Paket baterai yang menggunakan Lithium-ion memerlukan sirkuit perlindungan wajib untuk memastikan keamanan dalam (hampir) semua situasi. Diatur oleh IEC 62133, keamanan sel atau paket Li-ion dimulai dengan menyertakan beberapa atau semua perlindungan berikut.
- PTC (koefisien suhu positif) bawaan melindungi dari lonjakan arus.
- CID (perangkat pemutus sirkuit) membuka sirkuit pada tekanan sel sebesar 1.000kPa (145psi).
- Ventilasi keamanan melepaskan gas pada peningkatan tekanan yang berlebihan pada 3.000kPa (450psi).
- Pemisah menghambat aliran ion dengan proses pelelehan saat melebihi ambang batas suhu tertentu
PTC dan CID berfungsi dengan baik dalam paket sel 2 atau 3 sel dengan konfigurasi seri dan paralel, namun, perangkat perlindungan keamanan ini sering diabaikan dalam baterai multi-sel yang lebih besar, seperti yang digunakan pada alat-alat listrik, karena pemadaman dapat terjadi dalam format berantai.
Meskipun beberapa sel mungkin mati lebih awal, arus beban menyebabkan arus berlebih pada sel-sel yang tersisa. Kondisi beban berlebihan seperti ini dapat menyebabkan kejadian termal berantai sebelum perangkat keamanan tersisa aktif.
Selain perlindungan sel internal, sirkuit perlindungan elektronik eksternal mencegah sel melebihi 4,30V selama pengisian. Selain itu, sekering memutus aliran saat suhu kulit sel mendekati 90°C (194°F). Untuk mencegah baterai dari pengosongan berlebih, sirkuit pengendalian memutus jalur saat mencapai sekitar 2,20V/sel.
Setiap sel dalam rangkaian memerlukan pemantauan tegangan independen. Semakin banyak jumlah sel, semakin kompleks sirkuit perlindungan tersebut. Empat sel dalam seri telah menjadi batas praktis untuk aplikasi konsumen. Saat ini, chip yang tersedia juga mendukung 5–7, 7–10, dan 13 sel dalam seri. Untuk aplikasi khusus, seperti kendaraan hibrid atau listrik yang memberikan beberapa ratus volt, sirkuit perlindungan khusus dibuat. Memantau dua atau lebih sel secara paralel untuk mendapatkan arus yang lebih tinggi kurang kritis dibandingkan dengan mengendalikan tegangan dalam konfigurasi seri.
Baca juga Baterai Graphene vs Lithium
Sirkuit perlindungan hanya dapat melindungi dari penyalahgunaan dari luar, seperti hubungan pendek listrik atau pengisi daya yang rusak. Namun, jika cacat terjadi di dalam sel, seperti kontaminasi partikel logam mikroskopis, sirkuit perlindungan eksternal memiliki sedikit efek dan tidak dapat menghentikan reaksi tersebut. Pemisah yang diperkuat dan dapat memperbaiki diri sedang dikembangkan untuk sel yang digunakan dalam powertrain listrik, tetapi hal ini membuat baterai menjadi besar dan mahal.
Baterai Li-ion umumnya didepresiasi hingga 3,0V/sel. Pemutusan daya “tegangan rendah” yang diizinkan terendah adalah 2,5V/sel. Tidak dianjurkan untuk menjaga baterai pada level tersebut karena autodepresiasi dapat membawa sel ke batas pemutusan daya, menyebabkan baterai masuk ke mode tidur. Sebagian besar pengisi daya mengabaikan paket Li-ion yang masuk ke mode tidur dan pengisian tidak lagi mungkin.
Dalam posisi ON, sirkuit perlindungan internal memiliki resistansi 50–100mOhm, lebih rendah pada paket daya. Biasanya, sirkuit ini terdiri dari dua sakelar yang terhubung seri; satu bertanggung jawab atas pemutusan tinggi, dan yang lainnya untuk pemutusan rendah. Paket yang lebih besar memerlukan desain yang lebih hati-hati daripada baterai yang lebih kecil, dan paket sel tunggal untuk ponsel dan tablet mendapatkan batasan tegangan dan arus selain perlindungan sel intrinsik.
Beberapa pengisi daya konsumen murah mungkin hanya mengandalkan sirkuit perlindungan baterai untuk menghentikan pengisian. Redundansi sangat penting untuk keamanan, dan tanpa diketahui oleh pembeli, pengisi daya konsumen murah mungkin ditawarkan tanpa algoritma pengisian yang berfungsi dengan baik. Ini bisa menjadi pengisi daya mobil untuk ponsel atau e-sigaret.
Kejadian yang lebih lanjut muncul jika listrik statis telah merusak sirkuit perlindungan baterai. Sakelar padat pendek permanen terlekat dalam posisi ON tanpa diketahui oleh pengguna. Baterai dengan sirkuit perlindungan yang rusak berfungsi secara normal tetapi gagal memberikan perlindungan. Tegangan sel dapat naik di atas level aman dan melebihi baterai. Pemanasan dan bengkak adalah tanda-tanda awal kerusakan, tetapi beberapa baterai meledak tanpa peringatan.
Harga murah membuat produk dari Asia menarik, namun standar keamanan mungkin tidak sebanding dengan produk merek terkenal. Pembeli yang bijak mengeluarkan sedikit lebih banyak uang dan membeli merek yang diakui.
Pedoman Sederhana Penggunaan Baterai Lithium-ion
- Anda perlu sangat hati – hati saat menangani dan menguji baterai lithium-ion.
- Jangan melakukan hubung singkat (short), pengisian berlebih (overcharge), penekanan, jatuhkan, mutilasi, penetrasi dengan benda asing, aplikasi polaritas terbalik, paparan suhu tinggi, atau membongkar paket dan sel.
- Gunakan hanya sel lithium-ion dengan sirkuit perlindungan yang ditentukan dan pengisi daya yang disetujui. Segera hubungi kami untuk desain baterai lithium-ion yang aman.
- Hentikan penggunaan baterai dan/atau pengisi daya jika suhu paket naik lebih dari 10ºC (18ºF) selama pengisian biasa.
- Elektrolitnya sangat mudah terbakar dan pecahnya baterai dapat menyebabkan cedera fisik.
- Gunakan pemadam busa, CO2, bahan kimia kering, grafit serbuk, serbuk tembaga, atau soda (natrium karbonat) untuk memadamkan api lithium-ion. Hanya tuangkan air untuk mencegah api menyebar.
- Jika api dari baterai lithium-ion yang terbakar tidak bisa dipadamkan, biarkan paketnya terbakar habis dengan sendirinya dengan cara yang terkendali dan aman.
Artikel ini telah direview oleh tim Teknis Matador Lectro.asia dengan pengalaman sudah mengerjakan baterai packing dengan BMS (Battery Management System) untuk berbagai merk motor listrik seperti Gelis, Viar, Tomara, Selis dan Motoriz.