Bir İnsansız Hava Aracı (İHA) tasarlarken motorları, ESC'leri ve en kaliteli Lityum-İyon pilleri seçtiniz. Ancak havalandığında sistem aşırı ısınıyor veya voltaj aniden düşüyor mu? Suçlu, muhtemelen pilleri birbirine bağladığınız o ince metal şeritlerdir.
Geleneksel saf nikel şeritler, modern İHA'ların ihtiyaç duyduğu yüksek akımları taşımakta yetersiz kalıyor. Çözüm ise malzeme biliminin bir armağanı: Kompozit (Clad) Metal Şeritler.
Bu yazımızda, Nikel-Bakır-Nikel sandviç yapısındaki bu kompozit şeritlerin neden İHA batarya paketleri için vazgeçilmez olduğunu ve saf nikelden farklarını detaylı örneklerle inceliyoruz.
Kompozit pil şeridi, tek bir metalden değil, metalurjik olarak birbirine yapıştırılmış katmanlardan oluşur. Genellikle "Sandviç Yapı" olarak adlandırılır:
Üst ve Alt Katman (Nikel): Punta kaynağının pile kolayca tutunmasını sağlar ve korozyonu önler.
Orta Katman (Bakır): Elektriği ileten asıl otobandır. Saf bakır, nikelden yaklaşık 4-5 kat daha iyi iletkendir.
Bu yapı sayesinde hem bakırın iletkenliğini hem de nikelin kaynaklanabilirliğini aynı anda elde edersiniz.
İHA'lar, elektrikli bisikletler veya powerbank'lerden farklı olarak, anlık çok yüksek güç (High C-Rating) çekerler. Kompozit şeritlerin fark yarattığı noktalar şunlardır:
Elektrik akımı dirençli bir malzemeden geçerken ısı açığa çıkar. Saf nikelin direnci bakıra göre yüksektir. Yüksek akım çeken bir tarım drone'unda saf nikel şeritler, birer "ısıtıcı rezistans" gibi davranır. Bu ısı, pil hücrelerine geçerek kimyasal yapıyı bozar ve ömrü kısaltır.
Kompozit Çözümü: Bakır çekirdek sayesinde akım dirençle karşılaşmadan akar. Şeritler ısınmaz, enerji ısıya dönüşmek yerine motorlara gider. Bu, %10-15 daha serin bir batarya paketi demektir.
Pilot gazı köklediğinde (tam gaz verdiğinde), pil voltajında ani bir düşüş olur. Eğer bağlantı şeritlerinin direnci yüksekse, bu düşüş daha derin olur ve İHA "güçsüz" hisseder.
Kompozit Çözümü: Düşük direnç, voltajın motorlara kayıpsız ulaşmasını sağlar. İHA daha atik ve tepkisel olur.
Saf bakır kullanmak isteseniz bile, bakır ısıyı çok hızlı dağıttığı için standart punta kaynak makineleriyle pile yapışmaz.
Kompozit Çözümü: Dış yüzeydeki nikel katman, punta makinesinin elektrotlarının malzemeye tutunmasını ve sağlam bir kaynak yapılmasını sağlar. Özel ve pahalı lazer kaynak makinelerine gerek kalmaz.
Hangi İHA tipinde hangi şerit kullanılmalı? İşte senaryolar:
Bu drone'lar saniyeler içinde 100-150 Amper akım çekebilir.
Geleneksel Hata: Standart 0.15mm saf nikel şerit kullanmak. Sonuç: Şeritler akkor haline gelip kopabilir veya lehim yerleri eriyebilir.
Kompozit Çözümü: 0.2mm kalınlığında Ni-Cu-Ni kompozit şerit kullanılır. Bakırın taşıma kapasitesi sayesinde şeritler ısınmaz, drone'un son sürati ve ivmelenmesi artar.
16.000 mAh kapasiteli devasa bataryalar, 20 dakika boyunca sürekli 50-60 Amper akım verir.
Geleneksel Hata: Kalınlığı artırmak için üst üste 2-3 kat nikel şerit kaynatmak. Bu hem işçiliği artırır hem de paketi ağırlaştırır.
Kompozit Çözümü: Tek katmanlı, geniş yüzeyli kompozit şerit kullanmak. Bakırın hafifliği (yoğunluğu nikele yakındır ama iletkenliği çok yüksektir) sayesinde, aynı akımı taşıyan saf nikel pakete göre batarya grubu daha hafif olur. İHA'nın faydalı yük kapasitesi artar.
Hem dikey kalkışta yüksek güç hem de yatay uçuşta verimlilik gerekir.
Sorun: Kalkış sırasındaki yüksek akım, şeritleri ısıtır. Yatay uçuşa geçildiğinde bu ısı paket içinde hapsolur.
Kompozit Çözümü: Bakır katman sadece elektriği değil, ısıyı da iyi iletir. Kompozit şeritler, hücrelerde oluşan bölgesel sıcaklığı tüm pakete yayarak "termal dengeleyici" görevi görür.
| Özellik | Saf Nikel Şerit | Kompozit (Ni-Cu-Ni) Şerit |
| İletkenlik | Düşük | Çok Yüksek (Bakır sayesinde) |
| Isınma | Yüksek Akımda Çok Isınır | Serin Kalır |
| Punta Kaynağı | Çok Kolay | Kolay (Nikel yüzey sayesinde) |
| Maliyet | Ucuz | Daha Pahalı |
| Kullanım Alanı | Laptop, Fener Pilleri | İHA, Elektrikli Araç, Power Tool |
İHA üretiminde batarya paketi tasarımı, en az aerodinamik kadar önemlidir. Eğer İHA'nızdan maksimum performans, uzun uçuş süresi ve güvenlik bekliyorsanız, enerji otoyollarınızı genişletmeniz gerekir. Kompozit (Ni-Cu-Ni) pil tabı şeritleri, yüksek akım gerektiren tüm profesyonel drone projeleri için en akıllıca yatırımdır.
