıcaklığı gibi değişkenlerin yanında bazı markalar üzerlerine hesaplanmış değer veya uydurma değer yazabilir. Küçük farklara takılmayın.

İnternette bir kişi pili 100 mA çeken bir dirence bağlayım saate taktığını söylemişti. Saati 12 konumuna alıp pili takıp bırakmış. Saatin durduğu zamanla 100 değerini çarparak kapasiteyi bulmuş. Bence güzel fikir. Ancak 100 Ma akım büyük kapasiteli pillerde 12 saatten fazla süreceği için hataya neden olabilir. 200 veya 300 mA akım çekecek direnç kullanabilirsiniz.

Direnç-amper hesabı kolaydır. Lisede kaynana formülü diye öğretilen formülle bulursunuz. V=I*R.  1,5 voltluk alkalin pil için 200 mA akım çeken direnç bulmak için bilinenleri formüle yerleştirelim. Formül amper üzerinden çalıştığı için miliamperi amper olarak yazın.

1,5=0,2*r (direnç genelde r ile gösterilir.)

R=1,5/0,2=7,5 ohm. Eğer alkalin pilinizi 7.5 ohmluk dirence bağlarsanız devreden 200 mAh akım geçer.

Bilmeniz gereken diğer formül de W=V*A dır. Watt cinsinden güç (veya tüketim) devrede dolaşan akımla  devreye sağlanan voltun çarpımıdır.

Bir akü gibi yüksek kapasiteli bir sistemi ölçecekseniz tavsiyem direncin yanına bir de lamba gibi bir yük koyun. Toplam direnci öyle bulun. Örneğin 12 v 7Ahlık akü deneyecekseniz. Önce bir ampul bağlayıp onun akımını ampermetre ile ölçün. Ardından örneğin 1 amper geçirmek istiyorsanız yukarıdaki sistemle bu ampulden geçen akımı ölçün. Ardından ampulün akımı istediğiniz akımdan çıkarak hesap yapın.

Örnek: 12v 7 Ahlık akü için 1 amper akımla boşalma deneyi. Araya bir lamba koyduk ve lambanın 200 MA akım çektiğini gördük. O zaman 1-0,2=0,8 amper üzerinden direnç testi yaparız. 12=0,8*r r=12/0,8=15 ohm. Ampule seri olarak 15 ohmluk direnç bağlanacak demektir.  (değerler örnektir siz iyi öğrenip kendi hesaplarınızı yapın)

Diğer bir uyarı da eğer araba aküsü gibi büyük bir pil veya pil grubu ölçülecekse ister istemez çekilecek akım da çok büyük olacaktır. Bu durumda devreye direk bağlanan ampermetreler kullanmamaya çalışın. Çok kalite bir cihazınız yoksa ampermetrelerin geneli  amper seviyesinde uzun süre çalışacak şekilde yapılmaz. Verdim 1000 tlyi aldım flukeyi diyene lafım yok ama benim gibi 100 tl altı cihazlarla çalışıyorsanız 5 amper üzerinde şönt (shunt-şant) ampermetre kullanmanızda fayda var. şönt ampermetre ve voltmetrede sistem devreye direk bağlanmaz. Kablolardan biri şönt adı verilen bir sargıdan geçer. Kablo devreye elektrik sağlarken oluşan manyetik akı kablodaki akımla doğru orantılı olduğundan cihaz manyetik akı ile kablodan geçen akımı bulur. Tehlikesizdir ve devreye ek yapmanız gerekmez. Pensampermetreler bu mantıkla çalışır ve elinizde düzgün bir pensampermetre varsa kullanabilirsiniz. Pensampermetre hataya açık olduğundan çok ucuz türlerini kullanmayın. Kablolular %5 yanılıyorsa onlar %30 yanılabilir.

Pilin doluluğunun ölçülmesi:

Pilin ne kadar dolu olduğunu iç dirence bakarak ölçen bazı cihazlar var. Oldukça da ucuzlar. Bazı voltmetrelerde de bu fonksiyon var. Ancak ben kendim yapacağım diyorsanız işiniz basit. Ucuz bir voltmetre bile işinizi görür.

Pile voltmetreyi direk bağlayarak pilin boştaki voltajını okuyun. Genelde piller son çeyreklerine kadar üzerlerine herhangi bir devre yükü bağlı değilse ilk voltajlarını verirler. %40 dolu bir alkalin pil herhangi bir yük altında değilse 1,5-1,45 volt değerini rahatlıkla verir. Diğer türler içinde aşağı yukarı bu durum geçerlidir.

Ancak pilin yük altındaki voltajı gerçek durumunu verir. Pilin kapasitesinin yaklaşık %5-10 arasına denk gelen bir yük voltajı yaklaşık olarak kalan elektrikle orantılı bir yere çeker. Yüksek yük dolu piller için düşük yük yarım piller için hassastır. Ancak sizin çok hassas bir işiniz yoksa %5 civarı yeterli olacaktır. 2000 mAhlık nimh pilin kalan gücünü ölçmek için önce pilin boştaki voltajını ölçtünüz ve 1,24 değerini okudunuz. Ardından pili yaklaşık 100 mA akım çeken bir devreye (direnç, ampul..vb) bağlayıp yine voltajını ölçtünüz. Okuduğunuz değer 1,19 volt.

Son 1 voltluk kısım bir işinize yaramayacağından her bir taraftan 1 volt çıkarılarak 0,24 %100 ise 0,19 %kaçtır diye içler dışlar çarpımı yaparak 0,19*100/0,24 hesabı ile %cinsinden yaklaşık bir kalan kapasite bulabilirsiniz. Ancak her pil grubunun boşaldıkça voltaj düşüş rejimi farklı olduğundan bulacağınız % değer her zaman net ve kesin olmayacaktır. Örneğin alkalin pillerde doğru orantı vardır ancak nimh piller hayatlarının %75ini 1,20-1,1 volt aralığında geçireceğinden %değer çok hassas olmayacaktır. Tavsiyem ince % hesaplarından çok genel bir değerlendirme yapın.

C değeri yüksek olan piller ve bataryalarda %5 değeri az gelebilir %10 veya 10a yakın bir değerle ölçüm yaparsanız daha iyi olur. Örneğin 60 Ahlık yeni bir araba aküsü 400- 500 amper verebilecek kapasitedeyken siz 3 amper çekerseniz akü bunu umursamaz bile. Alacağınız voltaj gerçek yük altı voltajı olmayabilir. aynı şey 5000 mAh 60 c lipo pilden 25 mA akım çekmeniz anlamlı olmaz 50-100 mA arası bir yük kullanmanız daha doğru olacaktır. benzer şekilde 60Ah araba aküsü içinde 5-10 amper arası yük kullanmanız iyi olur.

uyarı:

Burada yazılanlar kişisel denemeler sonucu öğrenilen bilgilerdir ve bilgi paylaşımı amacıyla yazılırlar. Uygulama sırasında kendinize, çevrenize ve eşyalarınıza vereceğiniz zararlardan sorumluluk almam.

Devrim Tuncer