Halo sobat Jellykom, kali ini kita akan membahas sedikit tentang pentingnya BMS (Baterai Management System) terutama bagi sobat yang ingin membuat peket baterai (battery pack) LiFePO4. Karena dalam setiap paket baterai jenis Lithium, BMS adalah salah satu komponen yang wajib ada sob.Baterai Manajemen Sistem atau disingkat BMS adalah sebuah komponen elektronik atau alat yang berfungsi untuk memanajemen sel baterai, terutama baterai jenis Lithium (Li-Ion, Li-Po, LifePo4, dll) mulai dari proses charging, discharging hingga fungsi proteksi agar baterai tetap memiliki kinerja yang masksimal.
Baterai lithium iron phosphate atau LiFePO4 memiliki lebih banyak keunggulan dibanding lead acid atau aki. Namun, untuk menggantikan aki yang umum terpasang pada kendaraan listrik/panel surya tidak bisa hanya digunakan 1 buah baterai LiFePO4. Baterai LiFePO4 harus terlebih dahulu dikemas kedalam sebuah paket (Baterry Pack) agar voltase dan ampere yang dibutuhkan sesuai kebutuhan, yaitu menyusunnya dengan konfigurasi Seri ataupun Paralel Baterai LiFePO4 seperti pada artikel sebelumnya. Pada konfigurasi inilah dibutuhkan sebuah BMS. Karena dalam konfigurasi/susunan baterai dapat dipastikan pembagian energi tiap sel tidak selalu seimbang pembagiannya baik saat proses diisi maupun dikuras. Hal inilah yang dapat memperpendek umur baterai. Maka dari itu, dibutuhkan sebuah BMS pada saat sobat hendak membuat paket baterai lithium.
Dibawah ini adalah beberapa Fungsi umum dari sebuah BMS (Baterai Manajemen Sistem) yang dapat sobat temukan di pasaraan saat ini:
1. Proteksi Tegangan Lebih atau Kurang (Over and Under Voltage)
Sel LiFePO4 beroperasi dengan aman pada rentang voltase tertentu, biasanya antara 2.5V hingga 3,65V. Beberapa kimia lithium menghasilkan sel yang sangat sensitif terhadap tegangan berlebih, tetapi sel LiFePO4 lebih toleran. Namun, tegangan berlebih yang signifikan untuk waktu yang lama selama pengisian dan terjadi selama berulang-ulang dapat menyebabkan penurunan kinerja lapisan logam lithium pada anoda baterai secara permanen. Juga, bahan katoda dapat teroksidasi, menjadi kurang stabil, dan menghasilkan karbon dioksida yang dapat menyebabkan penumpukan tekanan di dalam sel. Adanya BMS dapat membatasi setiap sel dan baterai itu sendiri pada tegangan maksimum baik selama proses charging (pengisian) maupun discharging (pengurasan).Point pentingnya, dengan adanya BMS, maka tiap cell baterai akan secara terkontrol mendapat masukan voltase maksimal sebesar 3,65Volt selama proses charging. Dan pada saat dikuras/diberi beban, maka BMS ini akan menjaga agar voltase baterai tidak sampai dibawah 2,5Volt alias under voltage.
2. Proteksi Arus Berebih dan Konslet (Overcurrent and Short Circuit Protection)
Setiap baterai memiliki arus (ampere) maksimum yang ditentukan untuk pengoperasian yang aman. Jika beban diterapkan pada baterai yang menarik arus yang lebih tinggi dari titik aman, hal tersebut dapat mengakibatkan baterai menjadi terlalu panas. Jika hal ini dibiarkan, maka dapat berpotensi menyebabkan baterai dan komponen disekitarnya terbakar. Itulah pentingnya menggunakan BMS untuk melindungi arus berlebih. BMS dapat mencegah arus berlebih dengan cara memutus sirkuit sehingga arus akan sementara terputus saat arus yang melaui BMS melebihi batas toleransi yang ditentukan atau biasa disebut "protect"Hubungan arus pendek atau konslet pada baterai adalah bentuk paling serius dari kondisi arus lebih. Ini paling sering terjadi ketika elektroda secara tidak sengaja terhubung dengan sepotong logam sehingga kedua kutub baterai terhubung langsung. Untuk hal ini rata-rata BMS dapat melakukan proteksi dalam 200-600 mikrodetik dari korsleting eksternal yang terjadi, kemudian melanjutkan operasi normal jika kondisi korsleting dihilangkan.
3. Proteksi Suhu Berlebih (Over Temperature)
Tidak seperti baterai timbal-asam (Aki konvensional) atau lithium cobalt oxide, baterai lithium iron phosphate (LiFePO4) beroperasi secara efisien dan aman pada suhu maksimal 60C. Tetapi pada suhu operasi dan penyimpanan yang lebih tinggi, seperti semua baterai pada umumnya, maka bahan elektroda akan mulai terdegradasi. BMS baterai lithium menggunakan termistor tertanam untuk secara aktif memantau suhu selama operasi, dan itu akan memutuskan baterai dari sirkuit pada suhu tertentu. Uumumnya, BMS akan memutus sirkuit baterai pada 80C (176F) dan akan kembali normal setelah baterai berada pada suhu 50C (122F).4. Proteksi Ketidakseimbangan Sel (Cell Imbalance)
Baterai LiFePO4 memiliki perbedaan besar dari baterai timbal-asam dalam hal menyeimbangkan tegangan di setiap sel individu selama pengisian. Karena perbedaan kecil dalam kondisi manufaktur atau pengoperasian, setiap sel dalam baterai mengisi daya dengan kecepatan yang sedikit berbeda. Dalam baterai asam-timbal, jika satu sel terisi lebih cepat dan mencapai tegangan penuhnya, kemudian sisa arus akan diteruskan ke sel lain yang memiliki tegangan lebih rendah dan memastikan sel-sel lain terisi penuh. Dalam hal ini artinya, sel-sel dalam baterai timbal-asam menyamakan diri selama pengisian.Namun, hal ini tidak terjadi dengan baterai LiFePO4 maupun lithium- lainya. Ketika sel baterai lithium terisi penuh, tegangannya mulai naik lebih lanjut yang dapat menyebabkan kerusakan elektroda. Jika pengisian seluruh baterai dihentikan ketika hanya satu sel yang terisi penuh, sel-sel yang tersisa tidak mencapai pengisian penuh dan baterai akan beroperasi di bawah kapasitas puncak. BMS yang dirancang dengan baik akan memastikan setiap sel terisi penuh dengan aman sebelum seluruh proses pengisian selesai. Hal ini biasa disebut dengan proses Balancing
Pada BMS terdapat resistor dan transistor yang berfungsi untuk membalance tegangan antar cell. Bisa dikatakan sistem ini adalah single charging secara terintegrasi. Dengan adanya fitur ini maka tegangan antar cell ketika selesai proses charging maka akan seragam penuh semua.
Pada umumnya BMS memiliki 2 cara untuk mem-balance LiFePO4, diantaranya yaitu:
1. Pasive Balancing.
Cara kerjanya yaitu dengan membuang energi dari sel yang paling bermuatan yang dikontrol oleh transistor/IC dengan menghubungkannya ke beban yang berupa resistor, sedangkan sel baterai yang masih belum penuh akan tetap melanjutkan proses charging. Maka jangan heran apabila BMS terasa panas terutama pada bagian resistornya.
2. Active Balancing/Active Equalizer
Cara kerjanya yaitu dengan meneruskan energi dari sel yang paling banyak muatannya ke sel yang paling sedikit muatannya. Untuk saat ini BMS jenis active balancing dianggap sebagai BMS yang lebih efektif dibanding passive karena tidak membuang energi secara sia-sia. Dan dari harga, BMS jenis ini jauh lebih mahal bila dibanding BMS passive.
BMS Common Port dan Separated Port
Common port dan separated port pada BMS sendiri mengacu pada jenis jalur wiring pada charge dan dischage sebuah BMS. Sobat perlu mengetahui hal ini sebelum memilih sebuah BMS.
BMS Common Port merupakan jenis BMS yang jalur untuk charge (pengisian) dan discharg/load menjadi satu jalur yang sama, sehingga hanya akan ada 2 jalur kabel, yaitu jalur (B-) sebagai kutub negatif baterai, dan (P-) sebagai kutub negatif charging dan discharging.
Sedangkan jalur positif (P+) langsung diambil dari ujung kutub positif baterai, bukan dari BMS.
BMS Separated Port merupakan jenis BMS yang jalur untuk charge (pengisian) dan discharg (pengurasan) menggunakan jalur yang berbeda, sehingga akan ada 3 jalur kabel, yaitu jalur (B-) sebagai kutub negatif baterai, (C-) sebagai kutub negatif charging, dan (P-) sebagai kutub negatif discharging.
Sedangkan jalur positif (P+ dan C+) langsung diambil dari ujung kutub positif baterai, bukan dari BMS.
Baterai LiFePO4 dengan jenis apapun yang beredar dipasaran dalam bentuk pack 12V, 24V, 48V dll pasti didalamnya memiliki sebuah BMS. Pada dasarnya, baterai lithium iron phosphate terdiri dari lebih dari sekadar sel-sel individual yang terhubung bersama. Bisa dipastikan bahwa baterai pack tersebut juga menyertakan sistem manajemen baterai (BMS), yang meskipun biasanya tidak terlihat oleh pengguna karena ditutup oleh casing agar terlihat lebih rapi dan pastinya lebih aman.