Nikel kaplanmış yuvarlak çelik gövdenin içine (negatif kutup) yerleştirilmiş yuvarlak çubuk ve bu çubuğa bağlı bir
kapaktan (pozitif kutup) oluşur.pozitif çubuğun etrafı gözenekli (gaz geçirgen) naylon yada yüksek sıcaklıklarda
çalışacak pillerde polyproplene ile kaplanmıştır.Bu pozitif ve negatif levhaları birbirinden yalıtır.ayrıca kimyasal
reaksiyonun oluştuğu elektroliti barındırır.Bu arada aşırı şarj sonucu ortaya çıkan oksijen gazını serbest
bırakmak için çeşitli şekillerde yapılmış ve kapak üzerinde bulunan vent sistemleri mevcuttur.bu vent sistemi
aşırı şarj nedeniyle ortaya çıkan oksijeni atmosfere serbest bırakarak pilin emniyetli bir şekilde çalışmasını
sağlar.
NİCd piller uygun polarizasyonda elektrik akımı verilerek direkt olarak şarj edilirler.Bu şarj akımı direkt doru akım,
tam yada yarı doğrultulmuş alternatif akım yada diğer doğru akım veren kaynaklardan olabilir.Bir NiCd pil 0.02C
kadar (kapasitesinin %2 si) bir değerde şarj edilmelidir.Ancak günümüzde ticari olarak kabul edilen değer 0.05C'dir.
Şarj oranı 20C kadarda olabilir.Fakat aşırı şarj edilmemesine dikkat edilmelidir.Ancak pratikte şöyle tanımlama
yapılmıştır.Bir pil tam olarak 1 saatte yada daha az sürede şarj ediliyorsa hızlı şarj, 1 saatten 14 saate kadar
şarj ediliyorsa çabuk şarj,14 ila 16 saat arasında şarj ediliyorsa yavaş (overnight) şarj diye adlandırılır.Şarj
zamanlarını şarj oranlarına çevirirsek 0.05C'den 0.1C'ye kadar yavaş, 0.2C'den 0.5C'ye kadar çabuk C ve üzeri
oranlara ise hızlı şarj denir.Yavaş ve çabuk şarj cihazları günümüzde basit ve ucuz olduğun için çok
kullanılmaktadır.Ayrıca şarj cihazları yüksek ve düşük oranda şarj için özel elektronik devre istemez.Şarj
edilebilir piller kendi ihtiyacına göre alacağı akım miktarını ayarlar.Ayrıca günümüzde çoğu pil aşırı şarjda
pili korumak için negatif plaka pozitif plakanın ürettiği fazla oksijeni absorbe edecek şekilde yapılmıştır.Bu
arada yüksek oranlarda şarj yapılırken ortaya çıkan bir diğer önemli faktör ise ısınmadır.Şimdi bir pil yüksek
oranda şarj olurken voltaj,ısı ve basınç değerlerini inceleyelim.Batarya basıncı şarj zamanının çoğunda düşük
seviyededir ve pil tam şarja yaklaştığında yükselir.Yüksek basıncın sebebi oksijen gazıdır.Aşırı şarj edilen
pilin içersinde çıkan oksijen gazı sebebiyle basınç artar.bu arada negatif plaka üzerinde oksijenin hydroxyl ionuna
çevrilmesi sırasında ısı ortaya çıkar.Böylece pilin ısısı artar.artan ısı içerideki gazı genleştirerek basıncın
daha da artmasına sebep olur.yüksek basınç ve ısı özellikle sızdırmazlığı sağlayan elemanlara zarar verir.
Ayrıca dış ortama kaçan oksijen ileri aşamada pile de zarar verecektir.Dolayısı ile hızlı ve yüksek orandaki
fazla şarj pile zarar verecektir.Yapılan deneyler emniyetli şarj sıcaklığının maksimum 45 C derece olduğunu tespit
etmiştir.Bazı şarj cihazlarında bu sıcaklığı kontrol eden ve yükseldiğinde şarjı kesen devreler mevcuttur.Bu
arada yüksek sıcaklık pillerin tam şarj olmamasına da sebep olmaktadır.Optimum şarj sıcaklığı oda (23 C)
yada daha aşağısında olan sıcaklıklardır.Kısaca şarja etki eden faktörler aşağıda olduğu gibidir.
1. Şarj için doğru kutuplara doğru akım verilmelidir.
2. Şarj oranları hızlı, çabuk ve yavaş olarak sınıflandırılır.
3. 0.3C şarj değerinin üzerinde yapılan şarjlarda pil tam şarj olduğunda şarj durdurulmalı yada akımı
azaltılmalıdır.
4. Şarj olayı bataryanın şarj edilebilirliğinin ölçüsüdür.Şarjın etkinliği şarj oranına ve sıcaklığa bağlıdır.
NiCd pillerin deşarj karakteristikleri şöyledir.NiCd piller boşalırken voltaj değerlerinde deşarj sonuna kadar bir
değişme olmaz.Bazı değişkenler pillerin deşarjına etki eder.bunlar kısaca şöyledir.
1. Deşarj oranı.
2. Deşarj süresi.
3. Deşarjın derinliği.
4. Batarya şarj edilirken,kullanılmazken ve deşarj olurken sahip olduğu sıcaklık.
5. Şarj ve overşarj oranı.
6. Şarj süresi,şarjdan sonra ne kadar beklediği.
7. Daha önceki dönemlerde pilin maruz kaldığı etkiler.
Her NiCd pilin belirlenen oranda kapasitesi, deşarj voltajı ve efektif direnci vardır.Tek bir pil 1.2 volt ile
sınırlandırılmıştır ve bunun katları olarak değer alır.5 Tane pil seri bağlandığında 6 volt gerilim sağlar.
Deşarj voltajı 1.2 volttur ve zaman zaman deşarj voltajı 1.2 voltu geçmektedir.Çoğu üretici ürettikleri pillerin
kapasitesini yeni ve tam şarj edilmiş pillere göre verir.Pratikte pil kapasitesi için kabul edilen değer amper/saat
(yada miliamper/saat) ve 0.9 volta bir saatte düşünceye kadar verdiği akım değeridir.
Pilin kapasitesine ısının nasıl etki ettiğine bakalım.Isı arttıkça pilin voltajı düşer.Voltaj düştükçe vereceği
akımda azalır.Dolayısı ile düşük sıcaklıklardaki pilin kapasitesi yüksek sıcaklıktaki pile göre daha fazladır.Çoğu
üretici firma batarya kapasitesini 23 C derece (oda sıcaklığı) sıcaklıkta hesaplar.
Pillerin kapasitesine etki eden bir diğer etkende pilin kendisinin sahip olduğu iç dirençtir.bu iç direnç pilin vereceği
maksimum akımı belirler.Bu değer ne kadar düşük olursa pil o oranda yüksek akım verir.bu arada pillerin şarjı
azaldıkça iç dirençleri artar.
Pilleri Kendi Kendine Boşalması (Self deşarj) :
pilin kullanılmadığı zaman kendi kendine boşalmasıdır.Bu deşarj pilin ömrü için zararlı değildir.Bir pil oda
sıcaklığında her gün %1 oranında boşalır.Her 10 derecelik sıcaklık artışında da bu oran ikiye katlar.
Deşarj sonunda pilin voltajının birden sıfıra inmesidir.NiCD pil kullanılan cihazlarda voltaj kesilmesi göz önünde
tutulması gereken önemli bir konudur.Şimdi tipik voltaj profiline bakalım.Eğer voltaj kesme değeri yüksek ise
batarya kullanımdadır.Eğer voltaj kesme değeri çok düşük ise yada yoksa çok çabuk şekilde kapasitesi ve ömrü
düşer ve pilin kutupları ters döner.Tavsiye edilen voltaj kesme değeri deşarj değerine ve kullanım yerini göre
değişebilir.Voltaj kesme değerinin iyi seçilmesi maksimum kapasite kullanımı sağlar.Seri bağlanmış paket pillerde
özellikle hız kontrol ünitelerinde ve fazla akım çekilen yerlerde kullanılan bataryalar yüksek oranda akım
kaybederek boşalırlar.Bu yüksek orandaki deşarj batarya hızla iç direncin deşarj sonuna doğru artması
sebebiyle kutuplarının ters dönmesine ve pilden hiç akım alınamamasına sebep olur.NiCd pillerde deşarj
karakteristiği 23 C derece sıcaklıkta 1C yada 5C deşarj değerinde 0.9 Volta kadardır ve C nin nominal voltu
1.2 voltta iken şarj ve deşarj şartları pilin kapasitesine direkt etki eder.NiCd pillerin voltaj eğrisi deşarj boyunca
çok doğrusaldır ve kullanım boyunca 1.2 voltta neredeyse sabit kalır ancak deşarj sonuna doğru voltaj çok
hızlı bir şekilde düşer.Bunun için kullanım yerine göre piller çok iyi seçilmelidir.
Batarya ömrü bir pilin kontrol edilen şartlar altında ne kadar şarj ve deşarj edilebildiğidir.Bir NiCd pil 10 yıl
rahatlıkla kullanabilir.Evet yanlış okumadınız 10 yıl kullanabilirsiniz.Bunun yanında bir NiCd pili 10000 kez
kontrol edilen şartlar altında şarj ve deşarj edebilirsiniz.Ancak dikkat edin kontrol edilen şartlar altında dedik.
NiCd piller aynı teknoloji ile üretilir ve uydularda yaklaşık 20 yıl kullanılır.NiCd pillerin ömrüne etki eden
faktörler sıcaklık,aşırı şarj şartları ve küçük bir etken olarak da deşarjın tipi derinliğidir.Bu etkenler batarya
şarj sayısını ve ömrünü etkiler.NiCd bataryalarda bazen şarj sayısı bataryanın kullanım ömrünü belirler.
Genellikle kapasitesinin % 80 'nini vermeyen piller ömrünü doldurmuş olarak kabul edilir.Pilde ilk meydana gelen
arıza seperatörün görev yapmayarak pilin kısa devre olmasıdır.Pil çok kısa bir sürede kendi kendine boşalır.
Bu arada harici olarak kısa süreli meydana kelen kısa devreler pilin sızdırmazlığını sağlayan elemanlara çok
zarar verir.Kısacası şarj değeri,aşırı şarj ortam sıcaklığı,deşarj değeri,pillerin kısa sürede olsa kısa devre
yapılması ve fiziki olarak zarar görmesi pillerin kullanım ömrüne kısaltır.
Batarya Kutuplarının Ters Dönmesi (Reversal) :
Reversal nedir ? Birden fazla pilden oluşan paket piller potansiyel olarak reversal problemiyle karşı karşıyadır.
Bu paket pillerden çekilen akımın derinliğine bağlı olarak pillerden bir tanesinin voltajı sıfıra düşebilir.
Eğer deşarj bu noktada devam ederse voltajı sıfıra düşmüş pilin kutupları yer değiştirir.Yani pozitif kutup
negatif, negatif kutup pozitif olur.İşte bu reversaldır.Öncelikle pozitif kutup tükenir.Deşarja devam edildikçe
kutuplar yer değiştirir.Negatif elektrot pozitif olur ve voltaj -1.4 volta düşer.Bu noktada pil içerisinde hidrojen
gazı üretilir.Hidrojen oksijen gazı gibi hydroxyl ionuna dönüşmediği için pil içerisindeki basınç artar.Bu basınç
sonucu hidrojen gazı dış ortama atılır.Reversala engel olmanın yolu dizayn aşamasında amaca uygun pil
seçmektir.Eğer aşırı akım çekilecekse voltaj kesme değeri yüksek piller seçilmelidir.
Pil Hafızası Yada Voltaj Düşüşü :
Genel inanışın aksine batarya hafızası kapasitedeki kayıp değildir.Batarya hafızası periyodik bir adımdır.
Buna ne sebep olur ?.Gerçekte iki yol voltaj profilinde bir adıma neden olur.Birincisi çok yavaş tam şarj yapmak ve
bundan sonrada sürekli aynı oranda ve sürede pili tam deşarj yapmaktır.Deşarj mutlaka her deşarjda aynı süre
ve akımda olduğu müddetçe bu etki görülür.İkinci ve sık karşılaşılan etki voltaj çöküşü yada diğer adı ile
batarya hafızasıdır.Buna devamlı olarak overnight oranında (Yavaş şarj) aşırı şarj yapmak sebep olur.Eğer
batarya.Eğer batarya yavaş şarjda uzun süre kalırsa aktif madde üzerindeki kristaller büyür.Kristaller büyüyünce
aktif maddenin elektrolitle temas yüzeyi azalır ve bu dahili direncin artmasına sebep olur.Bu arada voltajda düşme
görülür.Voltaj adımı aşırı şarj olan bataryanın ne kadar uzun süre şarj olduğuna ve ısısına bağlı olarak değişik
zamanlarda meydana gelir.Eğer aşırı şarj devam ederse voltaj düşmesi batarya daha tam deşarj olamadan görülür.
Voltaj depresyonu (çökmesi,azalması) etkisi bir yada birkaç normal şarj ve deşarjdan sonra ortadan kalkar.
Günümüzde bataryalarda bu durum çok nadir görülür.
