Akü ve bataryaların performansını değerlendirirken yalnızca uçlarındaki gerilimi ölçmek çoğu zaman yeterli değildir. Bir batarya boşta normal gerilim gösterebilir ancak yük bağlandığında gerilimi hızla düşebilir, yüksek akım sağlayamayabilir veya beklenenden fazla ısınabilir.

Bu tür durumlarda değerlendirilmesi gereken önemli parametrelerden biri iç dirençtir.

Bataryanın iç direnci; hücre yapısı, elektrotlar, elektrolit, bağlantılar ve elektrokimyasal süreçlerden kaynaklanan elektriksel kayıpları temsil eder. İç dirençte meydana gelen değişimler, özellikle aynı tip ve aynı koşullardaki bataryalar karşılaştırılırken bataryanın durumu hakkında önemli bilgiler sağlayabilir.

Akü İç Direnci Nedir?

Gerçek bir batarya ideal bir gerilim kaynağı değildir.

Basitleştirilmiş bir elektriksel modelde batarya;

ideal gerilim kaynağı + seri iç direnç

şeklinde düşünülebilir.

Bataryadan akım çekildiğinde bu iç direnç üzerinde bir gerilim düşümü oluşur.

Temel ilişki:

V = I × R

şeklindedir.

Örneğin bir bataryanın iç direnci arttığında aynı yük akımında daha fazla gerilim kaybı meydana gelir.

Bu durum bataryanın yük altında sağlayabildiği kullanılabilir gerilimin azalmasına neden olabilir.

İç Direnç Neden Önemlidir?

Bataryanın iç direnci özellikle yüksek akım gerektiren uygulamalarda önem kazanır.

İç direnç yükseldiğinde:

  • yük altında gerilim daha fazla düşebilir,
  • yüksek akım sağlama kabiliyeti azalabilir,
  • batarya içerisinde daha fazla ısı oluşabilir,
  • enerji kayıpları artabilir,
  • sistem performansı düşebilir.

Bu nedenle yalnızca açık devre gerilimi ölçmek yerine bataryanın iç direnç davranışını da incelemek daha kapsamlı bir değerlendirme sağlar.

Akünün Gerilimi Normal Olduğu Halde Bozuk Olabilir mi?

Evet.

Akü testlerinde sık karşılaşılan durumlardan biri budur.

Bir batarya yüksüz durumda nominal değerine yakın gerilim gösterebilir. Ancak bu ölçüm bataryanın yüksek akım sağlama yeteneğini tek başına göstermez.

Örneğin bir batarya açık devrede:

12,6 V

gösterebilir.

Yük bağlandığında ise gerilim kısa süre içerisinde önemli ölçüde düşebilir.

Bunun nedenlerinden biri bataryanın iç direncinin yükselmiş olması olabilir.

Bu nedenle özellikle bakım ve kalite kontrol uygulamalarında gerilim ile iç direnç ölçümünün birlikte değerlendirilmesi faydalıdır.

İç Direnç Nasıl Oluşur?

Bir bataryanın içerisinde elektrik akımı yalnızca metal iletkenlerden geçmez.

Elektrokimyasal yapı içerisinde;

  • elektrotlar,
  • elektrolit,
  • separatör,
  • bağlantı elemanları,
  • terminal bağlantıları

gibi farklı bölümler bulunur.

Bu yapıların tamamı elektriksel ve elektrokimyasal kayıplara katkıda bulunur.

Dolayısıyla batarya içerisinde ideal olmayan bir direnç davranışı oluşur.

Batarya yaşlandıkça veya çalışma koşulları değiştikçe bu davranış da değişebilir.

Batarya Yaşlandıkça İç Direnç Artar mı?

Genellikle yaşlanma süreciyle birlikte iç dirençte artış görülebilir.

Batarya kullanıldıkça;

  • elektrot yapısında değişimler,
  • elektrolit özelliklerinde bozulma,
  • bağlantı noktalarında değişiklik,
  • kimyasal yaşlanma

meydana gelebilir.

Bu etkiler bataryanın enerji ve güç aktarım performansını azaltabilir.

Ancak iç direnç değerinin tek başına bataryanın kesin kalan ömrünü belirlediğini söylemek doğru değildir.

En sağlıklı değerlendirme;

  • iç direnç,
  • gerilim,
  • kapasite,
  • sıcaklık,
  • kullanım geçmişi

gibi farklı parametrelerin birlikte incelenmesiyle yapılır.

İç Direnç ile Batarya Kapasitesi Aynı Şey midir?

Hayır.

Bu iki kavram birbirinden farklıdır.

Kapasite

Bataryanın belirli koşullar altında ne kadar elektrik yükü sağlayabildiğini ifade eder.

Genellikle:

Ah – amper-saat

ile belirtilir.

İç Direnç

Bataryanın akım geçişine karşı oluşturduğu dahili elektriksel direnci ifade eder.

Genellikle:

  • Ω,
  • mΩ,
  • µΩ

seviyelerinde ölçülür.

Bir batarya kapasite açısından kabul edilebilir durumda olabilir ancak yüksek iç direnç nedeniyle yüksek akım gerektiren uygulamalarda yetersiz kalabilir.

Bu nedenle güç gereksinimi yüksek sistemlerde iç direnç önemli bir performans göstergesidir.

İç Direnç ile SOH Arasındaki İlişki Nedir?

SOH, State of Health, yani bataryanın sağlık durumunu ifade eder.

Yeni bir batarya referans kabul edilerek zaman içerisinde:

  • kapasite kaybı,
  • iç direnç değişimi,
  • güç sağlama yeteneği,
  • çevrim performansı

gibi farklı parametreler değerlendirilebilir.

İç direnç SOH değerlendirmesinde kullanılabilecek göstergelerden biridir ancak tek başına SOH anlamına gelmez.

Özellikle aynı model bataryaların aynı sıcaklık ve benzer şarj seviyelerinde karşılaştırılması daha anlamlı sonuç verir.

SOC ile SOH Arasındaki Fark Nedir?

Batarya testlerinde sık karıştırılan iki kavram:

SOC – State of Charge
SOH – State of Health

olarak karşımıza çıkar.

SOC

Bataryanın o anda ne kadar dolu olduğunu ifade eder.

Bir otomobilin yakıt göstergesine benzetilebilir.

SOH

Bataryanın yeni haline göre genel sağlık ve performans seviyesini ifade eder.

Bir batarya %100 şarjlı olabilir ancak yaşlanmış olduğu için başlangıçtaki kapasitesinin yalnızca bir bölümünü sağlayabilir.

Dolayısıyla:

%100 SOC, %100 SOH anlamına gelmez.

Batarya İç Direnci Nasıl Ölçülür?

Batarya iç direncinin ölçülmesi için farklı yöntemler kullanılabilir.

Profesyonel batarya test cihazlarında yaygın yöntemlerden biri düşük seviyeli bir AC test sinyali kullanarak bataryanın empedans veya direnç davranışını ölçmektir.

Test cihazı bataryaya kontrollü bir sinyal uygular ve oluşan elektriksel tepkiyi analiz eder.

Bu yöntem özellikle:

  • üretim hattı,
  • kalite kontrol,
  • hücre karşılaştırması,
  • batarya sınıflandırması

gibi uygulamalarda hızlı ölçüm yapılmasını sağlar.

4 Telli Ölçüm Neden Kullanılır?

Çok düşük direnç ölçümlerinde test kablolarının kendi direnci ölçüm sonucunu etkileyebilir.

Örneğin ölçülecek batarya iç direnci yalnızca birkaç milliohm seviyesindeyse kablo ve bağlantı dirençleri ihmal edilemeyecek hale gelir.

Bu nedenle hassas batarya test cihazlarında 4 telli veya Kelvin bağlantısı kullanılabilir.

Bu yöntemde:

  • iki bağlantı test akımını taşır,
  • diğer iki bağlantı gerilimi ölçer.

Böylece test kablosu ve temas direncinin ölçüm sonucuna olan etkisi önemli ölçüde azaltılabilir.

AC 4 Terminalli Ölçüm Nedir?

Batarya test cihazlarında kullanılan yöntemlerden biri AC 4 terminalli ölçüm yöntemidir.

Bataryaya küçük bir AC test sinyali uygulanır.

Akım uygulama terminalleri ile gerilim algılama terminalleri birbirinden ayrıldığı için kablo ve bağlantı dirençlerinin ölçüm üzerindeki etkisi azaltılır.

Bu yöntem özellikle düşük iç dirençli:

  • lityum hücrelerde,
  • güç bataryalarında,
  • enerji depolama hücrelerinde

hassas ve hızlı karşılaştırmalı ölçümler için kullanılabilir.

İki Telli ve Dört Telli Ölçüm Arasındaki Fark

İki telli ölçümde aynı kablolar hem test akımını taşır hem de gerilim ölçümünde kullanılır.

Bu durumda ölçülen toplam direnç içerisinde:

  • test kablosu direnci,
  • prob direnci,
  • kontak direnci

de bulunabilir.

Dört telli Kelvin bağlantısında ise gerilim ölçümü ayrı uçlardan gerçekleştirildiği için bu hataların etkisi önemli ölçüde azalır.

Özellikle mikroohm ve milliohm seviyelerinde dört telli yöntem büyük avantaj sağlar.

Batarya İç Direnci Kaç mΩ Olmalıdır?

Bütün bataryalar için geçerli tek bir ideal iç direnç değeri yoktur.

Beklenen değer;

  • batarya kimyasına,
  • kapasitesine,
  • fiziksel boyutuna,
  • hücre yapısına,
  • sıcaklığa,
  • şarj seviyesine,
  • üretici tasarımına

göre değişir.

Örneğin yüksek güç sağlayacak şekilde tasarlanmış bir lityum hücre ile küçük kapasiteli bir tüketici elektroniği hücresinin iç direnç değerleri aynı değildir.

Bu nedenle tek başına:

“10 mΩ iyidir”

veya

“20 mΩ kötüdür”

gibi genel bir değerlendirme yapmak doğru olmaz.

En güvenilir yöntem üretici teknik verilerini veya sağlam olduğu bilinen referans hücreleri kullanmaktır.

Sıcaklık İç Direnci Etkiler mi?

Evet.

Batarya iç direnci sıcaklıktan önemli ölçüde etkilenebilir.

Özellikle düşük sıcaklıklarda elektrokimyasal reaksiyonlar yavaşlayabilir ve bataryanın etkin iç direnci artabilir.

Bu nedenle aynı batarya:

25 °C’de

ve

0 °C’de

farklı sonuçlar verebilir.

Üretim veya kalite kontrol uygulamalarında bataryaların aynı sıcaklık koşullarında ölçülmesi karşılaştırılabilirlik açısından önemlidir.

Şarj Seviyesi İç Direnci Etkiler mi?

Evet.

Bataryanın SOC seviyesi ölçülen iç direnç veya empedans değerini etkileyebilir.

Bu nedenle farklı bataryaları karşılaştırırken yalnızca model ve sıcaklığın değil, şarj seviyesinin de benzer olması tercih edilir.

Örneğin:

%20 SOC seviyesindeki bir hücre ile
%80 SOC seviyesindeki başka bir hücre

doğrudan karşılaştırıldığında sonuçların yorumlanması zorlaşabilir.

Bu nedenle seri üretimde ölçüm prosedürlerinin standartlaştırılması önemlidir.

Lityum İyon Bataryalarda İç Direnç Ölçümü

Lityum iyon hücreler yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek güç kapasitesi nedeniyle çok geniş bir kullanım alanına sahiptir.

Başlıca uygulamalar:

  • elektrikli araçlar,
  • enerji depolama sistemleri,
  • taşınabilir elektronik cihazlar,
  • elektrikli el aletleri,
  • UPS sistemleri

olarak sıralanabilir.

Lityum hücre üretiminde iç direnç ölçümü;

  • hücre sınıflandırma,
  • kalite kontrol,
  • paket eşleştirme

süreçlerinde kullanılabilir.

Hücre Eşleştirme Neden Önemlidir?

Bir batarya paketi birçok hücrenin seri ve paralel bağlanmasıyla oluşturulabilir.

Bu hücrelerin elektriksel özellikleri birbirinden çok farklıysa paket içerisinde dengesizlik oluşabilir.

Örneğin aynı pakette bulunan hücrelerin:

  • kapasitesi,
  • iç direnci,
  • açık devre gerilimi

birbirine mümkün olduğunca yakın seçilebilir.

İç direnci belirgin şekilde daha yüksek bir hücre yüksek akım sırasında diğer hücrelerden daha fazla ısınabilir ve daha fazla gerilim düşümü oluşturabilir.

Bu nedenle hücre gruplandırma işlemlerinde iç direnç önemli parametrelerden biridir.

Batarya Paketlerinde Seri Bağlantıların Önemi

Batarya paketinde ölçülen direnç yalnızca hücrelerin elektrokimyasal özelliklerinden kaynaklanmaz.

Ayrıca:

  • busbarlar,
  • kaynak noktaları,
  • terminaller,
  • kablolar,
  • konnektörler

de toplam elektriksel dirence katkıda bulunabilir.

Özellikle yüksek akımlı EV ve enerji depolama sistemlerinde bağlantı dirençlerinin düşük tutulması gerekir.

Bu nedenle hücre iç direnci testleriyle bağlantı ve kontak direnci testleri farklı amaçlarla birlikte kullanılabilir.

Kurşun Asit Akülerde İç Direnç

Kurşun asit aküler;

  • UPS sistemleri,
  • jeneratör sistemleri,
  • otomotiv,
  • telekomünikasyon,
  • acil durum güç sistemleri

gibi uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu sistemlerde periyodik gerilim ve iç direnç ölçümleri, aküler arasındaki performans farklılıklarının belirlenmesine yardımcı olabilir.

Örneğin aynı gruptaki birçok akü arasında bir tanesinin iç direnci diğerlerinden belirgin şekilde farklıysa ilgili akü daha ayrıntılı incelenebilir.

UPS Akülerinde İç Direnç Takibi

UPS sistemlerinde onlarca veya yüzlerce akü seri olarak kullanılabilir.

Tek bir zayıf akü bile tüm akü grubunun performansını etkileyebilir.

Periyodik bakım sırasında:

  • terminal gerilimi,
  • iç direnç,
  • sıcaklık

gibi değerlerin kaydedilmesi faydalıdır.

En önemli noktalardan biri tek ölçümden ziyade trend takibi yapmaktır.

Örneğin aynı akünün iç direnci:

Ocak: 4,2 mΩ
Nisan: 4,4 mΩ
Temmuz: 5,1 mΩ
Ekim: 6,8 mΩ

şeklinde değişiyorsa belirgin bir yükselme eğilimi görülebilir.

Bu bilgi bakım planlamasında kullanılabilir.

İç Direnç Trend Analizi Neden Önemlidir?

Bir bataryanın tek bir ölçüm sonucunu yorumlamak her zaman kolay değildir.

Ancak aynı batarya aynı koşullarda düzenli olarak ölçüldüğünde zaman içerisindeki değişim daha anlamlı hale gelir.

Trend analizi sayesinde:

  • hızlı yaşlanan hücreler,
  • anormal değişimler,
  • paket içerisindeki dengesizlikler

daha kolay fark edilebilir.

Bu nedenle profesyonel bakım sistemlerinde ölçüm sonuçlarının tarihsel olarak kaydedilmesi faydalıdır.

Açık Devre Gerilimi Nedir?

Açık devre gerilimi, bataryaya yük bağlı değilken terminaller arasında ölçülen gerilimdir.

Bu değer özellikle bazı batarya kimyalarında şarj durumu hakkında bilgi sağlayabilir.

Ancak açık devre gerilimi tek başına:

  • kapasiteyi,
  • güç kapasitesini,
  • iç direnci,
  • kalan ömrü

doğrudan göstermez.

Bu nedenle batarya testlerinde gerilim ölçümü diğer parametrelerle birlikte değerlendirilmelidir.

Yük Testi ile İç Direnç Testi Arasındaki Fark

Batarya değerlendirmesinde farklı test yöntemleri kullanılabilir.

Yük Testi

Bataryadan belirli miktarda akım çekilir ve gerilim davranışı incelenir.

İç Direnç Testi

Bataryanın elektriksel iç direnç veya empedans davranışı ölçülür.

İki yöntem farklı bilgiler sağlar.

İç direnç ölçümü hızlı ve karşılaştırmalı kalite kontrol için avantajlı olabilirken gerçek kapasite değerlendirmesi için kontrollü şarj-deşarj testleri gerekebilir.

Kapasite Testi Nasıl Yapılır?

Bir bataryanın gerçek kapasitesini belirlemek için genellikle kontrollü deşarj testi uygulanır.

Batarya belirli bir akımla deşarj edilir ve kesme gerilimine ulaşana kadar geçen süre ölçülür.

Örneğin:

5 A × 10 saat = 50 Ah

gibi temel bir hesap yapılabilir.

Ancak gerçek kapasite ölçümleri batarya üreticisinin belirttiği;

  • deşarj akımı,
  • sıcaklık,
  • kesme gerilimi

gibi koşullara göre gerçekleştirilmelidir.

İç direnç ölçümü kapasite testinin doğrudan yerine geçmez.

Batarya Üretiminde Otomatik PASS/FAIL Testi

Seri üretimde binlerce hücrenin manuel olarak değerlendirilmesi pratik değildir.

Bu nedenle profesyonel batarya test cihazlarında comparator veya karşılaştırıcı fonksiyonu kullanılabilir.

Örneğin sistem için:

Gerilim: belirlenen alt ve üst sınır arasında
İç direnç: belirlenen maksimum sınırın altında

şeklinde kriterler tanımlanabilir.

Cihaz ölçüm sonrasında otomatik olarak:

PASS / FAIL

kararı verebilir.

Bu özellik üretim hattında hücre sınıflandırma ve kalite kontrol süreçlerini hızlandırır.

İç Direnç Ölçümünde Temas Kalitesi Neden Önemlidir?

Batarya iç direnci çok düşük olabileceği için test probunun terminale temas kalitesi sonucu etkileyebilir.

Kirli veya oksitlenmiş terminaller ek kontak direnci oluşturabilir.

Bu nedenle:

  • prob uçlarının temiz olması,
  • terminallerin uygun durumda olması,
  • her ölçümde benzer temas kuvvetinin sağlanması,
  • uygun test fikstürlerinin kullanılması

ölçüm tekrarlanabilirliğini artırır.

Akü Test Cihazı Seçerken Nelere Dikkat Edilmeli?

Direnç Ölçüm Aralığı

Test edilecek hücrelerin beklenen iç direnç değerlerine uygun olmalıdır.

Direnç Çözünürlüğü

Özellikle düşük iç dirençli güç hücrelerinde yüksek çözünürlük önemlidir.

Gerilim Aralığı

Tek hücreden yüksek gerilimli batarya modüllerine kadar ölçülecek sistem dikkate alınmalıdır.

Ölçüm Hızı

Üretim hatlarında kısa ölçüm süresi önemli avantaj sağlar.

4 Telli Ölçüm

Kablo ve kontak direnci etkisini azaltarak düşük direnç ölçüm doğruluğunu artırabilir.

Karşılaştırıcı Fonksiyonu

Üretim hattında otomatik PASS/FAIL değerlendirmesini kolaylaştırır.

Veri Kaydı

Kalite kontrol ve istatistiksel analiz için ölçüm sonuçlarının kaydedilmesi yararlıdır.

Otomasyon Desteği

PLC veya üretim otomasyonu ile haberleşme yüksek hacimli batarya üretiminde önemli olabilir.

Unitek Elektrik Akü Test Çözümleri

Unitek Elektrik ürün portföyünde lityum hücreler, güç bataryaları ve enerji depolama uygulamalarındaki iç direnç ve gerilim ölçümlerine yönelik profesyonel akü test cihazları bulunmaktadır.

Bu sistemler özellikle;

  • batarya üretimi,
  • hücre sınıflandırma,
  • kalite kontrol,
  • Ar-Ge,
  • enerji depolama sistemi geliştirme

uygulamalarında değerlendirilebilir.

Doğru cihaz seçilirken yalnızca maksimum gerilim değil; iç direnç ölçüm aralığı, çözünürlük, ölçüm hızı, 4 terminalli test desteği ve otomasyon özellikleri birlikte değerlendirilmelidir.

Sonuç

Akü veya bataryanın yalnızca gerilimini ölçmek, gerçek performansı hakkında her zaman yeterli bilgi vermez.

İç direnç, özellikle bataryanın yük altında güç sağlayabilme yeteneğini ve aynı gruptaki hücreler arasındaki farklılıkları değerlendirmek için önemli parametrelerden biridir.

Ancak iç direnç değeri tek başına bataryanın kesin kapasitesini veya kalan ömrünü göstermez.

En sağlıklı değerlendirme;

  • iç direnç,
  • gerilim,
  • kapasite,
  • sıcaklık,
  • şarj seviyesi,
  • geçmiş ölçümler

birlikte incelenerek yapılır.

Özellikle batarya üretimi ve enerji depolama uygulamalarında hassas 4 telli ölçüm, otomatik karşılaştırma ve veri kaydı özelliklerine sahip akü test cihazları; hücrelerin hızlı, tekrarlanabilir ve güvenilir şekilde sınıflandırılmasına yardımcı olabilir.