 |
| Konfigurasi Baterai Seri dan Paralel |
Belajar cara menyusun baterai untuk meningkatkan tegangan ataupun kapasitas / arus.
Cakupan tegangan operasi pada Paket Baterai (Battery Pack) yang biasa digunakan untuk supply perangkat elektronika seperti laptop, power bank, Jump-Starter, Drone, dll., ditentukan oleh beberapa sel baterai yang disusun seri, tegangan total adalah jumlah dari masing-masing tegangan sel baterai. Sementara itu, sel baterai yang disusun secara paralel mampu meningkatkan total kapasitas Paket Baterai (Battery Pack).
Satuan tegangan adalah volt (V), arus adalah ampere (A), kapasitas adalah ampare hour (Ah), sedangkan daya adalah watt (W) hasil kali dari tegangan dan arus.
Satuan tegangan adalah volt (V), arus adalah ampere (A), kapasitas adalah ampare hour (Ah), sedangkan daya adalah watt (W) hasil kali dari tegangan dan arus.
Paket Baterai bisa terdiri dari kombinasi hubungan seri dan paralel. Baterai laptop umumnya memiliki empat sel baterai Li-ion 3.6V tersusun seri untuk mencapai tegangan kerja / tegangan operasi 14.4V dan dua sel baterai tersusun paralel untuk meningkatkan kapasitas dari 2400mAh (2.4Ah) ke 4800mAh (4.8Ah). Konfigurasi seperti ini disebut 4S2P (4 seri 2 paralel). Isolasi foil antara sel-sel baterai berguna untuk mencegah terjadinya korsleting / hubung singkat.
Perlu diperhatikan bahwa, pemilihan jenis sel baterai harus seragam antara merek, ukuran, tegangan, dan kapasitas / arus (Ah), dan jangan pernah mencampur dengan spesifikasi yang berbeda, karena bisa menyebabkan ketidak seimbangan. Setiap sel baterai saling mempengaruhi dalam susunan, jika salah satunya lemah bisa mematahkan kinerja Paket Baterai, atau jika salah satunya lebih kuat bisa menyebabkan ripple current (arus DC yang tidak stabil).
 |
| Link rantai mewakili susunan seri sel baterai |
Sel baterai yang lemah tidak sekaligus rusak begitu saja, melainkan ada gejala ngedrop terlebih dahulu. Pada saat Charging ON, sel baterai yang lemah mengalami pengisian lebih lama sebelum sel-sel normal lainnya, kondisi seperti ini tidak efektif dan tidak efisien, karena gara-gara satu atau beberapa sel baterai lemah, maka sel-sel normal lainnya tidak mendapatkan Charge yang maksimal / full. Jadi, jika batterai laptop Anda ngedrop itu belum tentu semua cell baterainya rusak / drop, melainkan ada salah satu atau beberapa saja yang rusak / drop, sehingga menghambat charging cell-cell yang masih baik.
Sementara itu, nominal tegangan sel baterai berbasis nikel adalah 1.2V, basa 1.5V, perak-oksida 1.6V, asam timbal 2V, lithium primer berkisar 3V-3.9V, Li-ion 3.6V, Li-fosfat 3.2V, Li-titanat 2.4V, Li-mangan dan sistem berbasis lithium lainnya sering menggunakan tegangan sel 3.7V dan berdaya tinggi. Alasannya adalah semakin kecil resistansi internal sel baterai, maka tegangan dan daya semakin tinggi (Prinsip Hukum Ohm).
Gambar di bawah ini mengilustrasikan sebuah paket baterai dengan 3 sel baterai dengan 1 sel drop, dimana hanya menghasilkan 0.6V bukan 1.2V full. Saat mendapat pressure charging tegangan kerja, maka saat baterai mencapai batas maksimum pengisian, tidak berlangsung lama bateraipun langsung drop dengan pesan "Battery Low".
Baterai drone dan remote control untuk hobi mensyaratkan beban arus tinggi, dan sering menunjukan penurunan tegangan tak terduga, andai kata salah satu sel baterai dalam paket melemah. Gambar di atas mengilustrasikan arus maksimum sel-sel baterai normal habis terbuang hanya untuk menekan sel baterai yang lemah, hanya agar sel lemah tersebut mencapai semestinya tegangna kerja, dan hasilnya sia-sia, bahkan sampai sel-sel baterai normal kehabisan daya.
Sebuah sel baterai yang mengalami drop / peningkatan resistansi tidak akan berarti terlalu serius pada konfigurasi paralel, beda halnya dengan rangkaian seri yang bisa berdampak sistemik / disfungsi / mati total. Tapi sel baterai drop tersebut akan mengurangi total daya.
Sama halnya 6 kuda menarik kereta kencana, meski satu kuda mati, namun 5 yang tersisa masih kuat menarik kereta kencana tersebut, meski beban yang ditanggung setiap kuda menjadi sedikit lebih berat, sehingga cepat lelah.
Sebuah sel baterai drop pada konfigurasi paralel tidak akan mengurangi tegangan, akan tetapi akan mengurangi runtime / capacity / daya. Sementara itu, sebuah sel korsleting dapat menyebabkan panas berlebih hingga memicu kebakaran.
 |
| Life Cycle Performa Paket Baterai Seragam VS. Paket Baterai Campur. |
Aplikasi Sel Baterai Tunggal
Konfigurasi sel tunggal adalah baterai paling sederhana, sel baterai tidak perlu penyeragaman dan tidak perlu rangkaian / sirkuit pengaman. Contoh satu sel baterai Li-ion, pada umumnya terdapat di ponsel atau tablet dengan tegangan 3.6V, pada baterai alkaline 1.5V untuk jam dinding, dll.Sementara itu, nominal tegangan sel baterai berbasis nikel adalah 1.2V, basa 1.5V, perak-oksida 1.6V, asam timbal 2V, lithium primer berkisar 3V-3.9V, Li-ion 3.6V, Li-fosfat 3.2V, Li-titanat 2.4V, Li-mangan dan sistem berbasis lithium lainnya sering menggunakan tegangan sel 3.7V dan berdaya tinggi. Alasannya adalah semakin kecil resistansi internal sel baterai, maka tegangan dan daya semakin tinggi (Prinsip Hukum Ohm).
Aplikasi Sel Baterai Seri
Peralatan portabel biasanya memerlukan tegangan lebih tinggi, oleh sebab itu digunakanlah paket baterai dengan susunan sel baterai dua atau lebih yang terhubung secara seri. Gambar di bawah ini merupakan contoh paket baterai dengan 4 sel baterai, masing-masing bertegangan 1.2V berbasis nikel. Dikenal sebagai 4S (4Seri), untuk menghasilkan 4.8V. Sebagai perbandingan, Anda bisa menggunakan sel baterai dengan bahan / basis lainnya, silakan amati perbedaan tegangannya. |
| Rangkaian Seri Sel Baterai |
Gambar di bawah ini mengilustrasikan sebuah paket baterai dengan 3 sel baterai dengan 1 sel drop, dimana hanya menghasilkan 0.6V bukan 1.2V full. Saat mendapat pressure charging tegangan kerja, maka saat baterai mencapai batas maksimum pengisian, tidak berlangsung lama bateraipun langsung drop dengan pesan "Battery Low".
 |
| Rangkaian Seri Sel Baterai Drop |
Baterai drone dan remote control untuk hobi mensyaratkan beban arus tinggi, dan sering menunjukan penurunan tegangan tak terduga, andai kata salah satu sel baterai dalam paket melemah. Gambar di atas mengilustrasikan arus maksimum sel-sel baterai normal habis terbuang hanya untuk menekan sel baterai yang lemah, hanya agar sel lemah tersebut mencapai semestinya tegangna kerja, dan hasilnya sia-sia, bahkan sampai sel-sel baterai normal kehabisan daya.
Aplikasi Sel Baterai Paralel
Jika arus lebih tinggi diperlukan untuk supply perangkat elektronika Anda, namun di pasaran tidak tersedia sel baterai yang sesuai, maka langkah yang bisa Anda lakukan adalah dengan menyusun beberapa sel baterai secara paralel. Kebanyakan baterai kimia dengan konfigurasi paralel memiliki sedikit efek samping. Gambar di bawah mengilustrasikan empat sel yang terhubung secara paralel dalam susunan P4. Tegangan paket tersebut diilustrasikan 1.2V, namum memiliki runtime 4x lipat (kapasitas). |
| Rangkaian Paralel Sel Baterai |
Sebuah sel baterai yang mengalami drop / peningkatan resistansi tidak akan berarti terlalu serius pada konfigurasi paralel, beda halnya dengan rangkaian seri yang bisa berdampak sistemik / disfungsi / mati total. Tapi sel baterai drop tersebut akan mengurangi total daya.
Sama halnya 6 kuda menarik kereta kencana, meski satu kuda mati, namun 5 yang tersisa masih kuat menarik kereta kencana tersebut, meski beban yang ditanggung setiap kuda menjadi sedikit lebih berat, sehingga cepat lelah.
 |
| Rangkaian Paralel Sel Baterai Drop |
Sebuah sel baterai drop pada konfigurasi paralel tidak akan mengurangi tegangan, akan tetapi akan mengurangi runtime / capacity / daya. Sementara itu, sebuah sel korsleting dapat menyebabkan panas berlebih hingga memicu kebakaran.
Aplikasi Sel Baterai Kombinasi Paralel & Seri
Konfigurasi kombinasi seri dan paralel ditunjukan oleh gambar di bawah 2S2P (2 Seri 2 Paralel), hal ini memungkinkan fleksibilitas dalam mencapai tegangan dan arus yang dikehendaki tanpa mengabaikan ukuran standar sel baterai. Total daya yang diilustrasikan pada gambar adalah empat 1.20V x 1000mAh = 4.8Wh.
 |
| Rangkaian Kombinasi Seri-Paralel Sel Baterai |
Kemampuan Li-ion cocok diterapkan untuk konfigurasi kombinasi seri-paralel, tapi perlu pantauan khusus agar tetap dalam batas toleransi tegangan kerja. Komponen IC diperlukan untuk mengontrol hal ini, salah satunya IC Regulator.
Referensi:
http://batteryuniversity.com/learn/article/serial_and_parallel_battery_configurations