Memperbaiki Aki Kering Dengan Alat Sederhana - Part 2 - Teori Pengisian Aki

 

Dengan semakin meningkatnya kesadaran atas energi baru terbarukan "EBT" atau lebih umum disebut Green Energy, maka fungsi baterai menjadi sangat vital. Baterai sebagai penyimpan energy memiliki keuntungan pada tingkat kepadatan energi yg dapat disimpan dan juga mobilitasnya, sehingga bisa dibuat dalam bentuk relatif kecil. Aki atau sel basah / lead - acid merupakan teknologi baterai yg sudah ada 100 tahun lebih. Sehingga akan menjadi keniscayaan bagi teknologi EBT seperti Photo Voltaic Cell (panel surya) dan juga kendaraan listrik, untuk menggunakan baterai sampai suatu saatnya ditemukan metode penyimpanan energi lebih canggih. Mari kita bahas proses pengisian baterai / aki basah secara teori.

Baca sebelumnya : Mengecek elektrolit

Dasar Teori Aki

Baterai lead acid telah berkembang jauh. Mereka telah mengalami jam tempur yang luar biasa dalam penelitian, sains, dan teknologi manufaktur. Kemampuan menghasilkan tegangan tinggi, ketahanan, infrastruktur dan biaya rendah akan memastikan bahwa jenis baterai ini akan bertahan untuk waktu yang lama.

Berat vs Kualitas 

Saya pernah mengunjungi pabrik baterai saat kuliah dulu. Satu hal menarik yang saya pelajari adalah bahwa kamu dapat menilai aki basah ( yang disegel ) berdasarkan beratnya. Mereka berkata, "Jika Anda menginginkan baterai yang lebih murah, tidak masalah, kami hanya akan menggunakan pelat yang lebih tipis dan timah yang lebih sedikit." Tentu saja, papan yang lebih tipis akan lebih cepat rusak dan memiliki umur yang lebih pendek. Itulah keterkaitannya. Semua pabrik baterai yg saya temui memiliki margin keuntungan dasar yang sama, jadi jika baterai jauh lebih murah, kamu akan  tahu alasannya. Anda dapat menilai kualitas aki yang disegel berdasarkan beratnya.

Efisiensi Koulometri

Ini adalah efisiensi pengisian baterai hanya berdasarkan berapa banyak elektron yang didorong. Jika kamu membandingkan watt input dengan watt output, kamu harus memperhitungkan bahwa tegangan pengisian baterai lebih besar daripada tegangan keluaran baterai. Efisiensi pengisian koulometrik baterai timbal-asam yang tergenang biasanya 70%, yang berarti Anda harus memasang 142 ampere pada baterai untuk setiap 100 kwh yang ingin diisi, juga jangan lupa tergantung pada suhu, kecepatan pengisian dan jenis baterai.

Baterai lead acid yang di seal (atau aki MF) memiliki efisiensi pengisian yang lebih tinggi, tergantung pada tegangan pengisian massal, dapat lebih dari 95%.

Tegangan Minimum

Apa pun di atas 2,15 volt per sel akan mengisi sel dari baterai / aki basah , ini adalah tegangan kimia dasar. Ini juga berarti bahwa apa pun di bawah 2,15 volt per sel akan tidak melakukan pengisian daya (12,9V untuk baterai 12V). Pengisian pada tegangan minimum akan memakan waktu lama. Saat Anda meningkatkan voltase untuk mendapatkan pengisian yang lebih cepat, voltase yang harus dihindari adalah voltase gas, yang membatasi seberapa tinggi voltase yang bisa didapat sebelum reaksi kimia yang tidak diinginkan terjadi. 

Tegangan pengisian yg umum adalah antara 2,15 volt per sel (12,9 volt untuk baterai 12V 6 sel) dan 2,35 volt per sel (14,1 volt untuk baterai 12V 6 sel). Tegangan ini cocok untuk diterapkan pada baterai yang terisi penuh tanpa pengisian yang berlebihan atau kerusakan. Jika baterai tidak terisi penuh, kamu dapat menggunakan voltase yang jauh lebih tinggi tanpa kerusakan, karena reaksi pengisian lebih diutamakan daripada reaksi kimia pengisian berlebih hingga baterai terisi penuh. Inilah sebabnya mengapa pengisi daya baterai dapat beroperasi pada 14,4 hingga 15 volt selama fase pengisian massal dari siklus pengisian daya.

Aki yang sudah tua dan soak  memiliki banyak metode pengisian yang berbeda dan telah digunakan sejak lama. Di masa lalu, ketika voltase sulit diatur dengan tepat, baterai lead acid yang tergenang (aki basah) banyak digunakan karena air akinya dapat diganti. Kimia asam timbal cukup toleran terhadap kelebihan beban yang memungkinkan para penjualjasa cas aki untuk mendapatkan pengisi daya yang sangat murah, bahkan baterai asam timbal yang disegel / MF dapat mendaur ulang gas yang dihasilkan untuk mencegah kerusakan baterai selama tingkat pengisiannya lambat. 

Pengisian Siklik vs Pengisian Stanbdy

Beberapa baterai timbal-asam digunakan dalam kondisi siaga / standby di mana baterai tersebut jarang didaur ulang tetapi terus diisi dayanya. Baterai ini dapat bertahan lama jika diisi pada tegangan mengambang / floating 2,25 hingga 2,3 volt/sel (pada 25 derajat C) (13,5V hingga 13,8V untuk baterai 12V). Tegangan rendah ini untuk mencegah baterai kehilangan air selama pengisian / floating charging dalam waktu lama. Baterai yang digunakan dalam mode deep charging dapat diisi hingga 2,45 volt/sel (14,7V untuk baterai 12V) untuk mencapai tingkat pengisian tertinggi selama voltase turun ke voltase mengambang saat pengisian selesai.

Battery Temperature	Charge Voltage per cell	Charge Voltage for a 12 Volt battery	Gassing Voltage per cell	Gassing Voltage for a 12V battery
-20 °C *	2.60	16.02 to 16.56	2.97	17.82
-10 °C *	25.1	15.66 to 16.2	2.65	15.9
0 ° C *	2.45	15.3 to 15.9	2.54	15.24
10 °C	2.41	14.94 to 15.54	2.47	14.82
20 °C	2.37	14.58 to 15.18	2.415	14.49
25 °C	2.35	14.40 to 15.00	2.39	14.34
30 °C	2.33	14.22 to 14.82	2.365	14.19
40 °C	2.30	13.86 to 14.46	2.33	13.98
50 °C	2.26	13.5 to 14.10	2.30	13.8

Tabel tegangan untuk pengisian penggunaan siklik. Tegangan yang lebih tinggi (di atas tegangan gas) hanya boleh digunakan pada baterai yang kebanjiran yang dapat diganti airnya:

Battery Temperature	Charge Voltage per cell	Charge Voltage for 12V Battery	Gassing voltage
-30 °C *	2.44	14.6
-20 °C *	2.34 to 2.38	14.04 to 14.28	2.97
-10 °C *	2.32 to 2.37	13.92 to 14.22	2.65
0 °C	2.30 to 2.35	13.8 to 14.1	2.54
10 °C	2.28 to 2.33	13.68 to 13.98	2.47
20 °C	2.26 to 2.31	13.56 to 13.86	2.415
25 °C	2.25 to 2.30	13.5 to 13.8	2.39
30 °C	2.24 to 2.29	13.44 to 13.74	2.365
40 °C	2.22 to 2.27	13.32 to 13.62	2.33
50 °C	2.20 to 2.25	13.2 to 13.5	2.30

Tabel tegangan untuk penggunaan siaga pengisian daya

Pengisian Semalam - Pengisi Daya Berbasis Transformator yang Tidak Diatur

Ini adalah pengisi daya termurah dan umum ditemukan di sekitar. Mereka terdiri dari trafo penurun tegangan PLN dan dioda. Trafo dirancang untuk menghasilkan 13 hingga 14 volt pada rentang arus yang masuk akal. Masalah terbesar dengan pendekatan ini adalah ketika arus berkurang, tegangan naik menjadi 15, 16, 17, bahkan 18 volt. Pada tegangan tinggi ini elektrolisis air dalam baterai dimulai. Ini tidak boleh dibiarkan menetes atau mengapung mengisi baterai, mereka harus diputuskan saat baterai terisi penuh. Ini bukan masalah dengan baterai yang kebanjiran selama Anda memeriksa air secara berkala dan menyegarkannya. Baterai asam timbal yang disegel dapat mendaur ulang gas yang dihasilkan selama pengisian daya berlebih kurang dari C/3. Namun, membiarkan baterai diisi daya secara berlebihan bahkan pada C/10 akan menimbulkan korosi pada pelat jika dibiarkan selama berminggu-minggu.

Trafo dirancang sedemikian rupa untuk membatasi arus saat baterai dalam mode penyerapan. Saat tegangan baterai naik, arus berkurang ke atas baterai. Karena transformator digunakan untuk mengontrol arus dan tegangan, pengisi daya ini biasanya berat dan menjadi panas.

Charger aki taffware yang murah meriah

Pengisi daya taper / bertahap 

Cara lain yang murah untuk mengisi baterai baterai asam timbal yang disegel disebut pengisian taper / bertahap ( kalau dilihat level charger nya berbentuk lancip). Baik tegangan konstan atau arus konstan diterapkan ke baterai melalui kombinasi transformator, dioda, dan resistansi. Pengisi daya yang tidak diatur yang disebutkan di atas adalah pengisi daya lancip. Alternatif yang lebih baik, dan tidak terlalu mahal, adalah pengisi daya lancip yang diatur. Ini tidak membiarkan tegangan naik lebih tinggi dari tegangan pengisian trickle / pelan, sehingga mereka juga dapat digunakan untuk memelihara baterai. Ini tidak akan merusak baterai jika dibiarkan terlalu lama (bahkan ketika dibiarkan di baterai secara permanen), dan  tidak mengubah karakteristik pengisian jika tegangan saluran harus berubah.

Pengisi daya lancip yang diatur sangat berguna ketika Anda membutuhkan cadangan baterai 12V atau 24V. Pengisi daya lancip secara paralel dengan baterai, paralel dengan beban membuat cadangan baterai yang efektif. Anda harus berhati-hati untuk memastikan bahwa pengisi daya lancip dirancang untuk memberikan arus kontinu yang sama dengan beban ditambah beberapa sisa untuk pengisian baterai. Penting juga bahwa batas arus pengisi daya lancip adalah metode pengurangan tegangan, dan bukan metode cegukan atau metode PWM lainnya. Contoh pengisi daya lancip teregulasi tipe switching yang sesuai yang dapat digunakan dalam aplikasi pencadangan baterai ada di sini

Ada dua cara untuk membuat pengisi daya yang diatur. Yang pertama adalah menggunakan trafo dan rangkaian pengatur tegangan linier. Ini memiliki kelemahan berat dan panas, tetapi masih murah. Yang kedua menggunakan catu daya switching modern dalam paket pemasangan di dinding atau di meja. Pengalih frekuensi tinggi berdaya rendah ini ternyata sangat murah, efisien, dan kecil. Mereka dengan cepat mengambil alih persyaratan pengisian semalam di peralatan konsumen. Contoh pengisi daya lancip tipe switching ada di sini.

Pengisi daya arus konstan

Pengisi daya yang lebih canggih dan tidak jauh lebih mahal menggunakan rangkaian listrik untuk mengontrol arus pengisian. Metode ini berguna untuk memulihkan baterai yang mengalami penyimpanan ekstensif tanpa pengisian daya, tetapi mampu mengisi daya baterai secara berlebihan jika tidak ada fungsi pembatas tegangan, biasanya dari transformator. Untuk alasan ini pengisi daya ini terbatas pada pengisian lambat. Pengisi daya ini akan beralih ke mode arus konstan saat desulfating diperlukan ke pengisi daya presisi bertingkat, akan dibahas di lain waktu.

Pengisi Daya Tegangan Konstan (Taper plus batas arus)

Rangkaian yang diatur untuk tegangan pengisian maksimum yang diizinkan, tetapi memiliki batas arus untuk mengontrol arus penyerapan awal dapat menghasilkan pengisi daya yang sangat bagus. Pengisi daya jenis ini dapat mengisi daya pada tingkat yang wajar dan menjaga baterai tetap terisi penuh tanpa kerusakan. Namun, tidak semua pengisi daya tegangan konstan dibuat sama, karena tegangan maksimum merupakan fungsi suhu. Pengisi daya dengan kompensasi suhu sedikit lebih mahal, dan harus digunakan di mana suhu bervariasi secara signifikan dari suhu kamar dan baterai mengapung secara permanen. Pengisi daya besar di Contoh pengisi daya taper tipe switching di sini adalah pengisi daya tegangan konstan.

Pengisi Daya Cepat / Fast Charging

Pengisi daya cepat adalah unit pengisian daya ke aki dengan kemampuan pengisian yang lebih tinggi, yang dirancang untuk mengisi daya dalam waktu kurang dari 4 jam. Pengisi daya ini memerlukan penghentian pengisian aktif dan seringkali memiliki fitur-fitur canggih seperti pengujian baterai, pemulihan baterai yang buruk, dan perawatan otomatis. Aman untuk mengisi cepat semua baterai asam timbal dengan algoritme pengisian cepat modern.

Baca selanjutnya : Taper charge menggunakan adaptor laptop

sumber : https://www.powerstream.com/SLA.htm