Perpustakaan Digital ITB

sering berkembangnya teknologi kendaraan listrik maupun pembangkit energi baru dan terbarukan. Baterai Lithium-Ion merupakan salah satu jenis baterai yang cukup sering digunakan karena memiliki rapat energi yang tinggi, tegangan per sel yang tinggi, laju self-discharge yang relatif rendah, serta siklus hidup yang panjang. Sistem Baterai Penyimpan Energi (SBPE) merupakan sejumlah sel baterai yang dirangkai secara seri dan paralel untuk memenuhi kebutuhan tegangan dan kapasitas tertentu dari suatu sistem penyimpan energi. Akan tetapi, setiap sel baterai pada SBPE, terutama pada rangkaian seri, memiliki kecenderungan untuk mengalami ketidaksetimbangan distribusi muatan. Hal ini berpotensi untuk menimbulkan terjadinya pengisian berlebih (overcharge) dan pengosongan berlebih (overdischarge) yang berakibat kepada berkurangnya usia baterai. Untuk mencegah terjadinya hal tersebut, dibutuhkan suatu Sistem Manajemen Baterai (SMB) yang salah satu fungsinya adalah sebagai sistem penyetimbang kondisi muatan pada sel-sel baterai. Tren sistem penyetimbang baterai yang sedang berkembang ialah sistem penyetimbang berbasis switched capacitor (SC) karena ukurannya yang kecil, fleksibilitas topologi yang dapat diimplementasikan, serta efisiensi yang relatif tinggi. Secara umum, SC berfungsi sebagai penyimpan energi sementara dari suplai daya, yang akan diteruskan ke sel baterai dengan muatan yang lebih rendah. Jika suplai daya bersumber dari sistem baterai yang sama, SC ini juga berfungsi sebagai sebagai isolator antara suplai daya dan sel target dengan memisahkan fase pengisian dan pengosongan kapasitor. Pada penelitian ini, dikembangkan sistem penyetimbang berbasis SC tunggal dengan modifikasi mekanisme Zero Current Switching (ZCS) untuk meminimalkan rugi-rugi yang terjadi pada saklar, penggunaan konverter DC-DC pada sisi masukan SC sebagai regulator tegangan, dan penggunaan addressable switch berbasis protokol komunikasi digital 1-wire untuk meningkatkan skalabilitas dan fleksibilitas rangkaian. Pengujian dilakukan secara eksperimental pada empat buah baterai Lithium NMC LG HG2 dengan kapasitas nominal per sel senilai 3000 mAh dan tegangan nominal 3,6 V. Keempat baterai ini dirangkai secara seri dengan tegangan awal berturut-turut 3,4, 3,5, 3,55, dan 3,6 V. Algoritma penyetimbangan yang digunakan adalah strategi berbasis tegangan terminal baterai. Adapun parameter penelitian yang diamati adalah pengaruh frekuensi switching SC, penggunaan konverter DC-DC, serta jumlah jalur SC pada rangkaian penyetimbang. Pengujian frekuensi switching dan penggunaan konverter DC-DC dilakukan untuk mengetahui peran masing-masing terhadap arus penyetimbangan. Sementara itu, pada pengujian jumlah jalur SC dilakukan skenario penyetimbangan hingga dua sel dengan tegangan terendah mencapai kesetimbangan dengan mengamati tegangan setiap sel dan arus penyetimbangan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa rata-rata arus penyetimbangan akan maksimal pada frekuensi switching sebesar frekuensi resonansi dari rangkaian SC, lebih tinggi 1,2 kali, 1,13 kali, dan 1,28 kali berturut-turut dibandingkan dengan 2, 0,5, dan 0,25 kali frekuensi resonansi. Kemudian dengan digunakannya konverter DC-DC pada sisi masukan SC (topologi pack-to-cell), dihasilkan rata-rata arus pengosongan SC 2,66 kali lebih tinggi dibandingkan penggunaan sel dengan tegangan tertinggi pada fase pengisian SC (topologi cell-to-cell) karena tegangan SC yang lebih teregulasi dan tidak dependen terhadap tegangan sel baterai. Oleh karena itu, pada pengujian utama sistem penyetimbang digunakan frekuensi resonansi sebagai frekuensi switching dan konverter DC-DC pada sisi masukan SC untuk memaksimalkan arus penyetimbangan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa penggunaan dua jalur SC menghasilkan proses penyetimbangan 1,75 kali lebih cepat dan rata-rata arus penyetimbangan 1,83 kali lebih tinggi dibandingkan penggunaan SC tunggal pada konfigurasi yang sama. Hal ini disebabkan arus penyetimbangan dari SC menuju sel target lebih kontinu dengan adanya fase discharging SC yang bergantian antara kedua jalur. Oleh karena itu, penggunaan konverter DC-DC dan dua jalur SC dapat digunakan untuk mengoptimalkan sistem penyetimbang aktif berbasis SC tunggal.