Mobil listrik (EV) menempatkan tuntutan baru pada baterai, dan sumber energi modern. Namun, kita bertanya: “Mengapa baterai di ponsel kita hanya bertahan selama tiga tahun sementara baterai di EV dapat bertahan lebih dari 10 tahun?” Tidak semua jawaban diketahui, dan industri baterai dipenuhi dengan janji-janji yang tidak terpenuhi. Kemajuan terus dilakukan, tetapi penyimpanan energi listrik secara ekonomis tetap menjadi salah satu tantangan yang belum terpecahkan untuk di masa depan.
Rahasia umur panjang baterai EV adalah oversizing dan hanya beroperasi di kisaran menengah dengan banyak “kapasitas cadangan” sebagai cadangan di pita atas dan bawah. Penggunaan sebagian mengurangi stres baterai, tetapi meninggalkan penyimpanan energi berharga yang kurang dimanfaatkan. Oversizing juga menambah biaya dan berat, tetapi kapasitas cadangan ini pada akhirnya akan digunakan ketika kapasitas memudar.
Mengisi baterai hanya hingga 80% dan melepaskannya hingga 20%, seperti biasanya dilakukan pada baterai EV baru, hanya menggunakan 60% dari kapasitasnya. Ketika penerimaan muatan memudar dengan penggunaan dan waktu, BMS onboard menuntut muatan yang lebih tinggi dan pelepasan yang lebih rendah untuk memenuhi jangkauan berkendara. Penyesuaian ini tidak terperhatikan oleh pengemudi sampai terjadi penurunan jangkauan berkendara. Ini terjadi ketika “kapasitas cadangan” habis digunakan.
Secara teoritis, pengurasan memerlukan muatan penuh dan pelepasan penuh untuk memenuhi kebutuhan energi. Pada titik ini, stres baterai meningkat dan pengurangan kapasitas berakselerasi, mengakibatkan penurunan jangkauan berkendara. Perubahan ini dapat diprediksi dan berkembang selama beberapa tahun berkendara. Begitu kapasitas baterai telah turun menjadi 70%, EV masih dapat digunakan untuk komuting pendek dan urusan sehari-hari. Dalam kebanyakan kasus, pengurangan kapasitas hanya mengurangi jangkauan berkendara sementara daya tetap kuat.
Ponsel tidak menerapkan kapasitas cadangan untuk memperpanjang umur baterai. Demi ukuran kecil dan waktu operasional yang lama, baterai digunakan sepenuhnya dari awal. Dari sudut pandang pengguna, sebaiknya tidak mengecilkan daya baterai ponsel terlalu dalam tetapi sering mengisinya. Umur baterai juga dapat diperpanjang dengan muatan sebagian, tetapi sebagian besar charger tidak memiliki ketentuan untuk menetapkan batas muatan. Pengaturan akhir muatan perlu dikendalikan secara manual. Produsen ponsel membangun keusangan yang seringkali sejalan dengan layar sentuh yang rusak atau keinginan fitur baru.
Sebagian besar baterai EV memiliki garansi 8 tahun atau batas jarak tempuh 160.000 km (100.000 mil). Produsen mobil listrik di California diwajibkan memperpanjang garansi menjadi 10 tahun atau batas jarak tempuh 240.000 km (150.000 mil). Tujuan USABC (United States Advanced Battery Consortium) adalah umur baterai 15 tahun dan 1.000 siklus pada tahun 2020. Laboratorium penelitian sudah melaporkan hingga 2.000 EFC (siklus penuh setara). Dengan 2.000 siklus pada masing-masing 250 km (156 mil), baterai EV akan baik untuk 500.000 km (312.000 mil). Namun, uji coba yang dilakukan di laboratorium cenderung menunjukkan hasil yang lebih baik daripada di kehidupan nyata.
Gambar 1 membatasi jangkauan berkendara baterai baru dengan menambahkan kapasitas cadangan yang ditunjukkan dalam warna hijau. Setelah sekitar 900 siklus, kapasitas cadangan atas digunakan. Penyesuaian perangkat lunak dapat memperpanjang umur baterai dengan menambahkan lebih banyak kapasitas cadangan seperti yang ditunjukkan dalam grafik, tetapi ini mengurangi jangkauan berkendara.
Ketika semua kapasitas cadangan habis digunakan, baterai seolah-olah memerlukan muatan penuh dan pelepasan yang lebih dalam untuk memenuhi jangkauan berkendara.
Battery Aging
Penuaan Baterai merupakan proses multifaset yang tidak selalu dapat diantisipasi secara akurat.
Degradasi dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti usia, jumlah siklus, kecepatan pengisian daya, tingkat beban, dan suhu.
Tes mendalam, yang meniru kondisi yang dialami baterai kendaraan listrik (EV), dilakukan oleh Universitas Munich (TUM). Baterai yang digunakan dalam pengujian ini adalah sel Lithium-ion Nickel Cobalt Aluminium (NCA) yang ditempatkan dalam paket 18650, identik dengan sel yang ditemukan di Tesla EV.
Sel ini memiliki katoda yang terdiri dari nikel, kobalt, dan aluminium, dan anoda yang terbuat dari grafit. Ukuran sel, diidentifikasi sebagai 18650, menunjukkan diameter 16mm dan panjang 64mm.
Kalender Battery Aging
Tegangan pengisian yang lebih rendah dan suhu yang lebih dingin dapat mempertahankan daya tahan baterai Li-ion saat tidak digunakan.
Kehilangan kapasitas permanen terbesar tercatat pada tegangan pengisian tinggi, State of Charge (SoC) tinggi, dan suhu tinggi. Tidak ada sel Li-ion yang diisi hingga 4,20V/sel untuk mencapai SoC penuh, seperti yang dilakukan pada baterai ponsel karena kehilangan kapasitas akan besar (Lihat juga BU-702: Cara Menyimpan Baterai). Informasi tambahan dapat ditemukan pada BU-808: Cara Memperpanjang Umur Baterai Berbasis Lithium, Tabel 3.
Laporan menunjukkan bahwa di bawah kondisi yang tepat, penurunan kapasitas saat penyimpanan dapat dijaga di bawah 10% dalam 15 tahun. Kalender battery aging dan penurunan kapasitas oleh siklus bersifat akumulatif. Penurunan tidak linear; penurunan tertinggi terjadi pada awalnya dan melambat seiring waktu. Para ahli meyakini bahwa kehilangan kapasitas tinggi pada suhu tinggi terutama disebabkan oleh penuaan kalender daripada oleh siklus penggunaan.
Pedoman Sederhana untuk Memperpanjang Umur Baterai EV
- Batasi pengisian ultra cepat, terutama saat baterai dalam keadaan dingin. Gunakan Level 2 jika memungkinkan.
- Isi baterai hanya sampai tingkat yang diperlukan untuk kebutuhan harian. Pengisian penuh mempercepat penurunan kapasitas.
- Jangan buang baterai terlalu rendah karena ini meningkatkan resistansi internal. Isi lebih sering.
- Isi dan gunakan baterai pada suhu ruangan. Pengoperasian saat dingin mengurangi kapasitas.
- Simpan baterai di tempat yang sejuk dengan pengisian parsial. Penggunaan dan penyimpanan memiliki persyaratan yang berbeda.
- Atur suhu baterai ke suhu ruangan pada musim dingin sebelum pengisian dan mengemudi. BMS mungkin melakukannya secara otomatis.
- Isi EV setelah istirahat. Istirahat pada muatan rendah dapat membalikkan penurunan kapasitas.
- Sebaiknya biarkan baterai istirahat pada SoC rendah dan hanya isi sebelum digunakan. Berada pada muatan rendah mengurangi penuaan kalender dan mungkin juga membalikkan penurunan kapasitas.
Observasi Laboratorium
- Pengukur bahan bakar EV tidak mutlak. Akurasi dapat ditingkatkan dengan pengisian penuh sesekali dan pembongkaran mendalam untuk mereset bendera. Latihan ini mirip dengan mengkalibrasi baterai pintar.
- Pada suhu 40°C (104°F), efisiensi baterai di atas 95%, tetapi tingkat stres tinggi. Pada suhu 25°C (77°F), efisiensi antara 93–95%, dan pada suhu 10°C (50°F), efisiensi hanya 89–92%.
- SoC di atas 80% mempercepat degradasi katoda, pembongkaran di bawah 20% meningkatkan resistansi internal.
- Pemulihan kapasitas hanya mungkin pada SoC 50% ke bawah dari waktu ke waktu.
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.