Fiziksel Değişimlerin Li-ion Batarya Üzerine Etkilerinin İncelenmesi
Investigation of the Effects of Physical Changes on Li-ion Battery
Yazar: Kıvanç, Ömer Cihan
Dergi: Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi No. 16, 2019
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Li-ion batarya,Batarya şişmesi,güvenlik durumu,sağlık durumu ; Li-ion battery,battery swelling,state of safety,state of health

Batarya teknolojilerindekiilerlemeler ile birlikte li-ion bataryaların ağırlık, hacim başınadepoladıkları enerji miktarı artmakta ve kontrol sistemlerinde önemligelişmeler meydana gelmektedir. Bunun yanında li-ion batarya fiyatlarınındüşmesi ile elektrikli araçlardan kullanıcı elektroniğine kadar birçok alandali-ion bataryaların kullanım oranının arttığı görülmektedir. Ancak bubataryaların yüksek performanslı kullanımı için sağlık, doluluk durumlarınınsürekli takibi ve denetlenmesi gerekmektedir. Bu denetleme yaygın olarakhücrelerin gerilim, akım ve sıcaklık değerini kullanarak yapılmaktadır. Bunakarşılık bataryanın güvenlik durumunun takibinde hücrelerin şişmesi ve fizikselyıpranmalarında bir fonksiyon girdisi olarak kullanılması gerekmektedir.Özellikle taşınabilir telefon, bilgisayar gibi cihazlarda kullanıcının doğrudanbataryaya temas etmesi güvenlik problemi yaratmaktadır. Kullanıcıların sahipolduğu farklı şarj cihazları kullanma, hızlı şarj ve şarj esnasında kullanımalışkanlıkları sebebiyle bu güvenlik problemleri artmaktadır. Ayrıca elektrikliaraçlarda seri/paralel paketlenen hücreler şişerek komşu hücreler üzerindekibasıncı arttırmaktadır. Yapılan çalışmada gerinime bağlı değişimleringözlemlenmesi ve etkilerinin incelenmesi amacıyla yüksek hassasiyetli gerinim,sıcaklık sensörü ve Z-Wave haberleşme modülüne sahip bir sistem tasarlanmıştır.Pazarda yaygın olarak kullanılan bir taşınabilir telefonun bataryası üzerindeyaşlandırma testleri yapılmış ve 4.58 mm şişme sağlanmıştır. Fiziksel değişimemaruz kalmış batarya ile yeni bataryanın davranışları aynı şarj/deşarjdöngülerine tabi tutularak şişmenin etkileri sunulmuştur. Yapılan ölçümler ilesıcaklık, şişme miktarı, açık devre gerilimi ve şarj/deşarj süresinin değişimmiktarları detaylıca belirtilmiştir. Şişmeye maruz kalmış bataryanın şarj vedeşarj sırasında şişme miktarının değişimi ile yüzeyde ortaya çıkan yükseksıcaklıklar sebebiyle kullanıcı için tehlikelerin ortaya çıktığıgösterilmiştir. Bu durum taşınabilir telefonlar ve bilgisayarlarda bir güvenlikfaktörü olarak şişmeninde sürekli takip edilmesi gerekliliğini ortayaçıkarmaktadır.

With the advances in battery technologies, theli-ion battery’s amount of energy storage per unit volume and weight increasesand significant improvements occur in their control systems. Besides, the usagerate of li-ion batteries increases due to the decrease in prices of li-ionbatteries in many areas from electric vehicles to user electronics. However,for high-performance use of these batteries, continuous monitor and control oftheir states of health and charge are needed. This control is commonlyperformed by using the voltage, current and temperature of the cells. Incontrast, swelling and physical deformations of the cells should be used asfunction inputs in the monitoring of the state of safety condition. Especiallyfor devices such as mobile phones and portable computers which directly touch toperson, causes serious safety problems. In addition, the user's various usagehabits which are using different battery chargers, fast charging and using inthe charging process, lead to safety problems. In addition, in the electricvehicles, the series/parallel packaged cells swell and thus increase thepressure on the neighboring cells. In this study, a system with a highprecision strain gauge, temperature sensor and Z-Wave communication module hasbeen designed to observe the effects of strain changes and to investigate theireffects. Aging tests have been performed on one single battery used in themarket and a 4.58 mm swelling has been achieved. The behavior of the newbattery and aged battery which has physical deformation is applied to the samecharge/discharge cycles and the effects of the swelling are presented.Measurements of temperature, swelling amount, open circuit voltage andcharge/discharge time of the amount of change are stated in detail. It has beenshown that dangers occur for the user due to the high temperatures on the surfacecaused by the amount of swelling of the battery exposed to swelling duringcharge and discharge. This situation reveals the necessity of continuousmonitoring of the swelling as a safety factor in mobile phones and portablecomputers.