Pil ve Batarya Hesaplama: mAh Wh, Şarj Süresi ve Seri Paralel Paket
Pil ve Batarya Hesaplama: mAh Wh, Şarj Süresi ve Seri Paralel Paket
mAh ile Wh arasında çeviri yapın, 18650 ve diğer hücrelerle kuracağınız seri/paralel paketin gerilimini ve kapasitesini bulun, pilin bir yükü kaç saat çalıştıracağını ve C değerinin yetip yetmediğini bulun. Şarj süresi hesaplama sekmesi, pilin seçtiğiniz akımla ne kadar sürede dolacağını tahmin eder. Her sonucun altında hesabın adım adım çözümü yer alır.
Bilgi amaçlıdır. Sonuçlar tahmindir: gerçek kapasite sıcaklığa, pilin yaşına ve deşarj akımına göre değişir; şarj süresi şarj aletinin yöntemine bağlıdır. Hücrenin ve şarj aletinin üreticisinin verdiği sınırlara uyun.
mAh ve Wh nedir, nasıl çevrilir?
mAh (miliamper saat), pilin depoladığı elektrik yükünü gösterir: 2000 mAh bir pil kuramsal olarak 2000 mA'i (2 A) bir saat boyunca verebilir. Wh (watt saat) ise pilin enerjisidir ve gerilimi de hesaba katar. İki değer arasındaki bağ basittir: enerji, kapasite ile gerilimin çarpımıdır.
Wh = mAh × V ÷ 100010.000 mAh × 3,7 V = 37 WhmAh = Wh ÷ V × 100056 Wh ÷ 11,4 V = 4912 mAh1 Ah = 1000 mAhWh = Ah × VmAh tek başına yalnız aynı gerilimdeki pilleri karşılaştırmaya yarar. 1S (3,7 V) 2200 mAh bir LiPo 8,1 Wh, 3S (11,1 V) 2200 mAh bir paket 24,4 Wh enerji taşır; ikisinin mAh değeri aynı olsa da ikincisi üç kat enerji depolar. Farklı gerilimdeki pilleri, powerbankleri ve paketleri karşılaştırırken Wh değerine bakın.
Powerbanklerin üzerindeki mAh değeri, içindeki 3,6-3,7 V'luk hücrelerin kapasitesidir. Powerbank telefonu 5 V'ta şarj ettiği için gerilim yükseltme kayıpları da eklenir; 10.000 mAh bir powerbankten telefona aktarılan enerji 37 Wh'ten azdır.
Uçakta pil taşıma: 100 Wh sınırı
Uluslararası Hava Taşımacılığı Birliği'nin (IATA) yolcular için lityum pil kılavuzuna göre yedek lityum piller ve powerbankler el bagajında taşınır. 100 Wh'e kadar olan piller çoğu havayolunda serbesttir, 100-160 Wh arası havayolunun onayını ister, 160 Wh üstü yolcu uçağında taşınmaz. Pilin üzerinde yalnız mAh yazıyorsa hesaplayıcının ilk sekmesiyle Wh değerini bulabilirsiniz. Kurallar havayoluna göre değişebildiği için uçmadan önce havayolunuzun sayfasına da bakın.
Pillerin seri ve paralel bağlanması
Pil paketleri "S" ve "P" harfleriyle tanımlanır. S seri bağlı hücre sayısıdır ve gerilimi artırır; P paralel bağlı hücre sayısıdır ve kapasiteyi artırır. 3S2P, üç seri grubun her birinde iki paralel hücre olan, toplam 6 hücreli bir pakettir.
U = S × U hücrekapasite değişmezmAh = P × mAh hücreI = P × I hücreWh = S × P × U × mAh ÷ 1000hücre sayısı = S × PÖrnek: 18650 hücrelerle 12 V pil paketi
Nominal gerilimi 3,6 V, kapasitesi 2500 mAh olan 18650 hücrelerle 12 V'luk, 10.000 mAh'lik bir paket kurmak istiyoruz. Seri sayı 12 ÷ 3,6 = 3,33, en yakın tam sayıyla 3S olur: nominal 10,8 V, tam doluyken 12,6 V. Paralel sayı 10.000 ÷ 2500 = 4, yani 4P. Sonuç 3S4P, 12 hücre, 10,8 V × 10.000 mAh = 108 Wh. Hücrelerin her biri 20 A sürekli akım verebiliyorsa paket 4 × 20 = 80 A verir.
Lityum paket kurarken üç kurala uyun. Birincisi, pakette S sayısına uygun bir BMS (pil yönetim ve koruma devresi) kullanın: BMS her seri grubun gerilimini izler, aşırı şarjı, aşırı deşarjı ve kısa devreyi keser, balans özelliği olanlar hücreleri eşitler. İkincisi, aynı model, aynı kapasite ve aynı yaştaki hücreleri kullanın. Üçüncüsü, paralel bağlayacağınız hücrelerin gerilimlerini bağlamadan önce eşitleyin; farklı gerilimdeki iki hücre birbirine yüksek akımla şarj olur.
Pil türlerine göre hücre gerilimleri
| Hücre türü | Nominal gerilim | Tam dolu | Not |
|---|---|---|---|
| Li-ion (18650, 21700) | 3,6 V | 4,2 V | Bazı üreticiler 3,7 V yazar; deşarj sonu 2,8-3,0 V |
| LiPo | 3,7 V | 4,2 V | 2S 7,4 V, 3S 11,1 V, 4S 14,8 V, 6S 22,2 V |
| LiFePO4 | 3,2 V | 3,65 V | 4S paket 12,8 V; kendi şarj ayarı gerekir |
| NiMH (şarjlı AA/AAA) | 1,2 V | 4 hücre 4,8 V, 6 hücre 7,2 V | |
| Alkalin (AA/AAA) | 1,5 V | Şarj edilmez |
Gerilim değerleri Cadex'in hazırladığı Battery University'nin pil gerilimleri ve lityum iyon şarjı yazılarından alınmıştır. 3,6 V ile 3,7 V aynı kimyanın iki farklı etiketidir; hesapta pilin üzerinde yazan değeri kullanın.
C değeri ve çalışma süresi
C değeri, pilin kapasitesine göre ne kadar akım verebileceğini ya da ne kadar akımla şarj edilebileceğini gösterir. 1C, kapasiteye eşit akımdır: 2000 mAh bir pil için 1C = 2 A. Battery University'nin C oranı yazısındaki örnekle 1 Ah'lik bir pil 1C'de 1 A'i bir saat, 0,5C'de 500 mA'i iki saat, 2C'de 2 A'i 30 dakika verir.
I = C × Ah25C × 2,2 Ah = 55 At = Ah × kullanılabilir % ÷ I2 Ah × 0,8 ÷ 0,5 A = 3,2 saI = P ÷ U24 W ÷ 11,1 V = 2,16 AÇalışma süresini hesaplarken pilin tamamını kullanmayın. Lityum pili sonuna kadar boşaltmak ömrünü kısaltır; hesapta kapasitenin %80'i yaygın bir sınırdır. Yükün akımı değişkense (motor, servo, drone) ortalama akımı kullanın; ortalamayı bilmiyorsanız devreye bağlanan bir wattmetre akımı, gerilimi ve harcanan mAh'i doğrudan gösterir.
Örnek: Arduino robotun pil süresi
7,4 V 2000 mAh bir pille çalışan, ortalama 0,5 A çeken bir robot düşünelim. Kullanılabilir kapasite 2000 × 0,8 = 1600 mAh, süre 1,6 Ah ÷ 0,5 A = 3,2 saat, yani yaklaşık 3 saat 12 dakika. Yükün C oranı 0,5 ÷ 2 = 0,25C'dir; bu akım her lityum pil için rahat bir değerdir.
Yüksek akımda C değeri belirleyici olur. 1500 mAh bir pilden ortalama 20 A çekilirse yükün C oranı 13,3C'dir; pilin sürekli değeri bunun üstünde olmalıdır. Etiketteki iki C değerinden küçük olanı sürekli, büyük olanı birkaç saniyelik anlık (burst) değerdir. Yüksek akımlı hatlarda kablo ve konnektörün de bu akımı taşıması gerekir; kesiti kablo kesiti hesaplama aracıyla bulabilirsiniz.
Şarj süresi hesaplama
Lityum piller iki evrede şarj olur. Önce şarj aleti sabit akım verir ve hücre gerilimi 4,2 V'a (LiFePO4'te 3,65 V'a) çıkar; bu evrenin sonunda pil yaklaşık %70-85 doludur. Ardından gerilim sabit tutulur, akım giderek azalır ve akım kapasitenin %3-5'ine düştüğünde pil tam dolmuş sayılır. Bu nedenle şarj süresi "kapasite ÷ akım" basit hesabından uzundur.
Battery University'nin lityum iyon şarjı yazısına göre önerilen şarj akımı 0,5C ile 1C arasıdır ve bu akımlarla tam şarj yaklaşık 2-3 saat sürer. Akımı artırmak ilk evreyi kısaltır ama ikinci evreyi uzatır, tam dolumu çok hızlandırmaz. Hesaplayıcı ilk evreyi seçtiğiniz akımla, ikinci evreyi akımın kapasitenin %5'ine kadar düzenli azaldığını varsayarak tahmin eder.
C = I şarj ÷ Ah1 A ÷ 2 Ah = 0,5Ct = Ah ÷ I2 Ah ÷ 1 A = 2 saI en fazla = W ÷ (S × 4,2 V)50 W ÷ 16,8 V = 2,98 AÖrnek: 2000 mAh pil, 1 A şarj
Şarj oranı 1 ÷ 2 = 0,5C. Pil sabit akımla yaklaşık %85'e kadar 1,7 Ah ÷ 1 A = 1 saat 42 dakikada dolar. Kalan %15 için akım 1 A'den 0,1 A'e (0,05C) azalırken yaklaşık 46 dakika daha geçer; toplam yaklaşık 2 saat 28 dakika. Basit hesap 2 saat verir.
Şarj aletinin gücü de akımı sınırlar. 50 W'lık bir şarj aleti 4S (16,8 V) bir paketi en fazla 50 ÷ 16,8 = 2,98 A ile şarj edebilir; alette 5 A seçseniz de akım bu değerde kalır. Çok hücreli ve yüksek kapasiteli paketlerde şarj aletinin kanal başına gücüne bakın. Lityum pilleri balans girişli bir şarj aletiyle, yanmaz bir yüzeyde ve gözetim altında şarj edin.
Elektronik ve robotik için diğer araçlar hesaplayıcılar sayfasında; akım, gerilim ve güç dönüşümleri için Ohm kanunu ve watt hesaplama aracını kullanabilirsiniz.
Sık sorulan sorular
mAh nasıl Wh'e çevrilir?
mAh değeri pilin gerilimiyle çarpılıp 1000'e bölünür: Wh = mAh × V ÷ 1000. 10.000 mAh ve 3,7 V bir powerbank 37 Wh, 3S (11,1 V) 2200 mAh bir paket 24,4 Wh enerji taşır.
12 V için kaç 18650 pil gerekir?
3,6 V'luk 18650 hücrelerden 3 tanesi seri bağlanınca nominal 10,8 V, tam doluyken 12,6 V elde edilir; 12 V cihazlar için 3S paket kullanılır. Kapasiteyi artırmak için her seri gruba paralel hücre eklenir: 2500 mAh hücrelerle 3S4P paket 12 hücre, 10.000 mAh olur.
Pil şarj süresi nasıl hesaplanır?
Basit hesap kapasite ÷ şarj akımıdır: 2000 mAh pil 1 A ile en az 2 saatte dolar. Lityum pillerde son bölümde akım azaldığı için gerçek süre daha uzundur; 0,5C ile 1C arası şarjda tam dolum yaklaşık 2-3 saat sürer.
Pilin C değeri ne demek?
C değeri pilin kapasitesine göre verebileceği sürekli akımdır. 2200 mAh 25C bir pil 25 × 2,2 = 55 A sürekli akım verebilir. Yükün çektiği akım bu değerin altında kalmalıdır.
Seri ve paralel bağlantının farkı nedir?
Seri bağlantıda gerilimler toplanır, kapasite aynı kalır: iki 3,6 V 2500 mAh hücre seri bağlanınca 7,2 V 2500 mAh olur. Paralel bağlantıda gerilim aynı kalır, kapasite ve akım toplanır: aynı iki hücre paralel bağlanınca 3,6 V 5000 mAh olur.
Pil bir cihazı kaç saat çalıştırır?
Süre, kullanılabilir kapasitenin yükün akımına bölünmesiyle bulunur. 2000 mAh bir pil, kapasitenin %80'i kullanılırsa 0,5 A çeken bir cihazı 1,6 ÷ 0,5 = 3,2 saat, yani yaklaşık 3 saat 12 dakika çalıştırır.
