Spesifikasi Baterai yang di gunakan Pada Mobil Listrik

Kecepatan, jarak tempuh, torsi, dan semua parameter pada mobil listrik hanya bergantung pada spesifikasi motor dan baterai yang digunakan di dalam mobil.

Meskipun menggunakan motor yang kuat bukanlah masalah besar, masalahnya terletak pada perancangan Baterai yang dapat memberikan arus yang cukup untuk motor untuk waktu yang lama tanpa menurunkan usia baterainya.

Spesifikasi Baterai yang di gunakan Pada Mobil Listrik

Untuk mengatasi tegangan, produsen Mobil Listrik harus menggabungkan ratusan bahkan ribuan sel bersama-sama untuk membentuk Baterai dalam satu mobil.

Sebagai gambaran pda model Mobil Tesla S memiliki sekitar 7.104 sel dan Mobil Listrik Nissan memiliki sekitar 600 sel. Jumlah yang besar ini disertai dengan sifat sel Lithium yang tidak stabil membuat sulit untuk merancang Baterai untuk Mobil Listrik.

Pada artikel ini mari kita jelajahi Bagaimana Baterai Mobil Listrik dirancang untuk Mobil Listrik dan parameter penting apa yang terkait dengan baterai yang harus diperhatikan.

Apa yang ada di dalam Baterai Mobil Listrik?

Jika Anda telah membaca artikel Penjelasan Mobil Listrik, Anda pasti sudah menjawab pertanyaan itu sekarang. Untuk orang-orang yang baru, saya akan memberikan gambaran singkat. Gambar di bawah ini menunjukkan baterai Mobil Nissan.

Mobil listrik modern menggunakan baterai Lithium untuk memberi daya pada mobil, karena itu ini yang akan kita bahas di artikel ini. Tapi, baterai Lithium ini hanya memiliki Tegangan sekitar 3,7V per sel sedangkan Mobil Listrik membutuhkan sekitar 300V.

Untuk mencapai tegangan tinggi dan Ah Rating sel Lithium digabungkan dalam kombinasi seri dan paralel untuk membentuk modul dan modul ini Di lindungi dengan rangkaian pengaman dan sistem pendingin disusun dalam casing yang secara kolektif disebut sebagai Baterai seperti yang ditunjukkan di atas.

Jenis Baterai

Sementara kebanyakan mobil menggunakan Baterai Lithium, namun di artikel ini akan kita bahas beberapa jenis baterai. Ada banyak jenis Baterai Kimia yang tersedia silahkan baca di sini. Secara garis besar baterai dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis.

Baterai Primer: adalah baterai yang tidak dapat diisi ulang. Artinya dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik dan tidak bisa mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Contohnya adalah baterai Alkaline (AA,AAA) yang digunakan untuk mainan dan remote control, dll.

Baterai Sekunder: adalah baterai yang bida si gunakan untuk Mobil Listrik. Itu dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik untuk menyalakan Mobil Listrik dan juga dapat mengubah energi listrik menjadi energi kimia lagi selama proses pengisian atau carjing Mobil listrik. Baterai ini biasanya juga digunakan di ponsel, Laptop, Mobil Listrik dan sebagian besar elektronik portabel lainnya.

Baterai Cadangan: adalah jenis baterai khusus yang digunakan dalam aplikasi yang sangat unik. Seperti namanya baterai disimpan sebagai cadangan (siaga) untuk sebagian besar waktu hidupnya dan karenanya memiliki tingkat self-discharge yang sangat rendah. Contohnya adalah baterai Life vest.

Bahan Kimia Dalam Baterai

Seperti yang diceritakan sebelumnya ada banyak bahan kimia berbeda yang tersedia untuk baterai. Setiap bahan kimia memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Tetapi terlepas dari jenis kimianya, ada beberapa hal yang umum di gunakan untuk semua batera yaitu,

Ada tiga lapisan utama dalam baterai yaitu Katoda, Anoda dan Pemisah. Katoda adalah lapisan positif baterai dan anoda adalah lapisan negatif baterai.

Ketika beban dihubungkan ke terminal baterai, arus (elektron) mengalir dari Anoda ke Katoda. Begitu pula pada saat charger dihubungkan ke terminal baterai aliran elektronnya terbalik, yaitu dari Katoda ke Anoda seperti terlihat pada gambar di atas.

Agar baterai dapat bekerja, reaksi kimia yang disebut Reaksi Oksidasi-Reduksi harus terjadi. Kadang juga disebut sebagai Reaksi Redoks. Reaksi ini berlangsung antara Anoda dan Katoda baterai melalui elektrolit (pemisah).

Sisi Anoda baterai akan bersedia untuk mendapatkan elektron makadari itu reaksi Oksidasi akan terjadi dan sisi Katoda, baterai akan melepaskan elektron makadari itu Reaksi Reduksi akan terjadi.

Karena reaksi ini ion ditransfer dari Katoda ke sisi Anoda baterai melalui pemisah. Akibatnya akan lebih banyak ion yang terakumulasi di Anoda. Untuk menetralkan Anoda ini harus mendorong elektron dari Anoda ke Katoda.

Tetapi Pemisah hanya memungkinkan aliran ion melaluinya dan menghalangi pergerakan elektron dari Anoda ke Katoda. Jadi satu-satunya cara baterai dapat mentransfer elektron adalah melalui terminal luarnya, inilah mengapa ketika kita menghubungkan beban ke terminal baterai kita mendapatkan arus (elektron) yang mengalir.

Dasar-dasar Bahan Kimia Baterai Lithium

Baterai lithium adalah baterai yang bisa di gunakan untuk Mobil Listrik, mari kita bahas lebih dalam tentang Bahan kimianya.

Ada banyak jenis Baterai Lithium yaitu, Lithium nikel kobalt Aluminium (NCA), Lithium-nikel mangan kobalt (NMC), Lithium-mangan Spinel (LMO), Lithium Titanate (LTO), Lithium-iron Phosphate (LFP) adalah yang paling banyak yang umum.

Sekali lagi setiap bahan kimia memiliki karakteristiknya sendiri yang digambarkan bawah ini.

Dari Bahan semua ini, Aluminium Cobalt nikel Lithium adalah yang paling banyak digunakan karena biayanya yang rendah. Kami akan membahas lebih banyak tentang parameter ini nanti di artikel lain.

Tetapi satu hal umum yang dapat Anda perhatikan di sini adalah bahwa Bahan Lithium banyak di gunakan untuk baterai. Sebuah atom logam Lithium netral ditunjukkan di bawah ini.

Ia memiliki nomor atom tiga yang berarti tiga elektron akan berada di sekitar nuklease nya dan kulit terluar hanya memiliki satu elektron valensi.

Selama reaksi elektron akan ditarik keluar sehingga memberi kita satu elektron dan ion litium dengan dua elektron membentuk ion litium.

Seperti dibahas sebelumnya, elektron akan mengalir sebagai arus melalui terminal luar baterai dan ion lithium akan mengalir melalui elektrolit (pemisah) selama reaksi redoks.

Spesifikasi Baterai Mobil Listrik

Sekarang kita tahu cara kerja baterai dan penggunaannya dalam Mobil Listrik, tetapi untuk melanjutkan nya kita perlu memahami beberapa istilah dasar yang umum digunakan saat merancang baterai. Mari kita bahas …

Peringkat Tegangan: Dua peringkat yang sangat umum yang dapat Anda temukan untuk ditandai pada baterai adalah peringkat voltase dan Peringkat Ah.

Baterai asam timbal umumnya 12V dan baterai lithium 3,7V. Ini disebut tegangan nominal baterai. Ini tidak berarti baterai akan menyediakan 3.7V di seluruh terminalnya sepanjang waktu. Nilai tegangan akan bervariasi berdasarkan kapasitas baterai. Kami akan membahas lebih lanjut tentang ini nanti.

Peringkat Ah atau peringkat mAh: Di samping peringkat tegangan, parameter umum lainnya adalah peringkat Ah. Istilah Ah singkatan dari Ampere jam. Beberapa orang menggunakan mAh yang tidak lain adalah mili-Ampere hour, artinya 1Ah = 1000mAh. Ah rating baterai tentang kapasitas baterai.

Misalnya baterai 2Ah dapat memberikan 2A selama satu jam, baterai yang sama akan memberikan 1A selama 2 jam dan jika kita menggunakan 4A darinya, baterai hanya akan bertahan selama 30 menit.

Waktu pengunaan = Kapasitas Ah / Kapasitas Arus Saat ini

Rumus di atas tidak berlaku untuk semua kasus tetapi akan memberi Anda gambaran kasar tentang berapa lama baterai Anda akan bertahan.

Anda tidak akan menggunakan 30A dari baterai 2Ah dan akan berlangsung selama 3,6 menit. Ada batasan arus maksimum yang dapat Anda tarik, dan juga akan ada beberapa kerugian dalam proses yang akan selalu mengurangi runtime.

Tidak ada Mobil Listrik yang akan mengkonsumsi arus konstan, jadi menentukan berapa lama Mobil listrik Anda akan berjalan dengan baterai ini bukanlah tugas yang mudah.

“Kapan saya harus menganti baterai?”

Cut-off Voltage: Tegangan cut-off adalah tegangan minimum baterai di bawah yang tidak boleh digunakan. Katakanlah untuk sel lithium dengan 3.7V tegangan cut-off-nya akan berada di sekitar 3.0V. Ini berarti bahwa dalam keadaan apa pun baterai ini tidak boleh disambungkan ke beban ketika tegangannya di bawah 3.0V. Nilai cut-off voltage baterai dapat ditemukan di Spesifikasinya.

Jika baterai habis di bawah tegangan cut-off ini disebut sebagai over discharging. Ini akan merusak baterai yang mempengaruhi kapasitas dan umurnya. Mengosongkan baterai secara berlebihan akan mengganggu bahan kimia baterai yang dapat menyebabkan baterai menjadi berasap.

“Kapan saya harus mengisi baterai?”

Maks. Charge Voltage: Sementara cut-off voltage adalah tegangan minimum baterai, Max. Tegangan pengisian adalah tegangan maksimum yang dapat dicapai baterai.

Ketika kita mengisi baterai tegangannya meningkat, nilai tegangan di mana kita harus berhenti mengisi disebut sebagai max. Tegangan pengisian untuk sel lithium dengan tegangan nominal 3.7V, tegangan pengisian maksimum adalah 4.2V. Nilai ini juga dapat ditemukan di spesifikasinya.

Jika baterai diisi lebih dari tegangan pengisian maksimum ini, maka itu disebut pengisian berlebih. Pengisian daya yang berlebihan juga akan merusak baterai secara permanen dan juga dapat menyebabkan bahaya kebakaran.

Open Circuit Voltage (OCV): Tegangan rangkaian terbuka adalah nilai tegangan yang diukur pada terminal positif dan negatif baterai dalam kondisi tanpa beban.

OCV baterai lithium harus selalu antara 3.0V hingga 4.2V untuk baterai yang sehat. Tegangan cut-off dan maks. Tegangan pelepasan diukur selama kondisi rangkaian terbuka.

Tegangan Terminal: Tegangan terminal adalah nilai tegangan yang diukur pada baterai dalam kondisi berbeban.

Nilai tegangan OCV dan Terminal tidak akan sama, karena ketika beban dihubungkan dan arus ditarik dari baterai, tegangannya cenderung menurun berdasarkan jumlah arus yang ditarik.

"Berapa banyak arus yang bisa saya dapatkan dari baterai?"

C-rating: Ini adalah peringkat penting lainnya dalam hal baterai. Rating ini terkait erat dengan peringkat Ah baterai.

C-rating baterai membantu kita untuk mengetahui berapa arus maksimum yang dapat ditarik dari baterai. Misalnya jika baterai dikatakan 2Ah @ 8C. Maka itu berarti maksimum (8*2) 16A dapat diambil dari baterai dan akan bertahan selama 7,5 menit.

Baterai akan berada pada efisiensi maksimumnya selama peringkat C yang lebih rendah. Aplikasi di mana ukuran baterai kecil tetapi penarikan arus sangat tinggi (contoh drone) membutuhkan baterai peringkat C tinggi.

C-rate = Current / Ah Rating

Resistansi Internal: Setiap komponen memiliki resistansi sendiri, kapasitansi atas nama reaktansi kapasitif dan induktor atas nama reaktansi induktif. Demikian pula baterai juga memiliki beberapa hambatan di antara terminal anoda dan katoda secara internal. Resistansi ini disebut sebagai resistansi internal, kadang-kadang juga disebut sebagai Impedansi Internal.

Seperti semua resistor, ini juga ada rugi rugi dengan membuang panas, jadi untuk sistem yang ideal, resistansi internal harus nol. Pada prakteknya tidak mungkin untuk mendesain baterai dengan IR nol (Internal resistance) sehingga harus dibuat serendah mungkin. Nilai IR tidak tetap parameternya bervariasi berdasarkan kapasitas dan usia baterai.

Energi Spesifik: Energi spesifik dapat dianggap sebagai energi yang dapat diperoleh per satuan massa (berat). Dalam Mobil Listrik, berat baterai merupakan faktor penting karena baterai harus selali berada di dalam kendaraan, Jadi berat baterai harus serendah mungkin.

Energi spesifik baterai memberi tahu kita berapa banyak daya (tegangan * Arus) yang dapat diberikannya per satuan massa baterai, jadi energi spesifik baterai harus setinggi mungkin.

Baterai lithium memiliki energi spesifik yang sangat tinggi dibandingkan dengan Lead Acid. Specific Power juga sama tetapi juga mempertimbangkan waktu. Ini memberitahu kita seberapa cepat energi dapat diperoleh dari baterai.

Kepadatan Energi: Kepadatan energi dan daya spesifik sedikit terkait. Sementara energi spesifik memberi tahu kita berapa banyak energi yang dapat diperoleh per satuan massa baterai, kepadatan energi dapat memberi tahu kita berapa banyak daya yang dapat diperoleh per satuan volume baterai.

Ini memberi kita gambaran tentang ukuran baterai karena kita sedang mempertimbangkan volume baterai. Baterai dengan densitas energi tinggi adalah baterai yang dapat memberikan daya tinggi dengan kemasan kecil seperti baterai lithium polymer yang digunakan pada drone. Kepadatan daya juga sama tetapi juga mempertimbangkan waktu. Ini dapat memberitahu kita seberapa cepat energi dapat diperoleh dari baterai.

Energi Watt hour (kWh): baterai Mobil Listrik dinilai dalam kWh (Kilo-Watt hour). Ini memberikan gambaran tentang berapa lama (jarak tempuh) Mobil Listrik akan berjalan. Ini mirip dengan peringkat Ah tetapi di sini kami mempertimbangkan tegangan dan arus. Misalnya Tesla memiliki baterai 60-100 kWh yang berarti dapat mengsuplai daya 60W selama 3 jam.

Tingkat Self Discharge: Baterai kehilangan sebagian dari kapasitasnya, Ini tidak dapat dihindari karena sifat kimianya tetapi dapat dirancang untuk meminimalkan hal ini. Tingkat di mana baterai kehilangan muatannya bahkan ketika tidak terhubung ke beban disebut sebagai self discharge.

Masih banyak istilah kecil yang mungkin kita lewatkan, tetapi ini merangkum hampir semua istilah penting yang harus Anda ketahui saat bekerja dengan baterai.

Sistem Manajemen Baterai (BMS)

Kami membahasnya secara singkat di artikel kami di sini. Sistem manajemen baterai atau BMS dianggap sebagai otak dari baterai. Ini adalah sirkuit yang dikombinasikan dengan algoritma yang memantau tegangan, arus, dan suhu sel dalam kemasan baterai dan memastikan kinerja dan keamanan masing-masing sel dalam kemasan baterai.

Hal ini juga bertanggung jawab untuk pengisian, pengukuran SOC dan SOH sel dan banyak fungsi penting lainnya. Mari kita lihat apa yang bisa di lakukan oleh BMS.

"Bagaimana menemukan jumlah muatan yang tersisa di baterai?"

Status Pengisian (SOC)

State of Charge atau SOC adalah salah satu parameter yang paling vital untuk diukur dalam sebuah baterai. Seperti yang kita lihat sebelumnya, nilai dari Ah baterai tidak dapat digunakan untuk menentukan berapa kapasitas sebenarnya yang tersisa dalam baterai.

Hanya jika kami menghitung SOC ini, kami dapat memberi tahu pengguna berapa banyak daya yang tersisa di baterai. SOC memberi tahu kita berapa persentase muatan yang tersisa di baterai. Bayangkan betapa sulitnya ponsel Anda ketika tidak ada informasi tentang persentase baterai.

Mengukur kapasitas baterai tidak semudah mengukur tegangan pada terminalnya karena banyak faktor yang mempengaruhi kapasitas baterai termasuk siklus pengisian daya, Suhu, laju pengosongan, dll.

Ada banyak metode yang dapat digunakan untuk mengukur kapasitas baterai. dilakukan, salah satu yang umum digunakan adalah metode penghitungan Columb. Kami akan membahas ini di artikel lainnya.

SOC = Total biaya Input / Kapasitas Maksimum

Kedalaman Debit (DOD)

Depth of Discharge (DOD) adalah kebalikan dari SOC. Sementara SOC memberi tahu kita berapa persentase muatan yang tersisa, DOD memberi tahu kita berapa persentase muatan yang dikonsumsi dalam baterai.

Status Kesehatan Baterai (SOH)

Kapasitas baterai berkurang seiring bertambahnya usia; ini akan mengurangi jangkauan yang dapat dicakup oleh Mobil listrik. Hanya jika kita melacak usia baterai kita bisa tahu kapan harus mengganti baterai.

Laju usia Baterai Mobil Listrik juga bergantung pada suhu pengoperasian, laju C di mana baterai dioperasikan, siklus pengisian daya, dll. Status kesehatan mengukur kesehatan baterai dalam persentase dengan mempertimbangkan faktor penuaannya. Semakin jauh usianya, semakin rendah kesehatan baterai.

Penyeimbangan sel

Penyeimbangan sel adalah tugas penting lainnya yang dilakukan oleh BMS, seperti yang kita ketahui beberapa sel akan digabungkan secara seri atau paralel untuk membentuk baterai. Tegangan sel dari semua sel harus selalu sama, misalnya dalam empat sel baterai yang dihubungkan secara seri, tegangan di semua sel harus sama, jika tidak sel dengan tegangan lebih rendah akan habis dan sel dengan tegangan lebih tinggi akan lebih dibebankan.

Untuk mencegah BMS ini melakukan sesuatu yang disebut penyeimbangan sel, ia mendeteksi sel-sel dengan voltase lebih tinggi dan melepaskannya sampai potensi cocok dengan tetangganya.

Keamanan Sel

Selain itu BMS juga memastikan perlindungan lingkungan dan listrik sel. Ini memonitor suhu sel dan mengontrol sistem pendingin yang ada di BMS. Mobil Tesla model S memiliki sistem pendingin cair (Glycol) di dalam Battery Pack yang dikendalikan oleh BMS. Pendingin tidak hanya mendinginkan baterai tetapi juga memanaskannya hingga suhu nominal jika diperlukan selama musim dingin.

Jadi, jika Anda ingin menjadi ahli, di sinilah Anda harus memulai. Masih banyak lagi yang harus dipelajari seperti Pemodelan baterai, desain BMS, protokol Pengujian Baterai, dll. Tapi mari kita bahas semua ini di artikel lainnya.

Saya yakin informasi ini berguna dan telah memicu minat Anda untuk mengetahui lebih banyak tentang baterai Mobil Listrik dan cara kerjanya. Beri tahu saya pendapat Anda di bagian komentar dan mari bertemu di artikel menarik lainnya tentang Mobil Listrik.