Rabu, 07 Januari 2015

PARAMETER-PARAMETER BATERAI (Tutorial 1)

3.1 Tegangan
            Tegangan listrik yang disediakan oleh baterai harus sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan oleh robot. Robot yang membutuhkan tegangan 12 V sebaiknya dicatu dengan baterai 12 V juga. Jika tegangan baterai lebih tinggi, robot masih dapat bekerja, dengan syarat memakai regulator untuk menurunkan tegangan ke nilai yang sesuai. Akan tetapi pemakaian regulator akan menimbulkan loss daya, membuang kapasitas baterai sia-sia. Pemakaian regulator juga mensyaratkan adanya overhead tertentu. Sebagai contoh jika kita memakai regulator 5 V, maka tegangan input regulator harus diatas 5 V. Tegangan input minimum yang diperlukan harus sesuai dengan spesifikasi regulator, dan dapat ditemukan pada datasheet komponen.
            Jika tegangan baterai terlalu rendah, maka sistem akan memasuki mode brown out. Pada kondisi ini robot tetap menerima daya dari baterai, akan tetapi tidak cukup untuk operasi yang handal. Gerakan motor menjadi lebih lamban dan kurang bertenaga. Sistem kontrol akan banyak mengeluarkan sinyal kendali yang salah, sehingga robot akan berlaku aneh.
            Tegangan pada baterai berubah sesuai dengan kondisi muatannya (charge). Bagaimana tegangan berubah terhadap muatannya (charge), sangat tergantung dengan teknologi (bahan penyusun) baterai tersebut. Sebagai contoh, satu cell baterai lead-acid, tegangan keluarannya pada 2.1 V pada saat diisi penuh dan kemudia akan turun 1.8 V saat digunakan. Sedangkan baterai lithium tegangan keluarannya konstan cukup lama selama pemakaian.
            Tegangan nominal baterai adalah tegangan setiap cell baterai pada kondisi normal. Baterai alkaline memiliki tegangan nominal 1.5 V, dan baterai NiCd & NiMH 1.2 V. Hal ini harus diwaspadai pada saat anda mengganti baterai alkaline dengan baterai NiCd atau NiMH. Jangan sampai tegangan baterai dibawah tegangan minimum untuk mensuplai robot. Perbedaan tegangan akan lebih terasa jika memakai baterai seri atau pack. Sebagai contoh untuk satu pack seri berisi 4 cell baterai, alkaline bertegangan 6 V dan NiCd atau NiMH bertegangan 4.8 V.
            Tegangan nominal baterai bersifat tidak mutlak. Tegangan akan mengalami variasi 10-20% selama pemakaian. Sebagai contoh baterai 1.5 V yang terisi penuh akan bertegangan 1.65 V, dan pada kondisi hampir kosong tegangan akan turun sampai 1.4 V. Variasi tegangan ini akan lebih besar jika baterai di seri. Sebagai contoh jika memakai 4 baterai seri, maka tegangan akan bervariasi dari 6.6 sampai 5.6 V. Variasi tegangan ini haris diperhatikan dalam perancangan robot. Jangan sampai tegangan baterai pada saat terisi penuh melebihi tegangan maksimum yang diizinkan untuk mensuplai robot. Atau jangan sampai tegangan baterai pada saat hampir kosong dibawah tegangan minimum untuk mensuplai robot.
            Suatu baterai dapat dikatakan mati jika tegangannya sudah dibawah 80 % tegangan nominal. Pemakaian baterai pada kondisi ini sangat tidak dianjurkan. Efisiensi baterai pada kondisi ini akan sangat menurun dan arus output sangat kecil. Pada baterai rechargable, pemakaian dalam kondisi ini akan merusak cell baterai. Cell tidak mampu meyimpan muatan baru pada saat pengisian (charging).
            Untuk menghindari hal ini, maka tegangan baterai harus dimonitor. Ada dua cara untuk memonitor, diluar rangkaian  dan didalam rangkaian. Pemonitoran diluar rangkaian dilakukan dengan melepas baterai dari robot, lalu mengukur tegangannya dengan voltmeter. Cara ini sangat sederhana dan murah, tapi mempunyai dua kelemahan. Kelemahan pertama adalah pemonitoran tidak dapat dilakukan setiap waktu, robot harus dimatikan, baterai dilepas, lalu diukur. Kelemahan kedua adalah ketidakakuratan hasil pengukuran. Tegangan baterai pada kondisi aktif selalu lebih rendah dari kondisi tanpa beban. Jadi mungkin saja tegangan baterai sudah dibawah 80% pada kondisi aktif, akan tetapi pembacaan voltmeter masih diatas 80 %.
            Untuk mengatasi hal diatas, sebaiknya pemonitoran dilakukan di dalam rangkaian pada kondisi aktif. Pemonitoran ini dilakukan dengan menggunakan battery monitor. Battery monitor umumnya tidak mengukur tegangan secara presisi, tidak seperti voltmeter. Akan tetapi battery monitor akan mendisplay perkiraan tegangan dan memberikan peringatan jika baterai hampir mati.



Gambar 3.1 Penurunan tegangan beberapa jenis baterai pada saat pemakaian
     

3.2 Kerapatan Energi
            Parameter baterai yang sangat penting adalah Kerapatan Energi (Energy Density). Jumlah maksimum energi per unit masa dari suatu teknologi baterai tertentu yang dapat disimpan disebut sebagai Kerapatan Energi. Kerapatan Energi biasanya diukur dalam satuan Watt-hours/kilogram (Wh/kg). Satuan lainnya yaitu: energy per unit volume.



Gambar 3.2 Perbandingan kerapatan energi untuk beberapa teknologi penyimpan energi (pada temperatur kamar). Satuan Watt-hours/kilogram.


3.3 Kapasitas
            Kapasitas (Capacity) adalah energi yang disimpan di dalam sebuah cell. Energi yang dapat disimpan dalam baterai bersifat terbatas. Kapasitas baterai dapat dinyatakan dalam parameter kapasitas arus atau biasa disebut kapasitas saja. Kapasitas baterai memiliki satuan AH (ampere-hour) atau mAH (mili ampere hour, 1000 mAH = 1 AH). Kapasitas adalah perkalian antara arus konstan yang dikeluarkan dengan lamanya pemakaian baterai. Sebagai contoh baterai 500 mAH mampu mengeluarkan arus 250 mA secara konstan selama 2 jam atau arus konstan 10 mA selama 50 jam. Disamping itu kapasitas juga merupakan perkalian antara kerapatan energi dengan masa baterai.
            Pada kenyataannya sebagian besar baterai tidak mampu mengeluarkan arus sebesar ratingnya. Contohnya baterai 500 mAH tidak mampu mengeluarkan arus konstan 500 mAH selama 1 jam. Arus sebesar ini akan menghasilkan panas yang cukup signifikan. Baterai akan berperilaku aneh (mengeluarkan tegangan dan arus dengan nilai yang tidak diharapkan) dan bahkan dapat rusak. Selain itu umumnya baterai juga tidak mampu mengeluarkan arus sangat kecil selama waktu yang diharapkan dalam rating. Sebagai contoh baterai 500 mAH tidak dapat mengeluarkan arus konstan 0.1 mA selama 5000 jam, arus ini hanya akan bertahan kurang dari 5000 jam. Penyebabnya adalah self discharge baterai. Pada rentang waktu yang lama kebocoran kapasitas baterai akan lebih terasa.
            Untuk pemakaian robot, sebaiknya kita pilih baterai yang memiliki rating amp-hour sekitar 20 – 40 % lebih tinggi dari yang dibutuhkan. Penghitungan kapasitas yang dibutuhkan pada robot hampir tidak mungkin dilakukan sampai seluruh robot dirancang dan dirakit atau kecuali anda dapat dengan baik memperhitungkan konsumsi arus yang dibutuhkan.



Gambar 3.3 Kurfa penurunan tegangan sebuah baterai 1 AH untuk pemakaian 3, 5, dan 7 jam



( Sumber: Terjemahan dari berbagai sumber) 


Biografi Penulis
Ir. Sony Sumaryo

[deskripsi penulis]

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

SUNDIAL ROBOTIC COMPETITION 2018

PUSPA IPTEK SUNDIAL DAN ROBOCLUB : Mempersembahkan: SUNDIAL ROBOTIC COMPETITION 2018 Ayo persiapkan diri kamu untuk mengikuti ran...