Perpustakaan Digital ITB

Sistem manajemen baterai (SMB)diperlukan untuk menangani dinamika operasi, meningkatkan kinerja dan memperpanjang masa guna sistem baterai penyimpan energi (SBPE). Proses pengisian dan pemakaian bateraiyang diluar rentang daerah operasi aman (DOA) dapat menurunkan kinerja dan memperpendek umur penggunaan baterai. Salah satu tantangan SBPE adalah bagaimana melakukan estimasi keadaan baterai yang akurat berdasarkan pengukuran parameter setiap sel baterai dengan jumlah yang banyak pada susunan seri paralel. Pada kondisi operasi nyata, dapat terjadi permasalahan SBPE akibat perbedaan tegangan ataupun suhu antar sel baterai dan SBPE akan menghasilkan panas dengan cepat saat siklus pengisian atau pengosongan dilakukan pada level arus yang tinggi. Seiring berjalannya waktu,kondisi tersebut dapat mengurangi masa guna SBPE secara keseluruhan. Sebagai bagian dari infrastruktur smartgrid / jaringan listrik cerdas, infrastruktur SBPE harus lebih “smart” dibanding penggunaan di masa lampau yang biasanya dioperasikan dengan konsep run to fail. Jaringan listrik cerdas merupakan sistem yang kompleks dimana berbagai sistem saling berinteraksi dan saling mempengaruhi satu sama lain. Mikrogrid cerdas adalah salah satu aplikasi jaringan listrik cerdas yang dapat digunakan untuk integrasi pembangkit energi terbarukan, SBPE, jala-jala listrik dan beban listrik.Permasalahannya adalah bagimanakah sebuah SMB pada SBPE dapat terintegrasi pada sistem jaringan listrik cerdas. Diperlukan sebuah kerangka kerjaSMB yang dapat mengintegrasikan SBPE pada mikrogrid cerdas agar mudah dikelola, fleksibel untuk dikembangkan dan dapat memberikan informasi yang tepat untuk perancangan, pengoperasian dan pemeliharaan. Pada penelitian ini, telah dikembangkan model arsitektur sistem manajemen baterai cerdas (MASMBC) untuk pemantauan dan peningkatan kondisi SBPE pada aplikasi mikrogrid cerdas. MASMBC tersebut terdiri dari lima lapisan interoperabilitas yaitu Lapisan Bisnis, Fungsional, Informasi, Komunikasi dan Komponen. Setiap lapisan menjelaskan bagaimana interaksi SMB agar dapat digunakan untuk pemantauan kondisi dan peningkatan kinerja SBPE.Fungsi pemantauan kondisi dapat dimanfaatkan sebagai indikasi sebelum kegagalan terjadi, diagnosis saat kegagalan terjadi dan mencari akar permasalahan setelah kegagalan terjadi, sehingga dapat dilakukan koreksi dan rekomendasi untuk menghindari kegagalan yang lebih parah. Pada lapisan komponen telah dikembangkan SMB dengan konfigurasi modular yang terdiri dari papan sel, modul lokal untuk akusisi data, modul pusat untuk layanan basis datadengan menggunakan sistem tertanam. Pada lapisan fungsional telah dikembangkan algoritma untuk fungsi pemantauan, proteksi, estimasi kondisi, manajemen termal dan penyetimbang sel aktif. Pengembangan algoritma estimasi kondisi muatan (KM) dilakukan pada modul baterai timbal dan lithium dengan menggunakan metode perhitungan coulomb dan regresi vektor pendukung (RVP).Pada lapisan komunikasi dikembangkan algoritma protokol komunikasi onewire pada papan sel dan pemanfaatan protokol komunikasi SMA-COM, Modbus dan TCP/IP pada modul lokal dan modul pusat. Lapisan interoperabilitas SMB yang telah diimplementasikan untuk pemantauan dan peningkatan SBPE pada mikrogrid cerdas dinilai level 4 (optimasi) berdasarkan kriteria MASBMC. Algoritma pemantauan kondisi dikembangkan mulai dari akuisisi data, komunikasi data, basis data dan estimasi kondisi SBPE yang diimplementasikan pada sistem tertanam. Fungsi pemantauan kondisi telah mampu mengukur dan menyimpan parameter kondisi baterai mulai dari 14 Februari 2014 sampai dengan 24 Januari 2019 sebanyak 2.125.004 baris data dengan ketersediaan data sebesar 82%. Fungsi pemantauan kondisi tersebut juga telah berhasil menunjukkan adanya ketidakseimbangan tegangan dan suhu, serta dapat digunakan untuk analisis deteriorasi kondisi baterai. Walaupun baterai yang diuji mempunyai tipe, karakteristik dan diperlakukan sama saat proses pemakaian dan pengisian, hasil menunjukkan adanya perbedaan respon saat kondisi operasional nyata. Peningkatan kinerja SBPE pada mikrogrid cerdas dilakukan berdasarkan analisis penurunan kapasitas, laju perubahan tegangan dan suhu serta dilakukan faktor koreksi parameter kerja SMB untuk memperpanjang waktu guna SBPE. Dari hasil analisis pemantauan kondisi SBPE selama 28 hari dengan waktu cacah setiap satu menit, diketahui perubahan suhu baterai pada string 1, urutan baterai 3 dan 4 sangat sensitif bila ada perubahan tegangan saat proses pemakaian dan pengisian. Diketahui terdapat hubungan antara laju perubahan tegangan dan suhu, dimana direkomendasikan laju perubahan suhu dan tegangan SBPE yang dapat diterima adalah di bawah 0.5oC per menit dan di bawah 3,0V per menit pada setiap baterai. Dengan melakukan faktor koreksi parameter-parameter SMB, waktu guna SBPE dapat diperpanjang dari 448 hari menjadi 1088 hari atau 2,43 kalinya, dan dengan melakukan penggantian 1 baterai pada SBPE, keseluruhan waktu gunanya menjadi 1456 hari sampai dengan titik akhir deteriorasi dimana SBPE benar-benar tidak bisa beroperasi lagi pada mikrogrid cerdas.