Teori pengisian dan pengosongan baterai litium

Teori pengisian dan pengosongan baterai litium

1.1 Status Tanggung Jawab (SOC)

Keadaan pengisian dapat didefinisikan sebagai keadaan energi listrik yang tersedia dalam baterai, biasanya dinyatakan dalam persentase. Karena energi listrik yang tersedia bervariasi tergantung pada arus pengisian dan pengosongan, suhu, dan fenomena penuaan, maka pengertian keadaan muatan juga dibagi menjadi dua jenis: Keadaan Muatan Absolut (ASOC) dan Keadaan Muatan Relatif (RSOC). Kisaran keadaan pengisian relatif biasanya 0% -100%, sedangkan baterai 100% saat terisi penuh dan 0% saat kosong penuh. Keadaan pengisian absolut adalah nilai referensi yang dihitung berdasarkan nilai kapasitas tetap yang dirancang saat baterai diproduksi. Status pengisian daya absolut baterai baru yang terisi penuh adalah 100%; Meskipun baterai yang sudah tua terisi penuh, baterai tidak dapat mencapai 100% dalam kondisi pengisian dan pengosongan yang berbeda.

Gambar berikut menunjukkan hubungan antara tegangan dan kapasitas baterai pada tingkat pengosongan yang berbeda. Semakin tinggi tingkat pengosongan, semakin rendah kapasitas baterai. Saat suhu rendah, kapasitas baterai juga akan berkurang.

                          Gambar 1. Hubungan antara tegangan dan kapasitas pada laju pelepasan dan suhu yang berbeda

1.2 Tegangan Pengisian Maks

Tegangan pengisian tertinggi berkaitan dengan komposisi kimia dan karakteristik baterai. Tegangan pengisian baterai litium biasanya 4,2V dan 4,35V, dan nilai tegangan dapat bervariasi tergantung pada bahan katoda dan anoda.

1.3 Terisi Penuh

Jika perbedaan antara tegangan baterai dan tegangan pengisian tertinggi kurang dari 100mV dan arus pengisian turun hingga C/10, baterai dianggap terisi penuh. Karakteristik baterai berbeda-beda, dan kondisi pengisian penuh juga bervariasi.

Gambar berikut menunjukkan kurva karakteristik pengisian baterai lithium yang khas. Ketika tegangan baterai sama dengan tegangan pengisian tertinggi dan arus pengisian turun hingga C/10, baterai dianggap terisi penuh.

                             Gambar 2. Kurva karakteristik pengisian baterai litium

1.4 Tegangan Pengosongan Minimum

Tegangan pelepasan minimum dapat didefinisikan sebagai tegangan pelepasan pemutus, biasanya tegangan pada kondisi pengisian 0%. Nilai tegangan ini bukanlah nilai yang tetap, tetapi berubah seiring dengan beban, suhu, derajat penuaan, atau faktor lainnya.

1.5 Debit Penuh

Bila tegangan baterai kurang dari atau sama dengan tegangan pengosongan minimum, maka dapat disebut pengosongan total.

1.6 Tingkat pelepasan muatan (C-Rate)

Laju pelepasan muatan adalah representasi arus pelepasan muatan relatif terhadap kapasitas baterai. Misalnya, jika 1C digunakan untuk mengosongkan daya selama satu jam, idealnya baterai akan terisi penuh. Tingkat pengisian dan pengosongan yang berbeda akan menghasilkan kapasitas yang tersedia berbeda. Biasanya, semakin tinggi tingkat pelepasan muatan, semakin kecil kapasitas yang tersedia.

1.7 Siklus Hidup

Jumlah siklus adalah berapa kali baterai mengalami pengisian dan pengosongan penuh, yang dapat diperkirakan dari kapasitas pengosongan aktual dan kapasitas desain. Kapanpun kapasitas debit terakumulasi sama dengan kapasitas desain, jumlah siklusnya adalah satu. Biasanya, setelah 500 siklus pengisian dan pengosongan, kapasitas baterai yang terisi penuh akan berkurang 10% hingga 20%.

                          Gambar 3. Hubungan Waktu Siklus dan Kapasitas Baterai

1.8 Pelepasan Diri

Pengosongan otomatis semua baterai akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu. Self-discharge pada dasarnya bukan merupakan cacat produksi, melainkan merupakan karakteristik dari baterai itu sendiri. Namun, penanganan yang tidak tepat selama proses pembuatan juga dapat menyebabkan peningkatan self-discharge. Biasanya, untuk setiap kenaikan suhu baterai sebesar 10°C, laju pengosongan otomatis menjadi dua kali lipat. Baterai litium ion memiliki kapasitas pengosongan otomatis bulanan sekitar 1-2%, sedangkan berbagai baterai berbasis nikel memiliki kapasitas pengosongan otomatis bulanan sebesar 10-15%.

                             Gambar 4. Kinerja laju pengosongan mandiri baterai litium pada suhu berbeda