STUDI PEMANFAATAN BATERAI KENDARAAN LISTRIK PADA MASA HIDUP KEDUA SEBAGAI SISTEM PENYIMPANAN ENERGI BATERAI APLIKASI CATU DAYA TAKTERINTERUPSIKAN TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh BARKAH ZUHDI BARDANI NIM: 23322313 (Program Studi Magister Teknik Fisika) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG DESEMBER 2024 i ABSTRAK STUDI PEMANFAATAN BATERAI KENDARAAN LISTRIK PADA MASA HIDUP KEDUA SEBAGAI SISTEM PENYIMPANAN ENERGI BATERAI APLIKASI CATU DAYA TAKTERINTERUPSIKAN Oleh Barkah Zuhdi Bardani NIM: 23322313 (Program Studi Magister Teknik Fisika) Meningkatkanya jumlah kendaraan listrik yang ada di Indonesia dari tahun ketahun akan menimbulkan permasalah baru saat baterai lithium-ion yang digunakan mengalami degradasi dan saat nilai State of Health (SOH) berada di 70-80% maka baterai tersebut dapat dikatakan tidak layak digunakan dalam kendaraan litrik karena tidak efisien. Setelah mencapai titik tersebut, baterai bekas kendaraan listrik tersebut dapat dibuang, didaur ulang atau dimanfaatkan kembali ke aplikasi yang tidak memerlukan performa tinggi yang sering disebut masa hidup kedua sebagai sistem penyimpanan energi baterai (SPEB) stationer. Pelanggan PT PLN (Persero) khususnya khusunya di Pulan Jawa masih mengalami pemadaman yang ditunjukkan oleh parameter System Average Intruption Duration Index (SAIDI) dan System Average Intruption Frequency Index (SAFI). Dengan adanya potensi pemanfaatan baterai bekas kendaraan listrik dalam aplikasi sistem penyimpanan baterai sebagai solusi untuk permasalahan terganggunya pelayanan PT PLN (Persero) dalam penyediaan energi listrik, penilitian ini berusaha untuk dapat memberikan gambaran bagaimana pemanfaatan baterai bekas tersebut dalam aplikasi Catu Daya Takterinterupsikan (CDT). Metode penelitian yang dilakukan dengan mengumpulkan material uji, dilanjukan dengan melakukan pengujian terhadap kondisi baterai dengan parameter seperti Open Circuit Voltage (OCV), pengujian hambatan dalam, pengujian kapasitas, dan pengujian degradasi dari baterai. Pengujian pada level modul dengan Sistem Manajemen Baterai (SMB) menggambarkan kondisi umum baterai, namun pengujian pada level sel tetap dianjurkan untuk memastikan kondisi keseluruhan sel penyusun modul. Kategorisasi baterai masa hidup kedua dapat didasarkan pada nilai State of Health (SOH) yang diperoleh melalui pengujian kapasitas. Batas aman operasi untuk baterai LFP IFR32700 direkomendasikan pada rentang tegangan 2,4V-3,5V dengan arus pengisian dan pengosongan di bawah 0,2C. Baterai dengan SOH 75-79% masih layak digunakan sebagai SPBE aplikasi CDT. Desain sistem CDT yang direkomendasikan memiliki spesifikasi 48V dengan kapasitas 4,8-14,4 kWh, dilengkapi Sistem Manajem Baterai (SMB), inverter jenis pure sine wave 220V berdaya 3000 watt, serta charge controller dengan metode pengisian Constant Current Constant Voltage (CC-CV) ii Kata kunci: baterai masa hidup kedua, lithium-ion, penyimpanan energi, catu daya takterinterupsi (CDT), degradasi baterai, kendaraan listrik. iii ABSTRACT STUDY ON SECOND-LIFE EV BATTERIES FOR STATIONARY BATTERY ENERGY STORAGE AS AN UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY By Barkah Zuhdi Bardani NIM: 23322313 (Master’s Program in Engineering Physics) The increasing number of electric vehicles in Indonesia from year to year will create new challenges when the lithium-ion batteries used in these vehicles degrade. Once the State of Health (SOH) reaches 70-80%, the batteries are considered unsuitable for electric vehicles application because they are no longer efficient. After reaching this point, the retired batteries can either be disposed of, recycled, or repurposed for applications that do not require high performance, often referred to as second-life applications as stationary battery energy storage systems (SBES). Customers of PT PLN (Persero), particularly on the island of Java, still experience power outages, as indicated by the System Average Interruption Duration Index (SAIDI) and System Average Interruption Frequency Index (SAIFI) parameters. Given the potential to utilize retired electric vehicle batteries in battery energy storage systems to address disruptions in PT PLN's electricity supply, this research aims to provide an overview of how these retired batteries can be repurposed in Uninterruptible Power Supply (UPS) applications. The research method includes collecting test materials and conducting assessments of battery conditions based on parameters such as Open Circuit Voltage (OCV), internal resistance testing, capacity testing, and battery degradation testing. Testing at the module level with Battery Management System (BMS) is sufficient to illustrate the overall condition of the battery; however, cell- level testing is still recommended to ensure the condition of all cells within the module. Second-life battery categorization can be based on the State of Health (SOH) value obtained from capacity testing. The safe operating range for LFP IFR32700 batteries is recommended to be between 2.4V–3.5V, with charge and discharge currents below 0.2C. Batteries with an SOH of 75-79% are still suitable for use in UPS application. The recommended CDT system design includes a 48V specification with a capacity range of 4.8–14.4 kWh, equipped with a Battery Management System (BMS), a pure sine wave inverter operating at 220V with a power rating of 3000 watts, and a charge controller with a Constant Current Constant Voltage (CC-CV) charging method. Keywords: second-life batteries, lithium-ion, energy storage, uninterruptible power supply (UPS), battery degradation, electric vehicles (EVs). iv STUDI PEMANFAA TAN BATERAI KENDARAAN LISTRIK PADA MASA HIDUP KEDUA SEBAGAI SISTEM PENYIMPANAN ENERGI BATERAI APLIKASI CATU DAYA TAKTERINTERUPSIKAN HALAMAN PENGESAHAN Oleh Barkah Zuhdi Bardani NIM: 23322313 (Program Studi Magister Teknik Fisika) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing 17 Desember 2024 Ketua Anggota ______________________ ______________________ (Dr.-Ing. Justin Pradipta, S.T., M.T.) (Dr. Irsyad Nashirul Haq, S.T., M.T.) v PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis Magister yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Tesis ini dapat di tulis dalam bahasa Indonesia sebagai berikut: Bardani, Barkah Zuhdi (2024): Studi Pemanfaatan Baterai Kendaraan Listrik Pada Masa Hidup Kedua Sebagai Sistem Penyimpanan Energi Baterai Aplikasi Catu Daya Takterinterupsikan, Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung. dan dalam bahasa Inggris sebagai berikut: Bardani, Barkah Zuhdi. (2024): Study On Second-Life Electric Vehicle Batteries For Stationary Battery Energy Storage As An Uninterruptible Power Supply, Master’s Thesis, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. vi HALAMAN PERUNTUKAN Salah satu upaya memenuhi janji kemerdekaan, mencerdaskan kehidupan bangsa. vii KATA PENGANTAR Puji syukur saya panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena dengan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tesis ini yang berjudul " Studi Pemanfaatan Baterai Kendaraan Listrik Pada Masa Hidup Kedua Sebagai Sistem Penyimpanan Energi Baterai Aplikasi Catu Daya Takterinterupsikan" Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan program studi Magister Teknik di Institut Teknologi Bandung. Penelitian ini bertujuan untuk menggali potensi pemanfaatan baterai kendaraan listrik masa hidup kedua dalam sistem penyimpanan energi baterai, khususnya untuk aplikasi Catu Daya Takterinterupsikan (CDT). Dengan meningkatnya penggunaan kendaraan listrik, banyak baterai lithium-ion yang sudah mencapai masa akhir penggunaannya dalam kendaraan listrik dan masih dapat dimanfaatan kembali dalam aplikasi lain. Oleh karena itu, penting untuk mengeksplorasi cara-cara untuk memanfaatkan baterai tersebut agar dapat memberi kontribusi dalam penyediaan cadangan daya yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Tesis ini tidak dapat diselesaikan tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, saya ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Dr.-Ing. Justin Pradipta, S.T., M.T selaku pembimbing utama, yang telah memberikan arahan, bimbingan, dan motivasi yang sangat berarti selama proses penyusunan tesis ini. 2. Dr. Irsyad Nashirul Haq, S.T., M.T., selaku pembimbing kedua, yang dengan sabar memberikan saran dan kritik yang membangun. 3. Para dosen dan staf pengajar di Program Studi Megister Teknik Fisika yang telah memberikan ilmu yang sangat bermanfaat selama masa perkuliahan. 4. Keluarga tercinta, Ibu Zawingah dan Bapak Mudakir sebagai orang tua penulis yang selalu memberikan dukungan, doa, dan semangat dalam setiap langkah. Istri dan anak penulis Sari Angelina Nurma Gupita dan Tara Sarasvati Bardani yang selalu sabar menemani dan memberi motivasi. 5. PT Perusahaan Listrik Negara (Persero) yang telah memberikan kesempatan dan dukungan finansial kepada penulis untuk dapat megikuti pendidikan megister. 6. PT United Tractor Pandu Engineering yang telah membantu penulis dalam penyediaan material baterai untuk penelitian kali ini. 7. Segenap manajemen UPT Gresik, Pak Ivan Nur Pratama dan Pak Satya Hari Wibowo yang telah memberikan kemudahan penulis untuk dapat menyelesaikan tugas belajar jarak jauh selama ini 8. Rekan-rekan pegawai Belajar Jarak Jauh (PBJJ) Kerja Sama PLN-ITB Jurusan Teknik Fisika Batch 1 yang selalu bersama menghadapi segala halangan dan rintangan selama ini. 9. Mas Dinar dan Mas Eri dari ENERBI yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam proses penulisan tesis kali 10. Seluruh pihak yang telah membantu yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Akhir kata, semoga tesis ini dapat memberikan kontribusi yang bermanfaat dalam pengembangan teknologi penyimpanan energi, khususnya dalam memanfaatkan baterai kendaraan listrik masa hidup kedua sebagai solusi untuk penyediaan layanan Catu Daya Takterinterupsikan dari PT PLN (Persero). Saya menyadari bahwa tesis viii ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu, saya sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk perbaikan di masa yang akan datang. Bandung, 17 Desember 2024 Penulis ix DAFTAR ISI ABSTRAK ............................................................................................................... i ABSTRACT ............................................................................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv HALAMAN PERUNTUKAN ............................................................................... vi KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI ............................................................. xii DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiv DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ....................................................... xv BAB. I Pendahuluan .......................................................................................... 1 I.1 Latar Belakang.......................................................................................... 1 I.2 Masalah Penelitian ................................................................................... 3 I.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 4 I.4 Ruang Lingkup dan Batasan Penelitian .................................................... 4 I.5 Kontribusi Penelitian ................................................................................ 5 I.6 Metodologi Penelitian .............................................................................. 5 I.7 Sistematika Penulisan ............................................................................... 7 BAB. II Tinjauan Pustaka ................................................................................... 9 II.1 Baterai....................................................................................................... 9 II.2 Baterai Li-ion............................................................................................ 9 II.2.1 Parameter Kondisi Baterai .............................................................. 16 II.2.2 Mekanisme Degradasi ..................................................................... 21 II.3 Sel, Modul, dan Pak Baterai Li-ion ........................................................ 23 II.4 Sistem Manajemen Baterai (SMB) ......................................................... 24 II.5 Sistem Ketenaga Listrikan di Indonesia ................................................. 25 II.6 Landasan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya.......................... 25 BAB. III METODE PENELITIAN ................................................................... 29 III.1 Digram Alir Penelitian ........................................................................... 29 III.2 Diagram Alir Pengujian dan Penilaian Kondisi Baterai ......................... 30 III.2.1 Pengumpulan Data Pemakaian Sebelumnya ................................... 31 III.2.2 Proses Pembongkaran ..................................................................... 31 III.2.3 Inspeksi Visual ................................................................................ 31 III.2.4 Pengukuran OCV dan Hambatan Dalam ........................................ 31 x III.2.5 Pengukuran Kapasitas dan SOH ..................................................... 33 III.2.6 Pengelompokkan dan Penyortiran Baterai ...................................... 36 III.3 Desain Sistem Penyimpanan Energi Baterai Catu Daya Tak Terinterupsikan ................................................................................................. 37 III.4 Simulasi Degradasi .................................................................................