PENGUJIAN KAPASITAS BATERAI

PENGUJIAN KAPASITAS BATERAI

Baterai adalah suatu alat penyimpan energi listrik yang dapat diisi (charge) setelah energi yang digunakan. Kapasitas atau kemampuan menyimpaan energi ditentukan oleh semua komponen didalam baterai seperti jenis material yang digunakan dan jenis elektrolitenya sehingga dikenal baterai asam dan baterai alkali.

Alat untuk mengisi energi listrik kedalam beterai dinamakan rectifier (charging) yang berfungsi mengubah arus bolak-balik menjadi searah dan tegangan outputnya sesuai dengan tegangan baterai. Kapasitas rectifier ini ditentukan oleh kapasitas baterai, sehingga besarnya arus dan tegangan pengisian serta waktu sangat menentukan kondisi baterai. Jika tegangan baik dan sesuai (lebih tinggi dari pada tegangan baterai) sehingga arus pengisian dapat mengalir mengisi baterai tersebut.

Untuk mengetahui apakah baterai sudah terisi penuh dan dapat menyimpannya dengan baik maka perlu dilakukan pengukuran kondisi baterai dengan cara menguji secara simulasi beban yang dapat diatur, sehingga arusnya pun dapat diatur pada arus yang tetap maka tegangan baterai akan turun dari nominalnya. Waktu penurunan tegangan dibandingkan dengan karakteristik batere tersebut maka dapat diketahui kondisi baterai tersebut, apakah mempunyai kapasitas yang baik atau buruk.

kapasitas di dibawah 40 % dari name plate sudah dianggap kapasitas batterai jelek.

Baterai yang biasa digunakan di gardu induk, memiliki spesifikasi masing – masing sesuai kebutuhan.

Baterai Proteksi  >> 110 V

Baterai Scada   >> 48 V

Baterai Telekomunikasi  >> 24 V

merk yang umum di pakai di gardu Induk : SAFT NIFE, YUASA, ALCAD, TECHFILL, Dll.

Baterai memiliki kapasitas sesuai pabrikan. Kapasitas Baterai adalah kemampuan baterai dalam mensuplai kebutuhan Arus DC kepada peralatan – peralatan yang membutuhkannya.

contoh : Relay Proteksi, Motor DC, Lampu indikasi, Alarm, Coil, dll.

Misal : Batterai merk saft kapasitas 200 Ah dapat di artikan bahwa batterai tersebut dapat memikul beban 200 Ah selama 1 jam.

 Prinsip Pengisian Baterai

A. Baterai Asam – Timah 

Bila sel baterai tidak dibebani maka setiap molekul cairan elektrolit asam sulfat (H2SO4) dalam sel tersebut pecah menjadi dua yaitu ion hydrohen yang bermuatan positif (2H+ ) dan ion sulfat yang bermuatan negatif (SO4 - ). H2SO4 2H+ + SO4 -. 

Proses Pengosongan:

Bila baterai dibebani maka tiap ion negatif sulfat (SO4) akan bereaksi dengan plat timah murni (Pb) sebagai katoda menjadi timah sulfat (PbSO3) sambil melepaskan dua elektron. Sedang sepasang ion hidrogen (H+ ) akan beraksi dengan plat timah peroksida (PbO2) sebagai anoda menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil mengambil dua elektron dan bersenyawa dengan satu atom hidrogen untuk membentuk air (H2O). Pengambilan dan pemberian atom elektron dalam proses kimia ini menyebabkan timbulnya beda potensial listrik antara kutub – kutub sel baterai. 

Proses tersebut terjadi secara simultan dengan reaksinya dapat dinyatakan dengan: PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O Sebelum proses Setelah proses PbO2 : Timah peroxida ( kutub positif / anoda) Pb : Timah murni (kutub negatif / katoda ) 2H2SO4 : Asam sulfat (elektrolit) PbSO4 : Timah sulfat (kutub positif dan negatif setelah proses pengosongan. H20 : Air setelah proses pengosongan Jadi, pada proses pengosongan baterai akan timah sulfat (PbSO4) pada kutub negatif dan positif, sehingga mengurangi reaktifitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi timah, sehingga tegangan baterai antar kutub – kutub nya menjadi lemah. 

Proses pengisian: 

Proses ini adalah kebalikan dari proses pengosongan dimana arus listrik dialirkan yang arahnya berlawanan, dengan arus yang terjadi pada saat pengosongan. Pada proses ini setiap molekul air terurai dan tiap pasang ion hidrogen (2H+ ) yang dekat plat negatif bersatu dengan ion negatif sulfat SO4- . Pada plat negatif untuk membentuk asam sulfat. Sedangkan ion oksigen yang bebas bersatu dengan tiap atom pb pada plat positif membentuk timah peroksida PbO3. Proses reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:  PbSO4 + PbSO4 + 2H2O PbO2 + Pb + 2H2SO4 Setelah pengosongan Setelah pengisian. 

B. Prinsip kerja baterai basa / alkali 

Baterai alkali menggunakan potasium hydroxide sebagai elektrolit, selama proses pengosongan (discharge) dan pengisian (charge) dari sel baterai alkali secara praktis tidak ada perubahan berat jenis cairan elektrolit. Fungsi utama cairan elektrolit pada baterai alkali adalah bertindak sebagai konduktor untuk memindahkan ion – ion hydroxide dari satu elektroda ke elektroda lainnya tergantung pada prosesnya pengosongan atau pengisian, sedangkan selama proses pengisian dan pengosongan komposisi kimia material aktif pelat – pelat baterai akan berubah. 

Proses Pengisian Batere

Ketika arus melalui eletrolite KOH sehingga molekul memisahkan diri menjadi ion K+ dan (OH-). Ion (OH-) bergerak ke plate +ve dan ion K+ menuju plate –ve.

Jadi plate +ve mengubah ion 2Ni(OH)3, begitu juga plate –ve akan merubah Fe. Sebebnarnya disini tidak terjadi perubahan komposisi dari elelktrolite dan spesifik gravity tetap konstan selama proses pengisian dan pengosongan (charging dan discharging).

Proses Pengosongan Batere

Terjadi proses kebalikan terhadap proses pengisian dimana,

plate +ve adalah 2Ni(OH)3 + K → 2Ni(OH)+2KOH 

plate –ve adalah Fe + 2KOH → Fe(OH)2 

Disini terjadi proses perubahan menjadi seperti keadaan semula. Selama pengosongan diperoleh keuntungan kondisi yang tetap dimana merupakan keuntungan yang besar dibandingkan dengan baterai asam.

Efisiensi ampere jam (AH effisiensi)

Efisiensi ini tidak dipengaruhi perubahan tegangan selama pengisian maupun pengosongan.dan besarnya efisiensi pada batere asam antara 90 -95 % sedangkan batere alkali rata-rata 80 %, jadi baterai asam memiliki efisiensi lebih tinggi.

Misal kita mempunyai batterai asam dan basa masing mempunyai kapasitas 200 Ah.

maka efektifnya kapasitas batterai asam sebesar efesiensi x kapasitas, 0,95 x 200 = 190 Ah,sedangkan pada batterai alkali 0,8 x 200 = 160 Ah.

Standarisasi

Besarnya arus pengisian adalah : 

- Batere Alkali : 0,2 X C ( 0,2 X kapasitas batere ).

- Batere Asam : 0,1 X C ( 0,1 X kapasitas batere )

- Pada operasi floating arus yang mengalir ke baterai relatif kecil .

Penjelasan dari standar 0.2 C dan 0.1 C adalah , bahwa baterai akan diberlakukan pengujian pengisian maupun pengosongan dengan rumus arus 0.2 atau 0.1 dari kapasitas baterai. Sebenarnya banyak standard yang dapat digunakan, hal ini tergantung pada jenis batere dan karakteristiknya serta spesifikasi dari pabrik. 

Kapasitas suatu batere adalah menyatakan besarnya arus listrik ( Ampere ) batere yang dapat disuplai / dialirkan ke suatu rangkaian luar atau beban dalam jangka waktu ( jam ) tertentu, untuk memberikan tegangan tertentu Kapasitas batere ( Ah ) dinyatakan sebagai berikut :

C = I x t

Dimana :

C = Kapasitas batere ( Ah )

I = Besar arus yang mengalir ( A )

T = Waktu ( jam ).

Pada batere alkali nickel-cadmium ( NiCd ) umumnya kapasitas batere dinyatakan dalam C5 dan untuk batere Asam C10. 

C5 dan C10 menyatakan besarnya kapasitas batere dalam Ah yang tersedia selama 5 jam untuk C5 , dan 10 jam untuk C10. 

pengujian kapasitas baterai dimaksudkan untuk mengetahui AH Efisiensi dari baterai tersebut, yaitu masih berapa persenkah AH baterai tersebut terhadap AH Name plate.

Rumus : Kapasitas pengujian / Kapasitas name plate.

Dengan begitu maka dapat diketahui seberapa lamakah baterai mampu menanggung beban saat rectifier kondisi off.

Prinsip dasar pengujian

pengujian dilakukan dengan memberi beban baterai (arus pengosongan / I discharging) sebesar 0,2 dari kapasitas baterai tersebut.

Kenapa kok 0,2 C? kok gag lebih dari itu atau kurang dari itu?

O,2 C ini telah di standarkan oleh IEC (International Electrotechnical Commission), hal ini dimaksudkan agar baterai yang diuji tidak mengalami over heating pada sel (yang terdiri dari Elektroda, plat, dan ELektrolit) yang sangat memungkinkan cepat rusaknya baterai tersebut.

baterai dihubungkan dengan alat pengosongan, yang secara otomatis menampilkan arus pengosongan, tegangan total, lama pengosongan,  dan AH pengosongan, yang ditampilkan dalam bentuk grafik.

yang harus diperhatikan dalam pengujian:

Setting Pengosongan :

Arus Pengosongan (I Discharging) = 0,2 x Kapasitas baterai (C)

Lama Pengosongan (T stop) = Kapasitas : Arus Pengosongan

Tegangan akhir (V stop) = 1 Volt per sel

Suhu maksimal elektrolit yang diijinkan selama pengosongan = 40 – 45 °C

Contoh

Baterai SAFT NIFE 48 V 200 AH, 40 sel

I disch => 0,2 x 200 = 40 Ampere

T stop => 200 : 40 = 5 jam

V stop => 1 V x 40 = 40 V

T maks => 45 °C