Panduan untuk memahami spesifikasi baterai

Baterai adalah alat untuk mengubah energi kimia menjadi energi listrik dan sebaliknya. Rangkuman ini menyediakan pengenalan terminologi yang digunakan untuk menggambarkan, mengklasifikasikan dan membandingkan baterai untuk kendaraan hybrid, plug-in hybrid dan listrik. Ini menyediakan latar belakang dasar, mendefinisikan variabel yang digunakan untuk mengkarakterisasi kondisi operasi baterai, dan menggambarkan spesifikasi pabrik yang digunakan untuk mengkarakterisasi nominal baterai dan karakteristik maksimum.

Dasar Baterai

• Sel, Modul dan Paket (Cells, Modules, Packs) – Kendaraan hybrid dan listrik mempunyai paket baterai tegangan tinggi yang terdiri dari modul dan sel yang disusun seri dan paralel. Sebuah sel adalah bagian terkecil dari bentuk paket yang umumnya pada tingkat tegangan 1 sampai 6 V. Sebuah modul terdiri dari beberapa sel yang umumnya dihubungkan secara seri atau paralel. Sebuah paket baterai kemudian dirakit dengan menghubungkan modul bersama-sama, lagi dalam seri atau paralel.
• Klasifikasi Baterai – Tidak semua baterai dibuat sama, bahkan baterai dengan kimia yang sama. Kompromi utama dalam pengembangan baterai adalah antara daya dan energi: baterai dapat dibuat salah satu, berdaya tinggi atau berenergi tinggi, tetapi tidak dua-duanya. Pabrik akan mengklasifikasikan baterai menurut kategori ini. Klasifikasi jamak lain adalah Tahan Lama (High Durability), yang berarti bahwa kimia telah dimodifikasi untuk menyediakan umur baterai yang lebih lama pada ongkos daya dan energi.
• Laju C dan E – Dalam menggambarkan baterai, arus pengosongan (discharge) sering dinyatakan sebagau laju C untuk menormalisasi terhadap kapasitas baterai, yang seringkali sangat berbeda antara baterai satu dengan lainnya. Laju C adalah ukuran laju dimana baterai dikosongkan relatif terhadap kapasitas maksimumnya. Laju 1C berarti bahwa arus pengosongan menghabiskan seluruh baterai dalam 1 jam. Untuk baterai dengan kapasitas 100 Ah (ampere-hour), ini menyamakan arus pengosongan 100 A. Laju 5C untuk baterai ini akan menjadi 500 A, dan laju C/2 akan menjadi 50 A. Serupa, laju E menggambarkan pengosongan daya. Laju 1E adalah pengosongan daya untuk mengosongkan seluruh baterai dalam 1 jam.
• Sel Primer dan Sekunder – Meskipun nyatanya tidak seperti itu, baterai untuk kendaraaan hybrid, plug-in dan listrik semuanya adalah baterai sekunder. Baterai primer adalah baterai yang tidak dapat diisi ulang. Baterai sekunder adalah baterai yang dapat diisi ulang.

Kondisi Baterai

Sesi ini mengulas beberapa variabel yang digunakan untuk menggambarkan kondisi sekarang sebuah baterai.

• State of Charge (SOC) (%) – Sebuah pernyataan kapasitas baterai sekarang sebagai prosentase kapasitas maksimum. SOC umumnya dihitung menggunakan integral arus untuk menentukan perubahan kapasitas baterai dengan waktu.
• Depth of Discharge (DOD) (%) – Prosentase kapasitas baterai yang telah dikosongkan dinyatakan sebagai prosentase kapasitas maksimum. Pengosongan sampai paling tidak 80% dirujuk sebagai pengosongan dalam (deep discharge).
• Tegangan Terminal (V) – Tegangan antara terminal baterai dengan adanya beban. Tegangan terminal berubah dengan SOC dan arus pengosongan dan pengisian.
• Tegangan Sirkuit Terbuka (V) – tegangan antara terminal baterai tanpa adanya beban. Tegangan sirkuit terbuka tergantung pada keadaan muatan baterai, bertambah dengan keadaan muatan.
• Hambatan Internal – Hambatan di dalam baterai, umumnya berbeda untuk pengisian dan pengosongan, juga tergantung pada keadaan muatan baterai. Ketika hambatan internal semakin besar, efisiensi baterai menurun dan stabilitas termal berkurang karena lebih banyak energi yang diubah menjadi panas.

Spesifikasi Teknis Baterai

Sesi ini menjelaskan spesifikasi yang ditulis pada lembar spesifikasi teknis yang digunakan untuk menggambarkan sel, modul dan paket baterai.

• Tegangan Nominal (V) – Tegangan yang dilaporkan atau acuan baterai, kadang-kadang juga dipandang sebagai tegangan “normal” baterai.
• Tegangan Pemutus (Cut-off) – Tegangan minimum yang diizinkan. Ini adalah tegangan yang umumnya mendefinisikan keadaan “kosong” baterai.
• Kapasitas atau Kapasitas Nominal (Ah untuk laju spesifik C) – Kapasitas coulometrik, Ampere-hour total yang tersedia ketika baterai dikosongkan pada arus pengosongan tertentu (ditetapkan sebagai laju C) dari 100 persen SOC sampai tegangan pemutus. Kapasitas dihitung dengan mengalikan arus pengosongan (dalam A) dengan waktu pengosongan (dalam jam) dan berkurang dengan naiknya laju C.
• Energi atau Energi Nominal (Wh (untuk laju C spesifik)) – “Kapasitas energi” baterai, Watt-Hours total yang tersedia ketika baterai dikosongkan pada arus pengosongan tertentu (ditetapkan sebagai laju C) dari 100 persen keadaan terisi sampai tegangan pemutus. Energi dihitung dengan mengalikan daya pengosongan (dalam Watt) dengan waktu pengosongan (dalam jam). Seperti kapasitas, energi turun dengan naiknya laju C.
• Umur Siklus (jumlah untuk DOD spesifik) – Jumlah siklus pengosongan-pengisian baterai yang bisa dilakukan sebelum baterai gagal memenuhi kriteria kinerja spesifik. Umur siklus diperkirakan untuk kondisi pengisian dan pengosongan spesifik. Umur operasi baterai sebenarnya dipengaruhi oleh kecepatan dan kedalaman siklus dan oleh kondisi lain seperti suhu dan kelembaban. Semakin tinggi DOD, semakin kecil umur siklus.
• Energi Spesifik (Wh/kg) – Energi nominal baterai per satuan massa, kadang-kadang disebut densitas energi gravimetri. Energi spesifik adalah karakteristik kimia baterai dan kemasan. Bersama-sama dengan konsumsi energi kendaraan, parameter ini menentukan berat baterai yang diperlukan untuk mencapai jarak tempuh tertentu.
• Daya Spesifik (W/kg) – Daya maksimum yang tersedia per satuan massa. Daya spesifik adalah karakteristik kimia baterai dan kemasan. Parameter ini menentukan ukuran baterai yang diperlukan untuk mencapai target kinerja yang diberikan.
• Densitas Energi (Wh/L) – Energi baterai nominal per satuan volume, kadang-kadang disebut densitas energi volumetrik. Densitas energi adalah karakteristik kimia baterai dan kemasan. Bersama-sama dengan konsumsi energi kendaraan, parameter ini menentukan ukuran baterai yang diperlukan untuk mencapai jarak tempuh tertentu.
• Densitas Daya (W/L) – Daya maksimum yang tersedia per satuan volume. Densitas daya adalah karakteristik kimia baterai dan kemasan. Parameter ini menentukan ukuran baterai yang diperlukan untuk mencapai target kinerja yang diberikan.
• Arus Pengosongan Kontinyu Maksimum – Arus maksimum dimana baterai dapat dikosongkan secara terus menerus. Batas ini biasanya didefinisikan oleh pabrik baterai untuk mencegah kecepatan pengosongan yang berlebihan yang dapat merusak baterai atau menurunkan kapasitasnya. Bersama-sama dengan daya kontinyu motor maksimum, ini mendefinisikan kecepatan dan percepatan berkelanjutan teratas dari kendaraan.
• Arus Denyut Pengosongan Maksimum 30 s – Arus maksimum dimana baterai dapat dikosongkan untuk denyut sampai 30 detik. Batas ini biasanya didefinisikan oleh pabrik baterai untuk mencegah kecepatan pengosongan yang berlebihan yang dapat merusak baterai atau menurunkan kapasitasnya. Bersama-sama dengan daya puncak motor listrik, ini mendefinisikan kinerja percepatan (waktu 0-100 km/jam) kendaraan.
• Tegangan Pengisian – Tegangan ketika baterai diisi sampai kapasitas penuh. Skema pengisian biasanya terdiri dari pengisian arus konstan sampai tegangan baterai mencapai tegangan pengisian, kemudian tegangan pengisian konstan, yang mengizinkan arus pengisian mengecil sampai sangat kecil.
• Tegangan Mengambang (Floating Voltage) – Tegangan dimana baterai dijaga setelah diisi sampai 100 persen SOC untuk menjaga kapasitas tersebut dengan mengkompensasi pengosongan sendiri baterai.
• Arus Pengisian (direkomendasikan) – Arus ideal dimana baterai mula-mula diisi (secara kasar sampai 70 persen SOC) pada skema pengisian arus konstan sebelum beralih ke pengisian tegangan konstan.
• Hambatan Internal (maksimum) – Hambatan di dalam baterai, umumnya berbeda untuk pengisian dan pengosongan.