Seri Dizilimdeki Bir Dizinin Neden Kaydığı ve Dengelemenin Aslında Ne Yaptığı

Altı numaralı basamaktaki dört etiketli hücreyi dört hücreli tutucuya yerleştirin. Herhangi bir şeyden önce, her hücreyi **tek tek ve tutucunun dışında**, dinlendirilmiş halde, üç ondalık basamağa kadar ölçün ve dört sayıyı tarihle birlikte yazın. Ardından her hücrenin gerçek kapasitesini, birer birer ölçün. Hücreyi 4,20 V'a kadar şarj edin, otuz dakika dinlendirin, ardından güç direnci üzerinden sabit bir akımla boşaltın ve 3,00 V'a ulaşana kadar süreyi ölçün. Amper-saat, akım çarpı saattir. Dört oturum gerektirir ve gerçekte ne sahip olduğunuzu bilmenin tek yoludur: ambalajın üzerinde yazan sayı bir derecelendirmedir, bir ölçüm değildir ve iki yıldır bir çekmecede duran bir hücre bu değere ulaşmayacaktır. Dört kapasiteyi defterinize bir tablo olarak yazın. Bu tablo, 3. adımın aritmetiğinin girdisidir ve 5. adımın sonunda onunla karşılaştırma yapacaksınız. Dört değer de birbirinden yaklaşık iki yüzde içinde çıkarsa, dizeyi bilerek dengesizleştirin: üçünü tamamen şarj edin ve dördüncüyü yaklaşık %60'ta bırakın. Ölçebileceğiniz görünür bir etkiye ihtiyacınız var; iyi eşleştirilmiş bir dize bir öğleden sonra içinde böyle bir etki vermeyecektir. Şarj cihazında bir seferde bir hücre. Hücre başına gözetim olmadan seri bir dizeyi asla şarj etmeyin — bu basamağın tüm amacı ve 5. adımın var olma nedeni budur.

Dört hücreli tutucuyu seri bağlayın ve her hücre bağlantı noktasından ince bir uç teli çıkarın, tıpkı 3. basamağın 5. adımındaki gibi. Bu uçlar, dizi çalışırken tek tek hücreleri izlemenin yoludur. Tüm dizi, güç direnci üzerinden sabit bir akımla deşarj edilsin — bir amper yeterlidir ve direnci yönetilebilir tutar. Her beş dakikada bir **dört hücrenin tümünün gerilimini sırayla** ve dizi toplamını okuyun, bunları bir satıra yazın. **Herhangi bir tek hücre** 3,00 V'a ulaştığı anda durun. Dizi değil; bir hücre. Tüm alıştırmanın amacı budur: dizi toplamı yine de tamamen sağlıklı görünecektir — ortalama 3,4 V olan dört hücre 13,6 V'luk bir dizidir ve hiçbir toplam gerilim kesme eşiği buna itiraz etmez — oysa içindeki bir hücre zaten alt sınırında ve aşağı çekilmektedir. Şimdi satırlarınıza bakın. Zayıf hücrenin gerilimi erken aşağı ayrılır ve sonra dalar; güçlü olanlar durduğunuzda hâlâ kendi platolarındadır. Dizinin ne kadar yük verdiğini hesaplayın ve bunu 1. adımdaki en güçlü hücrenin kendi kapasitesiyle karşılaştırın. Aradaki fark, size ait olan ama ulaşamadığınız kapasitedir. Lityum bir hücreyi yaklaşık 2,5 V'un altına deşarj etmek onu kalıcı olarak hasarlandırır ve tekrar şarj etmeyi tehlikeli hale getirir. Toplam yerine hücreleri izlemek bir ihtiyat değil, bir dizinin çalıştırılmasının tek doğru yoludur.

Görünmez çalışan bir kart takmadan önce, ne yaptığını görebilmek için bir kanal kurun. Pasif bir dengeleyici gerçekten bu kadar basittir. Bir hücrenin üzerine, **100 Ω'luk bir direnç ile seri bağlı bir mantık seviyeli MOSFET** yerleştirin; drenaj hücrenin pozitifine, kaynak hücrenin negatifine bağlanır. Kapıyı, hücre referans değerini aştığında açılan bir karşılaştırıcıyla sürün — 4.15 V makul bir eşik değeridir; potansiyometre ile ayarlayın ve ölçerle kontrol edin. 1 W veya daha büyük bir direnç kullanın: 3. adımda 0.18 W hesaplandı ve kapalı bir pilde nominal gücünün çoğunda çalışan çeyrek watt'lık bir parça kötü bir fikirdir. Önce hücre olmadan, laboratuvar güç kaynağında test edin: kaynağı eşik değerinden geçecek şekilde yavaşça yükseltin ve MOSFET'in açıldığını ve direncin 42 mA'lik akımını çekmeye başladığını doğrulayın. Akımı varsaymak yerine ölçün; tam olarak açılmayan bir MOSFET bir ısıtıcıdır. Şimdi bunu dizinizde en yüksek çalışan hücreye takın ve dizisi yavaşça şarj edin. Diğer hücreler yetişirken o hücre yükselmeyi durdurmalıdır. Direncin ısındığını hissedeceksiniz; bu ısı, bilerek yok ettiğiniz enerjidir — pasif dengeleme, yükü dolu bir hücreden boş bir hücreye taşımaz, farkı yakar. Hücre başına bir tane olmak üzere dört tane, eksiksiz bir pasif dengeleyicidir. Bu da bir sonraki adımdaki kartta neredeyse aynen bulunan şeydir.

Bu sayfadaki fotoğrafta görünen yeşil kart, adım 2 ve 4'teki her şeyin ticari versiyonu olan 4S bir batarya yönetim sistemidir. Terminal şeridi **B−, ardından her hücre bağlantısı için bir kablo, sonra B+** alır — üçüncü basamaktaki pil konnektörüyle aynı uçlar. Kabloları dikkatlice ve sırayla, B−'den yukarıya doğru bağlayın. Bir dengeleme kablosunu yanlış bağlantı noktasına takmak bir hücre girişini ters çevirir ve kart buna dayanamaz. Konnektörü takmadan önce her kabloyu multimetreyle B−'ye karşı ölçün ve voltajların hücre hücre adım adım arttığını doğrulayın. Bu kontrolü her seferinde yapın. Kartın üç görevi: - **Aşırı şarj koruması** — herhangi bir hücre yaklaşık 4,25 V'u geçerse devreyi keser. - **Aşırı deşarj koruması** — herhangi bir hücre yaklaşık 2,5 V'un altına düşerse devreyi keser. Bu, adım 2'de multimetreyle elle yaptığınız korumadır. - **Dengeleme** — bir kenar boyunca dizilmiş küçük dirençler, adım 4'te oluşturduğunuz işi yapar. Kart takılıyken seriyi şarj edin ve dört hücre voltajının birkaç saat içinde nasıl yakınsadığını izleyin. Çalışırken kızılötesi termometreyi dengeleme dirençlerine tutun; kartın en sıcak parçaları bunlar olacak ve bu normaldir. Sonra adım 2'deki deşarjı tekrarlayın ve verilen amper-saat değerini ilk denemeyle karşılaştırın. Bu fark, bu basamağın sorduğu soruya kendi tezgahınızda ölçtüğünüz cevaptır. Bir BMS hücreleri korur, onarmaz. Kapasitesi gerçekten çökmüş bir hücre yine de pakı sınırlayacaktır ve hiçbir dengeleme bunu değiştiremez. Eski bir pakta tek bir hücreyi yenisiyle değiştirmek uyumsuzluğu daha iyi değil, daha kötü hale getirir.

**Atıf, dürüstçe belirtilmiştir.** Hücre dengelemeye ait tek bir patent yoktur ve burada böyle bir iddia ileri sürülmemektedir. Sorun aritmetiktir: aynı akım, farklı kapasite. Hücreler seri bağlanır bağlanmaz fark edilmiştir; yani bu durum Volta'nın pili ile 1800'de bilinmekteydi. Lityum-iyon ile değişen şey *sonuçtur*: aşırı şarj edilen bir nikel hücre gaz çıkarır ve ısınır, aşırı şarj edilen bir lityum hücre ise dokuzuncu basamakta anlatılanı yapabilir. Dengeleme bir verimlilik önlemi olmaktan çıkıp bir güvenlik gerekliliği haline gelmiştir. Bu nedenle paket konektörü hücre uçlarını eklemiş ve bugün satılan her lityum paketin içinde bir koruma kartı bulunmaktadır; aynı dönemin bir nikel-kadmiyum paketinde ise yalnızca hücreler ve bir termistör vardı. **Pasif ve aktif karşılaştırması.** Burada anlatılan her şey *pasif* dengelemedir: yüksek hücreleri boşaltır ve farkı israf edersiniz. *Aktif* dengeleyiciler ise yükü bir indüktör veya transformatör aracılığıyla yüksek hücreden düşük hücreye aktarır; böylece hiçbir şey boşa gitmez, ancak bunlar buna karşılık daha pahalı ve daha karmaşıktır. Dört hücreli bir el aleti paketi için pasif sürüm doğrudur; seri bağlı yüz hücreli bir araba paketi için ise artık doğru değildir, çünkü israf edeceğiniz enerji dizinin uzunluğuyla birlikte artar. **Dürüst sınırlar.** Adım 3'te görüldüğü gibi pasif dengeleme yavaştır: 300 mAh'lik dengesizliğin boşaltılması yedi saat sürer. Yalnızca şarjın üst kısmında işe yarar; gerilim eğrisi hücreleri birbirinden ayırt edecek kadar dikeyken. Basamak 4'teki düz platoda 50 mV'luk bir fark, şarj durumundaki neredeyse herhangi bir farka karşılık gelebilir. Ayrıca boşaltabileceğinden daha hızlı büyüyen bir dengesizliği düzeltemez; yaşlanan bir paketin sonunda vardığı durum da budur.