Battery Cycler: Proses Pengujian Siklus Baterai

Battery cycler memungkinkan proses charging dan discharging dilakukan secara terkontrol berdasarkan current, voltage, waktu, temperatur, dan parameter lainnya. Data dari proses ini kemudian digunakan untuk mengevaluasi kapasitas, efisiensi, cycle life, hingga degradasi baterai.

Pengujian seperti ini menjadi bagian penting dalam pengembangan baterai lithium-ion untuk kendaraan listrik, Energy Storage System, elektronik, dan berbagai aplikasi industri. Untuk memahami ekosistem pengujiannya secara lebih luas, Anda juga dapat membaca pembahasan mengenai alat uji battery testing untuk pabrik baterai.

Apa Itu Battery Cycler?

Battery cycler adalah sistem pengujian yang digunakan untuk melakukan proses charging dan discharging baterai secara berulang menggunakan profil yang telah diprogram. Satu kali proses baterai dari charge menuju discharge umumnya disebut sebagai satu cycle, meskipun definisi cycle pada pengujian tertentu dapat bergantung pada depth of discharge dan prosedur pengujian yang digunakan. Battery cycler dapat mengontrol parameter seperti:

• charging current
• charging voltage
• discharge current
• cut off voltage
• charge dan discharge time
• State of Charge
• temperatur
• jumlah cycle
• rest time antar tahap

Selama pengujian berlangsung, sistem mencatat perubahan tegangan, arus, kapasitas, energi, temperatur, serta parameter lain yang dibutuhkan engineer. Dengan demikian, battery cycler bukan sekadar charger baterai. Sistem ini merupakan alat pengujian yang menghasilkan data untuk menganalisis performa dan degradasi baterai.

Mengapa Charging dan Discharging Perlu Diuji Berulang?

Setiap baterai mengalami degradasi selama digunakan. Proses kimia di dalam cell secara perlahan berubah setelah baterai menerima dan melepaskan energi berulang kali. Akibatnya, kemampuan baterai menyimpan energi dapat menurun.

Pada kendaraan listrik, hal ini dapat terlihat dari berkurangnya jarak tempuh setelah baterai digunakan dalam jangka panjang. Cycle testing membantu engineer mengetahui seberapa cepat perubahan tersebut terjadi.

Misalnya, sebuah lithium-ion cell dapat diuji selama ratusan siklus dengan profil charging dan discharging tertentu. Kapasitas yang diperoleh pada setiap siklus kemudian dibandingkan.

Jika kapasitas awalnya 100% dan setelah sejumlah cycle turun menjadi 90%, engineer dapat melihat pola degradasi serta memperkirakan performance life baterai berdasarkan kondisi pengujian. IEC 62660-1 juga memasukkan performance dan life testing dalam pengujian secondary lithium-ion cells yang digunakan sebagai sumber tenaga kendaraan listrik.

Bagaimana Proses Battery Cycling Dilakukan?

Prosedur aktual bergantung pada jenis baterai, chemistry, standar, serta tujuan pengujian. Namun secara umum prosesnya dapat dijelaskan melalui tahapan berikut.

1. Pemeriksaan Kondisi Awal Baterai

Sebelum menjalankan cycle test, kondisi awal cell perlu diketahui. Engineer dapat mencatat beberapa parameter seperti:

• Open Circuit Voltage
• internal resistance
• temperatur
• kapasitas awal
• kondisi fisik cell

Data tersebut kemudian menjadi baseline yang dibandingkan dengan hasil setelah pengujian berjalan. Pengukuran internal resistance penting karena baterai yang mengalami degradasi dapat menunjukkan perubahan resistance meskipun tegangan terlihat masih normal. Pembahasan mengenai parameter tersebut tersedia pada artikel battery impedance dan kaitannya dengan umur baterai.

2. Menentukan Charging Profile

Tahap berikutnya adalah menentukan bagaimana baterai akan diisi. Pada lithium-ion battery, salah satu metode charging yang umum adalah Constant Current–Constant Voltage atau CC-CV.

Pada fase Constant Current, battery cycler memberikan arus konstan hingga baterai mencapai batas voltage tertentu. Setelah mencapai voltage tersebut, sistem beralih ke Constant Voltage dan mempertahankan tegangan sambil membiarkan arus menurun hingga memenuhi termination criteria. Nilai current, voltage, dan cut-off harus mengikuti karakteristik cell yang sedang diuji.

3. Rest Period Setelah Charging

Beberapa prosedur memberikan waktu istirahat setelah baterai selesai di-charge. Tujuannya agar kondisi elektrokimia dan temperatur baterai menjadi lebih stabil sebelum proses berikutnya dilakukan. Rest time dapat berlangsung beberapa menit hingga lebih lama tergantung test protocol. Selama periode tersebut, battery cycler atau data acquisition system tetap dapat mencatat perubahan voltage dan temperature.

4. Melakukan Discharge

Battery cycler kemudian menarik energi dari baterai menggunakan profil yang telah ditentukan. Discharge dapat dilakukan menggunakan constant current, constant power, atau profil tertentu yang mensimulasikan kondisi penggunaan.

Proses terus berjalan hingga baterai mencapai cut-off voltage yang telah ditentukan. Dari tahap ini engineer dapat mengetahui kapasitas aktual baterai. Kapasitas dapat diperoleh berdasarkan hubungan antara arus discharge dan waktu. Namun pada sistem modern, perhitungan biasanya dilakukan otomatis oleh software battery test.

5. Melakukan Rest Setelah Discharge

Setelah discharge selesai, baterai kembali diberikan waktu istirahat sesuai prosedur. Tahap charging kemudian dimulai lagi. Urutan tersebut membentuk siklus seperti Charge → Rest → Discharge → Rest → Charge. Proses dapat dilakukan puluhan, ratusan hingga ribuan kali tergantung target pengujian.

6. Menganalisis Perubahan Setiap Cycle

Battery cycler mencatat data selama seluruh proses berlangsung. Beberapa parameter yang biasanya dianalisis meliputi:

Data tersebut kemudian dapat divisualisasikan menjadi kurva charge-discharge maupun grafik capacity retention terhadap jumlah cycle.

Apa Itu C-Rate dalam Battery Cycling?

Saat membahas battery cycler, istilah C-rate sering digunakan. C-rate menunjukkan seberapa cepat baterai di-charge atau di-discharge dibandingkan kapasitas nominalnya. Misalnya baterai berkapasitas 100 Ah:

• 1C berarti sekitar 100 A
• 0,5C berarti sekitar 50 A
• 2C berarti sekitar 200 A

Semakin tinggi C-rate, semakin besar arus yang harus diterima atau dilepaskan baterai. Pengujian pada beberapa C-rate membantu engineer memahami bagaimana performa baterai berubah ketika digunakan pada kondisi beban berbeda.

Untuk baterai kendaraan listrik, kemampuan menangani arus tinggi menjadi penting karena kendaraan membutuhkan daya besar saat akselerasi dan dapat menerima energi kembali ketika regenerative braking berlangsung.

Battery Cycler untuk Pengembangan Baterai EV

Pada industri kendaraan listrik, cycle testing dapat dilakukan sejak tahap individual cell hingga battery module dan pack. Pada level cell, engineer dapat mengevaluasi:

• cycle life
• capacity retention
• fast charging performance
• DC internal resistance
• pulse power
• temperature response
• degradation pattern

Setelah cell dipilih dan dikembangkan, pengujian dapat dilanjutkan pada module serta battery pack. Karena level tegangan dan arusnya berbeda, battery cycler yang digunakan untuk individual cell tidak selalu sama dengan sistem yang digunakan untuk battery pack. Untuk melihat kebutuhan pengujian EV secara lebih luas, lihat juga alat uji EV Industry  di Indonesia yang tersedia di EMS Technology.

Battery Cycler Bisa Dikombinasikan dengan Climatic Chamber

Umur baterai tidak hanya dipengaruhi jumlah cycle. Temperatur juga memainkan peran besar terhadap karakteristik dan degradasi baterai. Battery cycler sering diintegrasikan dengan environmental atau climatic chamber.

Sebagai contoh, engineer dapat menjalankan cycle test pada beberapa temperatur berbeda untuk mengetahui bagaimana cell merespons kondisi panas maupun dingin. Chroma 17010H mendukung integrasi dengan environmental chamber dan data logger. Sistem dapat mencatat parameter tambahan seperti temperature, voltage, pressure, atau force, serta menggunakan data tertentu sebagai kriteria cut-off atau proteksi. Pengujian kombinasi seperti ini memberikan gambaran yang lebih realistis terhadap kondisi penggunaan baterai.

Battery Cycler dalam Produksi Baterai

Battery cycling tidak hanya digunakan untuk penelitian. Pada pabrik baterai, charge-discharge testing dapat digunakan dalam proses:

• cell formation
• aging
• grading
• quality control
• performance validation
• cycle life testing
• end-of-line testing tertentu

Pada tahap grading, misalnya, data capacity dan performance dapat digunakan untuk mengelompokkan cell dengan karakteristik serupa sebelum dirakit menjadi module. Hal ini penting karena perbedaan karakteristik antar cell dapat memengaruhi keseimbangan dan performa battery pack. Battery charge-discharge tester digunakan dalam cell formation dan aging, sementara data yang diperoleh dapat menjadi dasar grading sebelum cell dirakit menjadi module atau pack.

EMS Technology menyediakan berbagai solusi testing dan measurement untuk pengembangan baterai, EV, Energy Storage System, serta kebutuhan battery manufacturing. Pemilihan sistem dapat disesuaikan dengan chemistry baterai, kapasitas cell, C-rate, jumlah channel, level cell/module/pack, dan parameter pengujian yang dibutuhkan.

 

View this post on Instagram

 

A post shared by Ems Technology (@emstechid)

FAQ tentang Battery Cycler

Apa fungsi battery cycler?

Battery cycler digunakan untuk menjalankan charging dan discharging baterai secara terkontrol sekaligus mencatat perubahan kapasitas, voltage, current, energy, temperature, dan parameter performa lainnya.

Apa perbedaan battery cycler dan battery tester?

Battery tester biasanya digunakan untuk mengukur kondisi baterai seperti voltage dan resistance, sedangkan battery cycler secara aktif melakukan proses charging dan discharging.

Berapa kali baterai harus menjalani cycle test?

Jumlah cycle bergantung pada chemistry baterai, tujuan pengujian, standar, dan acceptance criteria. Pengujian dapat berlangsung dari puluhan hingga ribuan cycle.

Apa yang dimaksud cycle life baterai?

Cycle life menunjukkan kemampuan baterai mempertahankan performanya setelah mengalami sejumlah siklus charging dan discharging.

Apakah battery cycler dapat digunakan untuk baterai EV?

Ya. Battery cycler banyak digunakan dalam pengembangan lithium-ion cell kendaraan listrik untuk menguji capacity, cycle life, C-rate performance, pulse response, dan degradasi baterai.