Path: Top > S2-Theses > Engineering Physics-FTI > 2017

PENINGKATAN KINERJA SUSUNAN BATERAI LEAD ACID DENGAN METODE PENYETIMBANG SEL AKTIF SWITCHED-CAPACITOR BOOST CONVERTER (S-CBC)

PERFORMANCE IMPROVEMENTS OF LEAD ACID BATTERIES WITH ACTIVE CELL BALANCING METHOD OF SWITCHED-CAPACITOR BOOST CONVERTER (S-CBC)

Master Theses from JBPTITBPP / 2017-09-28 15:52:24
Oleh : KOKO FRIANSA, S2 - Engineering Physics-FTI
Dibuat : 2017, dengan 1 file

Keyword : baterai lead acid, sistem manajemen baterai, baterai seri, frekuensi rendah

Baterai merupakan salah satu perangkat untuk menyimpan energi dan mempunyai peran yang sangat penting dalam sistem penyedia energi saat ini, seperti dalam aplikasi smart microgrid, dan perangkat telekomunikasi. Baterai biasanya dipasang secara seri untuk memenuhi persyaratan tegangan suatu beban dan dipasang secara paralel untuk menambah kapasitas. Baterai yang dipasang seri ada kemungkinan ketimpangan energi di tiap sel-nya disebabkan berbedanya karakteristik kimia antar sel. Ketimpangan energi sel pada baterai menyebabkan salah satu sel akan lebih cepat menyentuh batas-atas tegangan sel saat pengisian atau lebih cepat menyentuh batas- bawah tegangan sel saat pengosongan. Jika salah satu sel melebihi batas tegangan sel maka sel tersebut akan cepat rusak. Pada umumnya baterai tidak dapat berdiri sendiri sehingga dipasang Sistem Manejemen Baterai (BMS) yang memiliki sistem proteksi yang akan memutus sistem baterai jika salah satu sel menyentuh batas tegangan sel. Memasang sistem proteksi saja tidak cukup disebabkan karena energi pada sel lainnya tidak termanfaatkan dengan baik. Untuk memanfaatkan energi sel lainnya maka dilakukan penyetimbang sel.

Pada penelitian ini dilakukan penyetimbangan energi antar sel yang berfungsi untuk meningkatkan kinerja baterai. Penyetimbang sel menggunakan metode penyetimbangsel aktif Switched-Capacitor Boost Converter (S-CBC) terdiri satu kapasitor dan dc- dc boost converter. Penyetimbang S-CBC bekerja dengan cara memilih energi sel yang paling tinggi kemudian dipindahkan ke energi sel yang paling rendah. Dc-dc boost converter yang digunakan mengambil energi dari kapasitor sehingga energi dari kapasitor termanfaatkan secara optimal dan energi yang dipindahkan dari sel ke kapasitor menjadi besar. Energi yang dipindahkan pada penyetimbangan sel dipengaruhi oleh 5 parameter, yaitu kapasitas kapasitor, frekuensi switch, duty cycle, hambatan seri dan perbedaan tegangan atas-bawah kapasitor. Kapasitas kapasitor, hambatan seri, dan perbedaan tegangan kapasitor atas dan bawah kapasitor ditentukan di awal, sehingga frekuensi dan duty cycle yang dapat diubah. Hasil simulasi menunjukkan nilai energi optimal yang dipindahkan pada S-CBC dengan kapasitas kapasitor sebesar 1.1 F, hambatan seri 5 Ohm, dan perbedaan tegangan atas-bawah kapasitor 5V menunjukkan frekuensi sebesar 0.5 Hz dan duty cycle 50%.

Pengujian penyetimbang sel S-CBC dilakukan dua tahap. Tahap pengujian pertama dilakukan dengan membandingkan kinerja rangkaian penyetimbang sel S-CBC dengan rangkaian switched capacitor konvensional. Hasil menunjukkan rangkaian penyetimbang sel S-CBC 4.6 kali lebih cepat dibandingkan dengan rangkaian konvensional pada frekuensi 0.5 Hz dengan efisiensi 81%. Tahap pengujian kedua dilakukan untuk melihat kinerja sistem baterai lead acid pada proses pengosongan energi baterai lead acid 48V dengan tegangan nominal di tiap sel 12V dan kapasitas nominal 7 Ah dengan arus pengosongan sebesar 1A. Hasil menunjukkan deviasi tegangan antar sel tanpa rangkaian penyetimbang sel sebesar 0.30 V, sedangkan menggunakan S-CBC deviasi tegangan antar sel sebesar 0.08 V. Kapasitas dan energi baterai tanpa menggunakan penyetimbang sel menunjukkan 3.06 Ah dan 146.7 Wh, sedangkan menggunakan S-CBC kapasitas dan energi baterai menunjukkan 3.28 Ah dan 156 Wh.

Deskripsi Alternatif :

Battery is one of the devices to store energy and have a very important role in today's energy provider systems, such as in smart microgrid applications, and telecommunications devices. Battery usually installed in series to meet voltage requirements for the load and installed in parallel to increase battery capacity. Battery with installed in series have possibility of energy unbalance in each cell due to the different chemical characteristics between cells. Cell energy unbalance in the battery causes one of each cell to be faster to reach upper limit of the cell voltage during charging or to be faster to reach the lower limit of the cell voltage during discharging. If one of the cells reaches the cell voltage limit, then the cell will quickly damaged. In general, the battery can-not stand alone and usually installed Battery Management System (BMS) which has a protection system that will cut-off the battery system if one of the cells reaches the cell voltage limit. Installing a protection system is not enough because the other cell energy not well utilized. To utilize the other cell energy so installed cell balancing.

In this research, to balance the energy between cells that serves to improve battery performance. The cell balancing using active cell balancing method of Switched-Capacitor Boost Converter (S-CBC) consists of a capacitor and a dc-dc boost converter. The S-CBC cell balancing is working by selecting the highest cell energy then transferred to the lowest cell energy. The dc-dc boost converter takes energy from the capacitor so that the energy of the capacitor is utilized optimally and the energy transferred from cell to capacitor becomes large. The energy transferred to the cell balancing is affected by 5 parameters, i.e. capacitor capacity, switch frequency, duty cycle, series resistance and the upper-lower voltage difference of the capacitor. Capacitor capacity, series resistance and the capacitor upper-lower voltage difference is determined at the beginning, so that the frequency and duty cycle can be changed. The simulation results show the optimal energy value transferred in the S- CBC with a capacitor capacity is 1.1 F, the series resistance is 5 Ohm, and the capacitor upper-lower voltage difference is 5V shows the frequency is 0.5 Hz and the duty cycle is 50%.

The S-CBC cell balancing was tested in two stages. The first test phase was performed by comparing the performance of the S-CBC cell balancing circuit with a conventional switched capacitor circuit. The results show that the S-CBC cell balancing circuit is 4.6 times faster than the conventional circuit at 0.5 Hz frequency with 81% efficiency. The second test phase was performed to see performance of the lead acid battery system in the process of discharging in lead acid battery 48 V with nominal voltage 12 V in each cell and nominal capacity 7 Ah with discharging current is 1 A. The results show voltage deviation between cells without cell balancing circuit is 0.30 V, whereas using S-CBC cell balancing the voltage deviation between cells is 0.08 V. The capacity and energy of the battery without using a cell balancing show 3.06 Ah and 147 Wh, while using S-CBC the capacity and energy of the battery indicates 3.28 Ah and 156 Wh.

Copyrights : Copyright (c) 2001 by Perpustakaan Digital ITB. Verbatim copying and distribution of this entire article is permitted by author in any medium, provided this notice is preserved.

Beri Komentar ?#(0) | Bookmark

PropertiNilai Properti
ID PublisherJBPTITBPP
OrganisasiS
Nama KontakUPT Perpustakaan ITB
AlamatJl. Ganesha 10
KotaBandung
DaerahJawa Barat
NegaraIndonesia
Telepon62-22-2509118, 2500089
Fax62-22-2500089
E-mail Administratordigilib@lib.itb.ac.id
E-mail CKOinfo@lib.itb.ac.id

Print ...

Kontributor...

  • Pembimbing: Dr. Ir. Edi Leksono, M. Eng, Dr. Ir Nugraha Tapran, M. Eng, Editor: Diah Ayu Merdekawati

File PDF...