Baterai Balancing Cell-to-Pack, Pack-to-Cell, dan Cell-to-Cell

Balancing baterai adalah proses menyeimbangkan tegangan di antara sel-sel dalam satu paket baterai agar memastikan setiap sel memiliki tegangan yang sama dan menghindari kerusakan atau penurunan performa. Terdapat beberapa metode balancing baterai, termasuk cell to cell, cell to pack, dan pack to cell:

Cell to Cell Balancing

Metode ini menggunakan dua pendekatan: passive balancing dan active balancing. Mari kita perjelas lebih detail:

Baca Juga : Balancing Baterai Active dan Passive

Passive Balancing

• Cara Kerja: Dalam passive balancing, sel yang memiliki tegangan lebih tinggi akan mengeluarkan energinya sebagai panas melalui resistor. Misalnya, jika satu sel dalam paket baterai memiliki tegangan lebih tinggi dari yang lain, resistor akan ditempatkan di antara sel tersebut dan ground, yang akan membuang kelebihan energi sebagai panas sampai tegangannya sama dengan sel lain.
• Komponen Utama: Resistor, MOSFET (sebagai saklar untuk mengontrol kapan resistor diaktifkan).
• Aplikasi: Biasanya digunakan pada sistem baterai yang lebih sederhana seperti baterai dalam perangkat elektronik kecil. Karena metode ini tidak efisien dari segi energi, metode ini kurang cocok untuk paket baterai besar seperti pada kendaraan listrik.

Active Balancing

• Cara Kerja: Active balancing menggunakan komponen elektronik seperti kapasitor atau induktor untuk memindahkan energi dari satu sel yang memiliki tegangan lebih tinggi ke sel yang memiliki tegangan lebih rendah. Ini menghindari pemborosan energi karena tidak ada energi yang dibuang sebagai panas.
• Komponen Utama: Kapasitor, induktor, converter DC-DC, MOSFET, kontroler BMS.
• Aplikasi: Digunakan dalam sistem baterai yang lebih besar, seperti kendaraan listrik (EV) atau sistem penyimpanan energi besar, di mana efisiensi energi sangat penting.

Contoh Teknik Active Balancing:

• Capacitive Charge Shuttling: Kapasitor dipakai untuk menyerap energi dari sel yang lebih tinggi tegangannya, lalu mentransfernya ke sel yang lebih rendah.
• Inductive Energy Transfer: Menggunakan induktor, energi dipindahkan dari sel yang lebih kuat ke yang lebih lemah dengan konversi yang lebih efisien.

Cell to Pack Balancing

Dalam cell to pack balancing, energi berlebih dari satu atau beberapa sel dalam paket akan dipindahkan ke seluruh paket. Ini lebih kompleks karena tidak hanya menangani balancing antar sel, tetapi juga antar modul dalam paket baterai besar.

• Cara Kerja: Jika ada satu sel atau beberapa sel yang bertegangan lebih tinggi, BMS akan mengarahkan energi tersebut ke seluruh paket baterai. Ini sering dilakukan dengan konverter DC-DC atau perangkat switching lain yang mampu mendistribusikan energi secara selektif.
• Komponen Utama: DC-DC converter, MOSFET, kontroler BMS yang lebih canggih.
• Aplikasi: Cell to pack balancing digunakan dalam sistem besar seperti baterai pada sistem penyimpanan energi grid atau kendaraan listrik. Karena efisiensi energi, ini sangat penting dalam menjaga performa dan umur panjang baterai.

Keuntungan:

• Dapat digunakan dalam sistem dengan banyak sel dan modul.
• Mengurangi panas yang dihasilkan dibandingkan dengan passive balancing.

Pack to Cell Balancing

Pack to cell balancing lebih fokus pada distribusi energi dari keseluruhan paket baterai ke sel individual yang lebih lemah. Ini lebih rumit karena seluruh paket harus memiliki kontrol terpusat yang sangat presisi untuk mendistribusikan energi ke sel yang membutuhkan balancing.

• Cara Kerja: Pada sistem ini, BMS akan memantau tegangan di seluruh paket baterai dan sel individual. Jika ada sel yang tegangannya lebih rendah, energi dari paket baterai akan dialihkan untuk mengisi sel tersebut sampai mencapai kesetimbangan. Ini biasanya dilakukan dengan perangkat DC-DC converter yang lebih efisien.
• Komponen Utama: DC-DC converter, induktor, kontroler BMS dengan algoritma yang sangat canggih.
• Aplikasi: Biasanya digunakan pada sistem penyimpanan energi yang lebih besar dan kritis seperti penyimpanan energi terbarukan (solar, angin) atau kendaraan listrik dengan paket baterai berkapasitas besar.

Baca Juga : Apa itu DOD dan pengaruhnya pada Baterai?

Keuntungan:

• Memastikan distribusi energi yang lebih efisien dan lebih akurat.
• Menjaga keseimbangan antara sel dalam paket baterai besar.

Penerapan Algoritma Balancing dalam BMS

Salah satu hal terpenting dalam balancing baterai adalah algoritma yang digunakan dalam BMS (Battery Management System). BMS modern menggunakan algoritma untuk:

• Memantau tegangan setiap sel secara real-time.
• Mengontrol kapan balancing harus dilakukan.
• Menentukan metode balancing mana yang paling efisien berdasarkan kondisi baterai (misalnya, passive atau active balancing).
• Menyesuaikan balancing berdasarkan pola pengisian dan pengosongan baterai.

Algoritma Commonly Used:

• Rule-based Balancing: Di sini, balancing dilakukan saat tegangan sel melewati ambang tertentu (misalnya, jika tegangan sel > 4.2V, maka balancing akan dimulai).
• Proportional Balancing: Energi ditransfer antar sel berdasarkan perbedaan tegangan yang proporsional untuk menjaga efisiensi.

Contoh Implementasi pada EV (Electric Vehicle)

Kendaraan listrik seperti Tesla menggunakan active balancing untuk memastikan bahwa setiap sel dalam paket baterainya tetap dalam kondisi optimal. Ini penting untuk memperpanjang umur baterai, meningkatkan efisiensi energi, dan menghindari risiko kegagalan sel (seperti overcharging atau overheating).

Kesimpulan

• Cell to cell balancing cocok untuk aplikasi kecil dan sederhana dengan biaya rendah.
• Cell to pack balancing lebih efisien untuk baterai besar dan modul-modul yang membutuhkan distribusi energi antar sel.
• Pack to cell balancing sangat efisien dan cocok untuk sistem energi besar dan kompleks, meskipun lebih mahal dan memerlukan kontroler yang canggih.

Memahami metode balancing ini penting untuk menjaga performa, efisiensi, dan keselamatan baterai dalam berbagai aplikasi, mulai dari perangkat kecil hingga kendaraan listrik dan penyimpanan energi besar.