View
4
Download
1
Category
Preview:
DESCRIPTION
metode
Citation preview
Karakteristik kinerja baterai: Spesifikasi, standard dan iklan (2) February 8, 2014 Articles arus denyut , deep discharge, DOD, Plot Peukert, Plot Ragone,umur baterai
Disini akan diuraikan parameter utama yang digunakan untuk mengkarakterisasi kinerja sel. Perhatian terhadap karakteristik ini penting untuk memilih baterai optimum untuk suatu aplikasi.Bagian 1
Laju Pemakaian
Kurva pemakaian sel ion lithium dibawah menunjukkan bahwa kapasitas
efektif sel turun jika sel dipakai pada laju yang sangat tinggi (atau
sebaliknya meningkat dengan laju pemakaian kecil). Ini disebut kapasitas
pengimbang dan efeknya biasa dijumpai pada hampir semua kimia sel.
Beban baterai
Kinerja pemakaian baterai tergantung pada beban baterai yang harus
dipasok. Jika pemakaian berlangsung pada periode lama selama
beberapa jam seperti dengan beberapa aplikasi laju tinggi seperti mobil
listrik, kapasitas efektif baterai bisa jadi sebesar dua kali kapasitas yang
ditetapkan pada laju C. Ini bisa merupakan hal terpenting ketika
merancang ukuran baterai mahal untuk pemakaian daya tinggi. Baterai
elektronika konsumen kapasitas daya rendah umumnya dispesifikasi
untuk pemakaian pada laju C sedangkan SAE menggunakan pemakaian
pada periode diatas 20 jam (0,05C) sebagai kondisi standar untuk
mengukur kapasitas Ah baterai mobil. Grafik dibawah menunjukkan
bahwa kapasitas efektif baterai asam timbal pemakaian dalam hampir dua
kalinya ketika laju pemakaian diturunkan dari 1,0C menjadi 0,05C. Untuk
waktu pemakaian kurang dari satu jam (Laju C tinggi), kapasitas efektif
turun secara dramatis.
Keefektifan pengisian secara serupa dipengaruhi oleh laju pengisian.
Ada dua kesimpulan yang bisa ditarik dadri grafik ini:
Perhatian harus dicoba ketika membandingkan spesifikasi
kapasitas baterai untuk menjamin bahwa digunakan laju pemakaian yang
sebanding.
Dalam aplikasi otomotif, jika laju arus tinggi digunaka secara teratur
untuk percepatan berat atau untuk tanjakan, jarak tempuh kendaraan
akan berkurang.
Siklus beban
Siklus beban berbeda untuk setiap aplikasi. Aplikasi mobil listrik dan mobil
listrik hibrida mengenakan beban variable khusus pada baterai. Baterai
stasioner yang digunakan pada aplikasi penyimpan energy grid
terdistribusi mungkin memiliki perubahan keadaan terisi yang sangat
besar dan beberapa siklus per hari.
Penting untuk mengetahui berapa energi digunakan per siklus dan
merancang untuk luaran energi maksimum dan pengiriman daya, bukan
rata-ratanya.
Catatan: Sebagai informasi
Mobil listrik kecil tipikal akan menggunakan antara 90 sampai 160
Wh energi per km dengan berkendara normal. Jadi, menempuh 100 km
pada 120 Wh per km, akan dibutuhkan kapasitas baterai 12 kWh.
Mobil listrik hibrida menggunakan baterai yang lebih kecil tetapi
baterai tersebut 40C. Jika mobil menggunakan rem regenerasi baterai
juga harus menerima laju pengisian yang sangat tinggi agar efektif.
Persamaan Peukert
Persamaan Peukert merupakan cara yang mudah untuk mencirikan
perilaku sel dan mengkuantifikasi pengganti kerugian kapasitas dalam
istilah matematika. Ini merupakan rumus empiris yang memperkirakan
bagaimana kapasitas tersedia baterai berubah menurut laju pemakaian:
C = I n T
dimana “C” adalah kapasitas teoritis baterai yang dinyatakan dalam Ah, “I”
adalah arus, “T” adalah waktu dan “n” adalah bilangan Peukert, tetapan
untuk baterai yang diberikan. Persamaan ini menunjukkan bahwa pada
arus listrik yang besar, energy yang tersedia dalam baterai semakin kecil.
Bilangan Peukert berhubungan secara langsung dengan hambatan
internal baterai. Arus listrik yang lebih besar berarti semakin besar rerugi
dan semakin kecil kapasitas tersedia.
Nilai bilangan Peukert menunjukkan seberapa bagus baterai berkinerja
pada arus listrik berat terus menerus. Nilai yang mendekati 1
menunjukkan bahwa baterai berkinerja dengan baik; semakin besar
bilangan, semakin besar kapasitas hilang ketika baterai dipakai pada arus
listrik besar. Bilangan Peukert baterai ditentukan secara empiris. Untuk
baterai asam timbal bilangan ini tipikalnya Antara 1,3 dan 1,4.
Grafik diatas menunjukkan bahwa kapasitas baterai efektif turun pada laju
pemakaian terus menerus yang sangat besar. Namun dengan pemakaian
yang terkadang berhenti, baterai mempunyai waktu untuk mengembalikan
energi selama periode berhenti ketika suhunya juga akan kembali kearah
tingkat ambient. Karena potensialnya untuk sembuh ini, pengurangan
kapasitas lebih kecil dan efisiensi operasi lebih besar jika baterai
digunakan tidak terus menerus seperti ditunjukkan oleh garis putus-putus.
Ini berkebalikan dengan perilaku mesin pembakaran dalam yang
beroperasi paling efisien dengan beban tetap secara terus menerus.
Dalam sudut ini daya listrik merupakan penyelesaian yang lebih baik untuk
memberikan kendaraan yang terkena beban terputus-putus.
Plot Ragone
Plot Ragone berguna untuk mencirikan pertukaran Antara kapasitas efektif
dan penanganan daya. Ingat bahwa plot Ragone biasanya didasarkan
pada skala logaritma.
Grafik dibawah memnunjukkan densitas energi gravimetrik superior sel ion
lithium. Ingat bahwa sel ion lithium dengan anoda lithium titanate (Altairno)
mengirimkan densitas daya yang sangat besar pada densitas energi yang
kecil.
Densitas daya dan energi – Plot
Ragone
Plot Ragone dibawah membandingkan kinerja beberapa alat elektrokimia.
Plot tersebut menunjukkan bahwa ultrakapasitor (superkapasitor) mampu
mengirimkan daya yang sangat tinggi tetapi kapasitas penyimpanannya
sangat terbatas. Sebaliknya, sel bahan bakar dapat menyimpan jumlah
energi yang besar tetapi memiliki luaran daya yang relatif kecil.
Plot Ragone untuk alat
elektrokimia
Garis dengan kemiringan pada plot Ragone menunjukkan waktu relatif
untuk mendapatkan muatan listrik masuk atau keluar alat. Pada salah satu
ekstrim, daya dapat dipompa masuk kedalam, atau diambil keluar dari,
kapasitor dalam mikro detik. Ini membuatnya ideal untuk menangkap
energi regeneratif pada aplikasi mobil listrik. Pada ekstrim yang lain, sel
bahan bakar memiliki kinerja dinamis yang sangat jelek, memerlukan
waktu beberapa jam untuk menghasilkan dan mengirimkan energi. Ini
membatasi aplikasinya pada aplikasi mobil listrik dimana sel bahan bakar
sering digunakan secara bersamaan dengan baterai atau kapasitor untuk
mengatasi masalah ini. Baterai lithium terletak diantaranya dan
menyediakan kompromi yang masuk akal diantara keduanya.
Kinerja denyut
Kemampuan untuk mengirimkan denyut arus listrik tinggi merupakan
salah satu syarat dari banyak baterai. Arus listrik yang membawa
kapasitas sel tergantung pada luas permukaan efektif. Namun, batas
arus dibatasi oleh laju dimana reaksi kimia terjadi dalam sel. Reaksi kimia
atau “transfer muatan listrik” berlangsung pada permukaan elektroda dan
laju awal ini bisa cukup tinggi ketika bahan kimia didekat elektroda
dirubah. Namun, begitu ini terjadi, kecepatan reaksi menjadi terbatasi oleh
kecepatan dimana bahan kimia aktif pada permukaan elektroda dapa diisi
lagi oleh difusi melalui elektrolit pada proses yang disebut “perpindahan
massa.” Prinsip yang sama berlaku untuk proses pemakaian. Dengan
demikian, arus berdenyut dapat secara substansial lebih besar daripada
laju C yang mencirikan kinerja arus terus menerus.
Umur Siklus
Ini merupakan salah satu parameter kunci kinerja sel dan memberikan
indikasi umur kerja yang diharapkan dari sel.
Umur siklus didefinisikan sebagai jumlah siklus sebuah sel dapat bekerja
sebelum kapasitasnya turun menjadi 80% dari kapasitas awalnya yang
ditetapkan.
Setiap siklus pemakaian – pengisian, dan siklus transformasi terkait dari
bahan kimia aktif yang ada, diikuti oleh perusakan lambat bahan kimia
dalams sel yang tidak akan teramati oleh pemakai. Perusakan ini bisa
akibat dari aksi kimia yang tak diinginkan dan tak dapat dicegah dalam sel
atau pertumbuhan Kristal atau dendrite yang merubah morfologi partikel
yang menyusun elektroda.Kedua peristiwa ini mungkin memiliki efek
menurunkan volume bahan kimia aktif dalam sel, dan dari sini
kapasitasnya, atau meningkatkan impedansi internal sel.
Ingat bahwa sel tidak mati secara mendadak pada akhir umur siklus yang
ditetapkan tetapi melanjutkan kerusakan lambatnya sehingga sel tetap
berfungsi normal kecuali kapasitasnya akan secara signifikan lebih kecil
daripada ketika masih baru.
Umur siklus seperti yang didefinisikan diatas merupakan cara yang
berguna untuk membandingkan baterai pada kondisi terkontrol, tetapi
tidak memberikan indikasi terbaik umur baterai pada kondisi
operasi sesungguhnya.Sel jarang dioperasikan pada kondisi siklus
pemakaian – pengisian sempurna berturut-turut, sel sepertinya lebih
banyak terkena pemakaian sebagian dengan berbagai kedalaman
sebelum pengisian ulang sempurna. Karena jumlah energi yang terlibat
lebih kecil pada pemakaian sebagian, baterai dapat mempertahankan
jumlah siklus dangkal jauh lebih besar. Penggunaan siklus seperti itu
tipikal untuk aplikasi mobil listrik hibrida dengan pengereman regeneratif.
Umur siklus juga tergantung suhu, baik suhu operasi maupun suhu
penyimpanan.
Ukuran yang lebih mewakili dari umur baterai adalah luaran energi umur
hidup. Ini adalah jumlah total energi dalam Wh yang dapat dimasukkan
dan diambil dari baterai pada semua siklus pada umur hidupnya sebelum
kapasitasnya turun memnjadi 80% dari kapasitas awalnya ketika baru. Ini
tergantung pada kimia sel dan kondisi operasi. Sayang sekali, ukuran ini
belum biasa digunakan oleh pabrik sel dan belum diadopsi sebagai
standar industri baterai. Sampai ini menjadi pemakaian umum, tidak
mungkin menggunakannya untuk membandingkan kinerja sel dari pabrik
yang berbeda dengan cara ini, tetapi ketika siap, paling tidak ini
memberikan petunjuk yang lebih bermanfaat kepada insinyur aplikasi
untuk memperkirakan unur baterai yang digunakan dalam perancangan.
Pemakaian Dalam (Deep Discharge)
Umur siklus turun dengan naiknya kedalaman pemakaian dan banyak
kimia sel tidak akan mentoleransi pemakaian dalam dan sel bisa rusak
secara permanen jika dipakai secara penuh. Konstruksi khusus sel dan
campuran bahan kimia dibutuhkan untuk memaksimalkan potensial
kedalaman pemakaian dari baterai siklus dalam.
http://elkimkor.com/tag/deep-discharge/
diakses tggl : 17-04-2015 pukul 9;18
Recommended