Perpustakaan Digital ITB

Baterai litium-ion merupakan jenis baterai yang banyak digunakan sebagai media penyimpan energi pada kendaraan listrik karena memiliki densitas energi yang tinggi, usia pakai yang panjang, self-discharge rendah, serta ramah lingkungan. Karena kapasitas penyimpanan energi tiap sel baterai terbatas, untuk menghasilkan tegangan dan daya yang sesuai dengan kebutuhan kendaraan listrik, sel-sel baterai harus dihubungkan secara seri dan paralel. Penggunaan baterai secara seri dalam jumlah besar dapat berpotensi menimbulkan masalah akibat perbedaan kapasitas sel, laju pengosongan, resistansi internal, serta masa pakai yang disebabkan adanya variasi simpangan saat proses manufaktur dan reaksi kimia pada masing-masing sel baterai sehingga mengakibatkan ketidaksetimbangan muatan sel baterai yang berlebihan. Ketidaksetimbangan muatan sel menyebabkan proses pengisian dan pengosongan baterai berhenti lebih awal dari yang seharusnya sehingga mengurangi kapasitas total, menurunkan performa, serta mempengaruhi usia pakai paket baterai. Untuk menanggulangi masalah ini, berbagai upaya dilakukan melalui pengembangan sistem penyetimbang baterai. Secara umum sistem penyetimbang baterai dapat dikelompokkan menjadi sistem penyetimbang pasif dan sistem penyetimbang aktif. Berdasarkan komponen yang digunakan, sistem penyetimbang aktif dibagi menjadi tiga yaitu sistem penyetimbang berbasis kapasitor, induktor, dan transformator. Sistem penyetimbang berbasis induktor menawarkan beberapa kelebihan seperti laju dan efisiensi penyetimbangan yang baik, dimensi dan bobot yang cukup kecil, serta harga yang terjangkau. Penelitian-penelitian terdahulu mengembangkan sistem penyetimbang baterai berbasis topologi induktor menggunakan kontrol konvensional dengan parameter PWM tetap. Sementara, sebagian lainnya melakukan pengembangan dengan mengubah nilai duty cycle berdasarkan kondisi tegangan sel menggunakan kontrol logika fuzzy yang merupakan pengontrol cerdas yang intuitif namun tidak dapat mengakomodir ketidakpastian. Pada penelitian ini, dikembangkan sistem penyetimbang baterai dengan strategi kontrol yang mengombinasikan algoritma pembelajaaran terarah dan sistem logika fuzzy tipe-2 untuk mengatur nilai parameter sinyal PWM yang digunakan untuk menyalakan dan mematikan MOSFET pada rangkaian penyetimbang berbasis induktor multi lapis untuk delapan sel baterai lithium-ion yang disusun secara seri. Masukan yang digunakan oleh kontroler yaitu selisih maksimum tegangan sel dan tegangan rata-rata paket baterai, sementara keluaran dari algoritma pembelajaran terarah yaitu frekuensi switching dan keluaran logika fuzzy tipe-2 berupa nilai duty cycle dari sinyal PWM. Metode kontrol yang dirancang diimplementasikan pada prototipe rangkaian penyetimbang untuk mengetahui performa dari sistem yang dikembangkan. Pada tahap pengujian, mula-mula tegangan awal masing-masing sel baterai diatur dengan nilai yang berbeda dengan skenario top-down. Pengujian dilakukan selama 9000 detik pada kondisi statis untuk masing-masing metode kontrol dengan asumsi paket baterai mencapai kondisi setimbang ketika selisih tegangan sel tidak lebih dari 50 mV. Data hasil pengukuran tegangan selama proses penyetimbangan antar sel, antar grup, dan antar modul disajikan dalam grafik penyetimbangan. Kemudian, dilakukan komparasi performa sistem yang menggunakan metode kontrol yang diajukan dengan metode kontrol konvensional. Pengujian pada kondisi dinamis juga dilakukan untuk memastikan bahwa sistem yang dikembangkan dapat menyetimbangkan baterai pada kondisi pengisian dan pemakaian. Berdasarkan hasil eksperimen, metode kontrol yang dirancang dapat meningkatkan kecepatan penyetimbang sebesar 17,3% serta menurunkan selisih tegangan antar sel, antar grup, dan antar modul lebih besar dibandingkan dengan metode kontrol konvensional yang menggunakan parameter PWM tetap. Arus penyetimbangan dengan metode konvensional 221,10 mA sedangkan arus penyetimbangan dengan metode yang diajukan mencapai 257,21 mA. Selain itu, dengan menggunakan metode yang dirancang, jumlah switching dapat diturunkan sebesar 6,2% sehingga mengurangi potensi efek degradasi dan memperpanjang umur komponen. Efisiensi sistem penyetimbang dengan metode yang dikembangkan sebesar 87,05%, tidak terdapat perbedaan efisiensi yang signifikan dengan metode konvensional. ?