Baterai Mobil Listrik dan Karakteristiknya

Sinergimas. Baterai atau sering disebut “aki” adalah salah satu komponen terpenting dalam sistem mobil listrik. Untuk kendaraan listrik, baterai merupakan satu-satunya “nyawa”, karena hanya energi listrik yang tersimpan dalam baterai itulah satu-satunya sumber energi penggerak kendaraan tersebut. Jenis atau tipe serta karakteristik baterai atau aki pada mobil listrik pun tergantung pada sistem mobilnya. Baterai paling populer yang digunakan adalah lithium-ion. Baterai yang dianggap zero emission disingkat ZEBRA. Baterai paling sesuai untuk mobil hybrid adalah NiMH.

Baterai untuk Mobil Listrik

Baterai mobil listrik berbeda dengan baterai starting, lightning dan ignition (SLI). Baterai SLI adalah baterai yang biasa dipasang di mobil bensin atau solar. Jenis baterai untuk mobil listrik dirancang sebagai sistem penyimpanan energi, mampu menyalurkan daya dalam periode lama dan berkelanjutan. Sedikitnya ada 5 (lima) jenis baterai kendaraan listrik patut dikenal dan dipahami pengguna kendaraan listrik, yaitu :

1. Lithium-Ion (Li-On)

Jenis baterai untuk mobil listrik paling banyak diaplikasikan adalah baterai LiOn. Baterai ini mungkin sudah tidak asing lagi bagi kita karena juga digunakan di banyak peralatan elektronik portabel seperti ponsel dan laptop. Perbedaan utama adalah soal skala. Kapasitas dan ukuran fisiknya ini pada mobil listrik jauh lebih besar ini sering disebut sebagai traction battery pack.

Baterai Li-on memiliki rasio daya terhadap berat sangat tinggi. Jenis baterai mobil listrik satu ini efisiensi energinya tinggi. Kinerjanya pada suhu tinggi juga baik. Baterai tersebut memiliki rasio energi lebih besar tiap beratnya sebuah paramater karakteristik yang sangat penting pada baterai mobil listrik. Makin kecil berat baterai (kapasitas kWH sama) berarti mobil dapat melakukan perjalanan lebih jauh dengan sekali pengisian daya. Baterai ini juga memiliki tingkat “self-discharge” rendah, sehingga baterai paling baik dibanding baterai lain dalam mempertahankan kemampuan menahan muatan penuhnya.

Selain itu, sebagian besar bagian baterai Li-on dapat didaur ulang, menjadi pilihan tepat bagi peminat electric car yang sadar lingkungan. Mobil BEV serta PHEV menjadi paling banyak memakai baterai lithium.

Jenis-jenis baterai Li-on:

Lithium Iron Phosphate (LiFePO4) - LFP
Lithium Nickel Cobalt Aluminum Oxide (LiNiCoAlO2) - NCA
Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (LiNiMnCoO2) - NMC
Lithium Titanate (Li2TiO3) - LTO • Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4) - LMO
Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) - LCO

2. Baterai Nickel-Metal Hybrid (NiMH)

Baterai NiMH tidak hanya digunakan di mobil hybrid-electric vehicle (HEV), tetapi juga sukses digunakan di beberapa mobil BEV. Jenis baterai mobil listrik hibrida tidak mendapatkan daya dari luar atau dapat diisi ulang dari sumber luar sistem mobil. Pengisian ulang jenis baterai mobil listrik hybrid tergantung putaran mesin, roda dan pengereman regeneratif. Baterai NiMH memiliki siklus hidup yang lebih lama daripada baterai lithium-ion atau baterai SLA. Baterai NiMH aman dan toleran terhadap ketidaktepatan penggunaan. Kekurangan terbesar baterai NiMH, antara lain harganya relatif lebih mahal, tingkat self-discharge tinggi dan menghasilkan panas nan signifikan pada suhu tinggi. Kekurangan-kekurangan tersebut membuat NiMH kurang efektif sebagai baterai untuk mobil listrik yang baterainya harus dapat diisi ulang dari luar sistem, semisal dari jaringan PLN. Itulah sebabnya mengapa tipe-tipe baterai untuk mobil listrik tersebut paling banyak diterapkan oleh mobil hibrida.

3. Baterai Lead-Acid (SLA)

Baterai SLA (asam-timbal) merupakan baterai isi ulang tertua. Dibanding baterai lithium dan NiMH, baterai asam-timbal memang kalah dalam kapasitas dan bobotnya jauh lebih berat, namun harganya relatif murah serta aman. Ada tipe baterai mobil listrik SLA kapasitas besar dalam pengembangan, tetapi baterai SLA sekarang hanya digunakan oleh kendaraan komersial sebagai sistem penyimpanan sekunder.

4. Baterai Ultracapacitor

Baterai ultracapacitor tidak seperti definisi baterai umumnya. Berkebalikan dengan baterai elektrokimia lainnya, jenis baterai mobil listrik ultracapacitor justru menyimpan cairan terpolarisasi antara elektroda dan elektrolit. Dengan meningkatnya luas permukaan cairan, kapasitas penyimpanan energi juga meningkat. Seperti baterai SLA, baterai ultracapacitor sangat sesuai sebagai perangkat penyimpanan sekunder dalam kendaraan listrik. Hal ini dikarenakan ultracapacitor membantu baterai elektrokimia meningkatkan level bebannya. Selain itu, ultracapacitor dapat memberikan daya ekstra kepada kendaraan listrik selama akselerasi serta pengereman regeneratif.

5. Baterai ZEBRA

Baterai untuk mobil listrik ZEBRA adalah varian suhu rendah dari baterai sodium-sulfur (NaS) dan merupakan pengembangan dari ZEBRA. Awalnya “Zeolite Battery Research Africa” kemudian menjadi baterai “Zero Emissions Batteries Research Activity” pada tahun 1985. Sejak awal baterai ZEBRA memang dikembangkan untuk aplikasi kendaraan listrik. Baterai menggunakan NaAlCl4 dengan elektrolit keramik Na + -beta-alumina. Keuntungan baterai ini antara lain kepadatan energi yang tinggi (5 kali lebih tinggi dibandingkan baterai SLA), sel besar (hingga 500Ah), siklus hidup > 1000 siklus, toleransi korsleting, lebih aman dari sel Sodium Sulfur, kegagalan sel yang khas adalah korsleting namun tidak menyebabkan baterai rusak sepenuhnya dan bahan biaya rendah.

Sistem Manajemen Baterai

Sistem manajemen baterai atau Battery Management systems (BMS) adalah suatu sistem teknologi yang berfungsi memaksimalkan masa pakai baterai kendaraan listrik dan karakteristiknya. Sangat disarankan agar semua kendaraan listrik bertenaga baterai dipasang BMS. Tujuannya adalah untuk memastikan baterai tetap berada dalam parameter kerja idealnya. Beberapa kimia baterai, seperti asam timbal cukup toleran terhadap salah pakai. Sedangkan lithium dan NiMH keduanya dapat rusak secara permanen oleh satu insiden salah pakai seperti pengisian berlebih (over charging), over discharging, atau pemanasan berlebih. Semua jenis baterai untuk mobil listrik akan mendapat manfaat banyak dengan pemasangan BMS.

Beberapa fungsi spesial sistem manajemen baterai, pertama penyeimbangan muatan (charge balancing), untuk memastikan semua sel menyelesaikan pengisian pada waktu yang sama lalu untuk mencegah kerusakan melalui pengisian berlebih. Kedua, penyeimbangan aktif (active balancing), di mana energi dialihkan dari sel lebih kuat ke sel lebih lemah, untuk memastikan semua sel mencapai titik pembuangan maksimum pada saat bersamaan.

Ketiga, Pemantauan suhu (temperature monitoring), untuk menghindari kerusakan karena terlalu panas. Keempat, cutoff tegangan rendah (low-voltage cutoff), cara mengisolasi baterai ketika sel mana pun mencapai tegangan minimum yang disarankan, serta untuk menghindari kerusakan karena pemakaian berlebih dan kelima, Pemantauan state of charge (SOC) semua sel baterai pada mobil listrik. Melalui pemantauan tegangan dan arus, sisa kapasitas masing-masing sel dapat dihitung. (Red/ dikutip dari www.omazaki.co.id)