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