Bagikan Artikel ini di:

Ditulis Oleh Izzun Nafis Ibadik

Penemuan baterai menjadi primadona bagi peradaban umat manusia. Tentu kita sudah sangat paham bahwa benda-benda di sekitar kita banyak yang tidak akan bisa berfungsi dengan semestinya seandainya baterai tidak pernah ditemukan. Sebut saja ponsel, laptop, remote televisi, dan benda-benda portabel lainnya. Tentu tak terbayangkan bagaimana seandainya jika kita tak punya baterai, kita harus berjalan kesana kemari disertai dengan kabel yang berseliweran. Yup, saya rasa tak salah jika baterai juga bisa kita anggap sebagai pengubah peradaban manusia.

Luasnya penggunaan baterai ternyata sedikit banyak menimbulkan masalah baru untuk dipecahkan. Salah satunya adalah masalah perbedaan voltase antar baterai pada susunan seri. Perlu diketahui bahwa dalam 1 sel baterai yang kita gunakan sehari-hari, besaran voltase yang dihasilkan cukup terbatas. Untuk itu, agar kita dapat menggunakan baterai pada peralatan yang menggunakan voltase lebih besar maka kita perlu melakukan penyusunan seri terhadap sel-sel baterai tersebut.

Ternyata dalam proses pembuatan baterai, voltase-voltase sekaligus kapasitas antar baterai tidak selalu sama. Ini bisa disebabkan karena banyak hal, diantaranya impedansi internal sel baterai, kapasitas baterai, suhu, hingga self-discharge rate (berkurangnya isi baterai saat tidak digunakan). Perbedaan inilah yang menjadi salah satu permasalahan yang terjadi pada baterai yang disusun secara seri.

Untuk lebih mudah memahami permasalah ini, bayangkan anda menaiki sebuah kereta yang ditarik oleh 4 kuda sekaligus. Dari keempat kuda tersebut ada satu kuda yang hanya dapat menarik selama 1 jam sedangkan sisanya dapat tahan menarik kereta selama 2 jam. Ketika kuda yang lebih lemah ini sudah kelelahan maka otomatis pergerakan kereta akan terhambat. Hal ini sama dengan apa yang terjadi pada baterai yang disusun secara seri. Perhatikan gambar berikut.

Dari contoh gambar diatas terlihat bahwa ada 2 sel baterai yang tidak sinkron kapasitasnya.  Keadaan ini akan membuat voltase keseluruhan baterai menjadi turun. Berbeda dengan ilustrasi kereta kuda diatas. Pada rangkaian baterai ketika voltase keseluruhan turun dalam batas tertentu, maka baterai tersebut sudah tidak dapat digunakan lagi untuk menjalankan alat (perlu untuk di charge ulang). Padahal, jika kita tinjau pada gambar diatas keadaan tersebut memungkinkan masih ada sel-sel di baterai yang masih terisi. Hal ini membuat kapasitas baterai yang dapat digunakan secara keseluruhan menjadi menurun. Disinilah titik penyebab turunnya efisiensi dari baterai tersebut.

Agaknya bukan hal yang rumit untuk memikirkan solusi dari permasalahan ini terlepas dari pendesainannya. Yup, untuk mengatasinya kita hanya perlu membuat suatu sistem sehingga baterai tersebut selalu memiliki sisa kapasitas yang sama. Inilah yang menjadi buah penelitian dari Koko Friansa, Irsyad Nashirul Haq , Edi Leksono, Nugraha Tapran, Deddy Kurniadi, Brian Yuliarto Mereka meneliti suatu sistem manajemen baterai dimungkinkan dapat menyelesaikan permasalahan tersebut.

Pada dasarnya ada 2 metode sistem manajemen baterai. Metode yang pertama adalah metode pasif. Pada prinsipnya metode ini adalah mengubah energi sisa menjadi panas. Metode ini akan kurang efektif jika diterapkan pada susunan baterai yang kompleks. Masalah perbedaan kapasitas ini ternyata akan meningkat secara eksponensial seiring bertambahnya susunan seri baterai.

Metode yang kedua adalah metode aktif yang memiliki efisiensi lebih tinggi. Metode aktif berarti pada sistem penyeimbangnya kita menggunakan komponen-komponen aktif (dioda, transistor, dll) yang tentunya akan lebih kompleks. Metode ini memungkinkan kita untuk memindahkan energi dari baterai berkapasitas yang lebih tinggi ke baterai yang kapasitasnya lebih rendah dengan memanfaatkan prinsip beda tegangan.

Pemindahan energi ini ternyata masih menimbulkan kendala. Untuk dapat menyalurkan energi tersebut kita harus membuat hambatan rangkaian kecil dan juga beda tegangan antar baterai cukup besar. Apabila tegangannya terlalu kecil dan hambatannya terlalu besar, maka dimungkinkan arus tidak dapat melewati rangkaian sehingga tidak ada energi yang tersalurkan. Faktanya untuk perbedaan 10% kapasitas baterai (state of charge) maka beda tegangannya hanya ada di kisaran 0,1 V. Tentu merupakan angka yang cukup kecil.

Untuk mengatasi kecilnya beda tegangan antar baterai maka diperlukan komponen untuk menaikkan tegangan arus DC. Komponen ini kemudian disebut dengan DC-DC boost converter.

Penelitian ini mencoba mengembangkan metode penyeimbang aktif yang disebut dengan S-CBC (Switched Capacitor Boost Converter). Model ini kemudian dibandingkan dengan model yang telah dikenal sebelumnya yaitu SSC-IMB (Single Switched  Capacitor with Internal Module Balancing). Kedua metode tersebut pada tingkat sederhana (hanya menyeimbangkan 2 baterai) rangkaiannya adalah sebagai berikut:

Baca juga:

Dari percobaan tersebut diperoleh bahwa metode S-CBC memiliki kelebihan tersendiri. Dalam hal efisiensi, metode S-CBC akan optimum pada frekuensi switch 0,5 Hz yang mana efisiensinya ada di angka 84,1 %, sedangkan metode SSC-IMB optimum pada frekuensi lebih tinggi yaitu 37 Hz dengan tingkat efisiensi hanya 75,6%. Metode S-CBC juga memiliki kelebihan dalam hal waktu yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan tegangan. Metode S-CBC ini lebih cepat 4,7 kali dibandingkan dengan metode SSC-IMB dengan catatan waktu rata-rata selama 11060 detik.

Metode penyeimbangan baterai ini bukanlah sekedar gimmick belaka. Dalam penelitian ini juga dibandingkan bagaimana performa baterai jika diberi dan tidak diberi sistem manajemen baterai dengan metode S-CBC ini. Penelitian dibuat dengan menyusun secara seri 4 baterai bertegangan 12 V. Hasilnya adalah baterai mengalami peningkatan kapasitas sebesar 7,5%, bukan angka yang besar namun tentu memiliki dampak yang signifikan. Selain itu, pada baterai yang memiliki beda tegangan 0,2 V dan tidak disematkan sistem ini, maka perbedaan tegangan itu terus meningkat hingga mencapai 0,8 V. Sedangkan ketika disematkan sistem ini, perbedaan tegangannya turun menjadi 0,1 V.

Hasil penelitian ini tentu menjadi menarik untuk dikembangkan. Perkembangan teknologi sekarang menuntut kita untuk menggunakan sumber daya dengan lebih efisien. Harapannya adalah dengan efisiensi energi, sumber daya yang ada dapat lebih sustain untuk memenuhi kebutuhan anak cucu kita di masa mendatang. Jadi, yuk mari terus semangat berkarya untuk kemaslahatan semua makhluk di alam semesta.

Referensi

Beck, Anton. t.thn. Battery Power. Diakses Agustus 8, 2019. https://www.batterypoweronline.com/blogs/why-proper-cell-balancing-is-necessary-in-battery-packs/.

Friansa, Koko, Irsyad Nashirul Haq, Edi Laksono, Nugraha Tapran, Deddy Kurniadi, dan Brian Yuliarto. 2017. “Battery module performance improvement using active cell balancing system based on Switched-Capacitor Boost Converter (S-CBC).” 2017 4th International Conference on Electric Vehicular Technology (ICEVT). Sanur: IEEE.

Raj, Aswinth. 2019. Circuit Digest. 23 Februari. Diakses Agustus 09, 2019. https://circuitdigest.com/article/cell-balancing-techniques-and-how-to-use-them.

Scott, Kevin, dan Sam Nork. t.thn. Analog Devices. Diakses Agustus 08, 2019. https://www.analog.com/en/technical-articles/active-battery-cell-balancing.html.

—. t.thn. Analog Devices. Diakses Agustus 08, 2019. https://www.analog.com/en/technical-articles/passive-battery-cell-balancing.html.

Warstek Media

Warung Sains Teknologi (Warstek) adalah media SAINS POPULER yang dibuat untuk seluruh masyarakat Indonesia baik kalangan akademisi, masyarakat sipil, atau industri.
Warung Sains Teknologi
Nilai Artikel Ini
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Bagikan Artikel ini di:

Tinggalkan Balasan