Elektrikli araçlardan (EV) ev tipi enerji depolama sistemlerine kadar, lityum iyon batarya paketleri modern dünyanın enerji kaynağıdır. Bir batarya paketini tasarlarken genellikle odak noktası hücrelerin kalitesi (18650, 21700 vb.) veya Batarya Yönetim Sistemi'nin (BMS) zekasıdır. Ancak, bu iki dev bileşen arasında köprü görevi gören ve genellikle göz ardı edilen kritik bir parça vardır: Nikel Şeritler.
Bu yazıda, hücreleri birbirine bağlayan ve BMS'in verimli çalışmasını sağlayan nikel şeritlerin neden sıradan bir metal parçası olmadığını, saf nikel ile nikel kaplama çelik arasındaki hayati farkları ve batarya güvenliğindeki rolünü inceliyoruz.
Bir batarya paketi, seri ve paralel bağlanan yüzlerce hücreden oluşur. Bu hücreler arasındaki elektrik akımını iletmek için kablolar yerine, "Punta Kaynağı" (Spot Welding) yöntemiyle hücre kutuplarına tutturulan ince metal şeritler kullanılır. İşte bu şeritler, nikeldir.
Nikel şeritler, bataryanın otobanıdır. Elektronlar hücreden BMS'e, oradan da motora veya cihaza bu yoldan akar. Yol ne kadar kaliteli olursa, enerji kaybı o kadar az olur.
Bakır, nikelden daha iyi bir iletkendir. Ancak batarya paketlemede nikelin tercih edilmesinin iki temel kimyasal ve fiziksel sebebi vardır:
Kaynaklanabilirlik: Bakır ve alüminyum, lityum pillerin çelik kutuplarına punta kaynağı ile zor tutunur. Nikel ise çeliğe mükemmel bir şekilde kaynar, sağlam ve düşük dirençli bir temas noktası oluşturur.
Korozyon Direnci: Bataryalar zamanla sızdırabilir veya nemli ortamlarda çalışabilir. Nikel, oksidasyona (paslanmaya) karşı son derece dirençlidir, bu da pil ömrü boyunca bağlantının kopmamasını sağlar.
Piyasada iki tür şerit bulunur ve bunları gözle ayırt etmek neredeyse imkansızdır. Ancak performans farkları uçurum kadardır.
Çelik bir şeridin üzerine ince bir nikel tabakası kaplanmasıyla üretilir.
Sorun: Çeliğin iç direnci saf nikele göre çok yüksektir. Yüksek akım çekildiğinde (örneğin bir elektrikli bisiklet yokuş çıkarken), şerit ısınır.
Tehlike: Bu ısınma, "Joule Isınması" olarak bilinir ve pilin termal kaçak (yangın) riskini artırır. Ayrıca BMS'in hatalı ölçüm yapmasına neden olur.
Neredeyse tamamı nikelden oluşur.
Avantaj: İç direnci çok düşüktür. Yüksek akımları ısınmadan taşır.
Kullanım Alanı: Elektrikli araçlar, dronlar, el aletleri ve yüksek performans gerektiren tüm BMS uygulamaları için zorunluluktur.
Bir BMS'in ana görevi, hücre voltajlarını izlemek ve dengelemektir (Balancing). Kalitesiz veya yanlış seçilmiş bir nikel şerit şu sorunlara yol açar:
Eğer şeridin direnci yüksekse, akım akarken voltaj düşer. BMS, pilin gerçek voltajını değil, şerit üzerindeki kayıptan sonraki voltajı okur.
Sonuç: BMS, pilin bittiğini sanarak sistemi erken kapatır. %100 dolu bir bataryadan %80 verim almanıza neden olur.
Paralel gruplar arasındaki nikel şerit uzunlukları veya kalınlıkları eşit değilse, bazı hücreler diğerlerinden daha hızlı şarj olur veya boşalır. Bu durum BMS'in dengeleme kapasitesini aşabilir ve pil paketinin ömrünü kısaltır.
Bir batarya projesine başlarken şu adımlara dikkat edilmelidir:
Akım Hesabı: Sistemin çekeceği maksimum amper değeri belirlenmeli ve buna uygun genişlikte/kalınlıkta (örneğin 0.15mm x 8mm) şerit seçilmelidir.
Saf Nikel Testi: Şeridi tuzlu suya koyarak veya zımparalayıp bekleterek paslanıp paslanmadığı test edilmelidir. Saf nikel paslanmaz.
Kombine Kullanım: Çok yüksek akımlar için (100A+), "Bakır-Nikel Sandviç" yöntemi veya bakır üzerine nikel preslenmiş özel şeritler kullanılmalıdır.
Bir zincir, en zayıf halkası kadar güçlüdür. Batarya paketlerinde bu zayıf halka genellikle nikel şeritlerdir. Milyonlarca liralık lityum hücreleri ve gelişmiş BMS kartlarını, ucuz ve direnci yüksek bir şeritle birbirine bağlamak, performansın çöpe atılması demektir. Güvenli, uzun ömürlü ve verimli bir enerji sistemi için Saf Nikel, bir tercih değil, mühendislik zorunluluğudur.
