Bagaimana Proses Pengujian Baterai EV?

Setiap proses pengujian baterai EV memiliki tujuan dan metode yang berbeda. Ada pengujian untuk memeriksa tegangan dan resistansi internal, pengukuran kapasitas, charge-discharge test, pengujian Battery Management System (BMS), hingga simulasi temperatur, vibrasi, dan kondisi lingkungan. Lalu, bagaimana proses pengujian baterai EV dilakukan di industri?

Proses Pengujian Baterai EV

Sebelum membahas prosesnya, penting memahami struktur baterai kendaraan listrik. Sistem baterai EV terdiri dari Cell – Module – Battery Pack – Battery Management System – Vehicle. Cell merupakan unit baterai terkecil. Beberapa cell kemudian disusun menjadi module, sementara beberapa module digabung menjadi battery pack. Pada setiap tahap tersebut terdapat parameter yang perlu diperiksa.

Sebagai contoh, perbedaan internal resistance kecil antar cell dapat berkembang menjadi ketidakseimbangan ketika ratusan cell disusun menjadi satu battery pack. Karena itu, alat uji battery testing untuk pabrik baterai biasanya terdiri dari beberapa jenis instrumen, bukan hanya satu battery tester. Berikut proses pengujian baterai EV.

1. Pemeriksaan Awal dan Visual Inspection

Pengujian biasanya dimulai dari pemeriksaan kondisi fisik. Pada tahap ini, operator atau sistem inspeksi memeriksa kemungkinan adanya:

• perubahan bentuk cell
• kerusakan casing
• terminal bermasalah
• sambungan yang tidak sesuai
• kontaminasi
• kebocoran
• kerusakan konektor
• ketidaksesuaian hasil assembly.

Visual inspection menjadi tahap sederhana tetapi penting karena kerusakan mekanis dapat memengaruhi hasil pengujian elektrik berikutnya. Pada production line modern, pemeriksaan juga dapat dikombinasikan dengan sistem otomatis untuk mengurangi risiko produk yang tidak sesuai masuk ke proses berikutnya.

2. Pengukuran Open Circuit Voltage

Tahap berikutnya adalah mengukur Open Circuit Voltage atau OCV. OCV merupakan tegangan baterai ketika tidak sedang mendapatkan beban eksternal. Pengukuran ini membantu memeriksa apakah tegangan setiap cell berada pada rentang yang ditentukan.

Jika terdapat satu cell dengan tegangan berbeda secara signifikan dibanding cell lain dari batch yang sama, kondisi tersebut dapat menjadi indikator perlunya pemeriksaan lebih lanjut.

Pada production line, OCV sering diperiksa bersama internal resistance untuk mempercepat proses quality control. Salah satu instrumen yang dapat digunakan pada kebutuhan tersebut adalah HIOKI BT3562A Battery HiTester, yang dapat mengukur internal resistance dan open circuit voltage secara simultan untuk cell besar maupun battery pack dengan rentang yang sesuai.

3. Pengukuran Internal Resistance dan Impedance

Tegangan normal belum tentu menunjukkan bahwa sebuah baterai berada dalam kondisi optimal. Engineer juga perlu mengetahui internal resistance atau impedance baterai. Resistansi internal yang meningkat dapat menyebabkan:

• voltage drop lebih besar
• kehilangan daya
• peningkatan panas
• efisiensi menurun
• performa charge-discharge berubah

Pada baterai lithium-ion untuk EV, perubahan impedansi dapat sangat kecil sehingga dibutuhkan alat ukur dengan sensitivitas yang memadai. Untuk kebutuhan penelitian dan karakterisasi cell, pengukuran dapat dilakukan pada berbagai frekuensi untuk memahami karakteristik elektrokimia baterai secara lebih detail.

Pembahasan mengenai parameter ini dapat dibaca pada artikel apa itu battery impedance dan kaitannya dengan kondisi baterai.

4. Charge dan Discharge Test

Setelah karakteristik elektrik awal diperiksa, baterai dapat menjalani charge-discharge testing. Pada tahap ini, baterai diisi dan dikosongkan menggunakan profil yang telah ditentukan untuk mengetahui bagaimana performanya ketika menerima dan melepaskan energi. Data yang dapat dianalisis antara lain:

• kapasitas aktual
• energi yang tersimpan
• charge efficiency
• discharge efficiency
• perubahan tegangan
• temperatur
• respons baterai terhadap beban
• penurunan performa

Pengujian ini penting karena kapasitas baterai tidak dapat ditentukan hanya dari nilai tegangannya.

Sebuah cell dapat menunjukkan tegangan yang terlihat normal, tetapi kapasitas aktualnya sudah menurun. Karena itu, charge-discharge tester menjadi salah satu peralatan utama pada laboratorium pengembangan dan fasilitas produksi baterai EV.

5. Capacity dan Performance Testing

Data dari proses charge-discharge kemudian digunakan untuk mengevaluasi performa baterai. Pada level cell, standar seperti IEC 62660-1 mencakup prosedur pengujian untuk memperoleh karakteristik seperti capacity, power density, energy density, storage life, dan cycle life pada lithium-ion cell yang digunakan sebagai penggerak kendaraan listrik.

Pengujian performa membantu engineer menentukan apakah cell memenuhi spesifikasi desain sebelum digunakan untuk membangun module. Beberapa parameter yang dapat dibandingkan antara lain:

Hasil tersebut kemudian dibandingkan dengan acceptance criteria yang telah ditetapkan.

6. Cell Matching Sebelum Menjadi Module

Tidak semua cell dengan spesifikasi nominal yang sama memiliki karakteristik yang benar-benar identik. Karena itu, cell dapat dikelompokkan berdasarkan parameter seperti:

• voltage
• internal resistance
• capacity
• impedance
• self-discharge

Proses tersebut membantu mengurangi perbedaan karakteristik antar cell dalam satu module. Cell matching menjadi penting karena satu cell yang performanya jauh berbeda dapat mempengaruhi keseimbangan seluruh battery module.

7. Pengujian Battery Module

Setelah cell dirakit menjadi module, pemeriksaan dilakukan kembali. Fokusnya tidak hanya lagi pada cell, tetapi juga kualitas proses assembly. Engineer dapat memeriksa:

• voltage module
• internal resistance
• koneksi antar cell
• busbar
• welding resistance
• temperature sensor
• balancing connection
• connector
• insulation

Kesalahan pada sambungan antar cell dapat meningkatkan resistance dan menghasilkan panas ketika baterai dialiri arus besar. Pengukuran resistance tidak hanya dilakukan untuk mengetahui kondisi cell, tetapi juga untuk memastikan kualitas sambungan pada proses produksi.

8. Pengujian Battery Management System

Setelah cell dan module memiliki karakteristik yang sesuai, sistem pengelolaan baterai juga harus diuji. Battery Management System atau BMS bertugas memantau dan mengendalikan kondisi baterai selama kendaraan digunakan. Parameter yang umumnya diperiksa meliputi:

• pembacaan voltage setiap cell
• pengukuran arus
• temperature monitoring
• cell balancing
• State of Charge atau SOC
• State of Health atau SOH
• overvoltage protection
• undervoltage protection
• overcurrent protection
• komunikasi dengan sistem kendaraan

BMS perlu memberikan respons yang benar ketika parameter keluar dari batas yang telah ditentukan. Pengujiannya dapat dilakukan menggunakan battery cell simulator sehingga engineer dapat mensimulasikan berbagai kondisi secara terkendali tanpa harus selalu menggunakan battery pack sebenarnya.

Informasi lebih lengkap tersedia dalam pembahasan cara pengujian Battery Management System yang tepat.

9. Pengujian Insulasi pada Battery Pack

Battery pack EV dapat bekerja pada tegangan tinggi. Karena itu, isolasi antara bagian bertegangan dan chassis atau enclosure harus diperiksa. Pengujian insulasi membantu mendeteksi kemungkinan jalur kebocoran listrik yang dapat menimbulkan masalah keselamatan.

Parameter dan metode pengukurannya harus disesuaikan dengan desain battery pack serta standar yang digunakan. Pada tahap ini, engineer juga perlu memperhatikan kabel high voltage, connector, busbar, enclosure, cooling system, dan bagian lain yang berpotensi memengaruhi kualitas isolasi.

10. Battery Pack Performance Test

Ketika semua module telah dirakit menjadi battery pack, pengujian dilakukan pada sistem secara keseluruhan. ISO 12405-4:2018, misalnya, menetapkan prosedur pengujian karakteristik dasar performance, reliability, dan electrical functionality untuk lithium-ion traction battery packs dan systems. ISO juga menjelaskan bahwa pengujian level cell berada dalam ruang lingkup seri IEC 62660.

Pada tahap battery pack, parameter yang dievaluasi dapat mencakup:

• output voltage
• current
• capacity
• energy
• power
• temperature
• efficiency
• response saat charge-discharge
• komunikasi BMS
• kestabilan sistem

Karena battery pack memiliki kapasitas dan daya jauh lebih besar dibanding individual cell, sistem pengujiannya juga membutuhkan peralatan berbeda. Salah satu solusi untuk kebutuhan pengujian battery pack otomatis dapat dilihat pada pembahasan battery tester untuk EV Industry Indonesia.

11. Environmental Testing

Baterai kendaraan listrik tidak bekerja pada kondisi laboratorium sepanjang waktu. Ketika digunakan, battery pack dapat menghadapi:

• temperatur tinggi
• temperatur rendah
• perubahan temperatur
• kelembapan
• vibrasi
• mechanical shock

Karena itu, environmental testing menjadi bagian penting dalam proses validasi. Climatic chamber dapat digunakan untuk mensimulasikan kondisi temperatur dan kelembapan, sementara vibration testing system digunakan untuk mengevaluasi ketahanan baterai terhadap getaran.

Untuk kebutuhan tersebut, ETS Solution melalui EMS Technology menyediakan berbagai kategori environmental dan durability testing seperti vibration testing system, shock testing system, dan testing chamber.

12. Vibration dan Mechanical Shock Testing

Ketika kendaraan berjalan, battery pack menerima vibrasi dari permukaan jalan, motor, drivetrain, dan struktur kendaraan. Pengujian vibrasi digunakan untuk mengevaluasi apakah kondisi tersebut dapat memengaruhi:

• sambungan cell
• busbar
• connector
• enclosure
• mounting
• sensor
• komponen elektronik

Mechanical shock testing juga digunakan untuk mengevaluasi respons produk terhadap shock atau benturan sesuai test plan dan standar yang diterapkan. Pengujian seperti ini harus dilakukan menggunakan fasilitas dan prosedur keselamatan yang sesuai karena battery pack menyimpan energi dalam jumlah besar.

13. Safety dan Abuse Testing

Tahap berikutnya berkaitan dengan evaluasi keselamatan baterai ketika mengalami kondisi abnormal. Jenis pengujian ditentukan oleh standar, tipe baterai, serta target homologasi produk.

Pengujian ini dilakukan di fasilitas khusus dengan sistem proteksi dan prosedur keselamatan yang ketat. Tujuannya bukan hanya melihat apakah baterai masih bekerja, tetapi juga memahami respons sistem ketika menghadapi kondisi di luar operasi normal.

14. End of Line Testing

Sebelum battery pack keluar dari production line, biasanya dilakukan End of Line atau EOL testing. Tahap ini menjadi pemeriksaan akhir untuk memastikan unit yang diproduksi sesuai dengan acceptance criteria. Pemeriksaan dapat meliputi:

• voltage
• resistance
• insulation
• BMS communication
• sensor
• connector
• functional test
• fault code
• identitas dan serial number

Pada produksi berskala besar, proses EOL biasanya membutuhkan sistem otomatis agar setiap battery pack dapat diperiksa dengan cepat dan hasilnya tersimpan sebagai traceability data.

Jadi, Berapa Banyak Alat yang Dibutuhkan?

Tidak ada satu alat yang dapat menangani seluruh proses pengujian baterai EV. Fasilitas battery testing dapat membutuhkan kombinasi:

• battery tester
• impedance meter
• resistance meter
• charge discharge tester
• insulation tester
• battery cell simulator
• data acquisition system
• climatic chamber
• vibration shaker
• shock testing system
• automated test system.

Pemilihannya harus didasarkan pada apakah pengujian dilakukan pada cell, module, atau pack, parameter yang ingin diukur, kapasitas baterai, tegangan sistem, tingkat otomatisasi, dan standar yang digunakan.

Berbagai kategori alat uji EV Industry dapat digunakan mulai dari tahap pengembangan hingga validasi akhir kendaraan. EMS Technology menyediakan berbagai solusi test dan measurement untuk kebutuhan pengembangan serta produksi baterai EV, mulai dari battery tester dan electrical measurement hingga environmental, vibration, dan automated testing system.

 

View this post on Instagram

 

A post shared by Ems Technology (@emstechid)

FAQ tentang Proses Pengujian Baterai EV

Apa yang pertama kali diuji pada baterai EV?

Pada level cell, pemeriksaan dapat dimulai dari kondisi fisik, Open Circuit Voltage, internal resistance, dan parameter dasar lainnya sebelum dilanjutkan ke performance testing.

Mengapa internal resistance baterai EV perlu diukur?

Internal resistance membantu mengevaluasi perbedaan karakteristik antar cell dan perubahan kondisi baterai yang dapat memengaruhi voltage drop, panas, dan efisiensi.

Apakah pengujian cell dan battery pack sama?

Tidak. Cell testing lebih fokus pada karakteristik individual cell, sedangkan battery pack testing mencakup interaksi antar module, BMS, insulasi, komunikasi, sistem termal, dan performa pack secara keseluruhan.

Apakah BMS juga harus diuji?

Ya. BMS harus mampu membaca voltage, current dan temperature dengan benar serta menjalankan balancing dan fungsi proteksi sesuai desain.

Apakah satu battery tester cukup untuk pengujian EV?

Tidak. Pengujian baterai EV membutuhkan beberapa instrumen karena electrical, performance, environmental, mechanical, dan safety testing menggunakan metode yang berbeda.