Spesifikasi Baterai Asam-Timbal¶

Jika kita bertanya kepada seseorang apa yang harus dicari saat berbelanja baterai mobil?, kita mungkin akan mendapatkan banyak saran yang berbeda. Harga merupakan pertimbangan yang umum, tetapi saran lain mungkin perlu dipertimbangkan seperti; garansi terlama, merek tertentu, jenis baterai tertentu, atau baterai dengan CCA tertentu. Namun, ada beberapa spesifikasi baterai yang luput dari perhatian, hal ini mungkin karena spesifikasi tersebut diperkenalkan baru-baru ini atau mungkin karena sudah biasa dengan spesifikasi lama sehingga kurang paham dengan spesifikasi yang lainnya. Misal; CCA, RC, SoC, SoH atau IR. Notasi-notasi baterai tersebut tampak asing, lalu apa saja spesifikasi yang biasanya tertera pada datasheet baterai?

Ampere hour (Ah)¶

Ampere hour atau Amp hour biasanya menggunakan simbol A.h atau A h, sering juga secara tidak resmi dinyatakan dengan simbol Ah atau dalam bahasa Indonesia diterjemahkan menjadi Ampere jam. Definisi Ampere hour secara umum adalah satuan dari muatan listrik, yang merupakan dimensi dari arus listrik dikalikan dengan waktu, sama dengan muatan yang ditransfer oleh arus stabil sebesar satu ampere dan mengalir selama satu jam, atau 3.600 Coulomb.

milliAmpere hour merupakan hal yang paling umum diketahui, biasanya menggunakan simbol mA.h atau mA h dan secara tidak diresmi dinyatakan dengan simbol mAh. mAh adalah seperseribu ampere hour atau 3,6 coulomb.

Dari mana 3.600 Coulomb?

Untuk memahami dari mana asal muasal 1 Ah = 3.600 Coulomb, silahkan buka artikel tentang Arus dan Tegangan terlebih dahulu, lalu lanjutkan ke perhitungan dibawah ini:

1 Ampere = 1 Coulomb / 1 detik, maka 1 Coulomb = 1 Ampere x 1 detik
1 Ah = 1 Ampere * 1 jam, sedangkan 1 jam = 60 menit = 3.600 detik
maka 1 Ah = 1 Ampere x 3.600 detik, jadi 1 Ah = 3.600 Ampere.detik
sehingga 1 Ah = 3.600 Coulomb

Definisi Ampere hour¶

Untuk memudahkan pemahaman, maka pengertian Ah dijabarkan menjadi ukuran kemampuan aktual daya baterai untuk mengalirkan arus selama waktu tertentu dalam satu siklus baterai yang terisi penuh hingga baterai kosong sepenuhnya (tanpa sisa). Waktu yang biasanya digunakan adalah 20 jam. Namun beberapa baterai dengan Ah tertentu dapat didasarkan pada waktu 10 jam. Datasheet (lembar data) baterai biasanya akan mencantumkan waktu 20 jam dan 10 jam. Ada juga yang mencantumkan waktu 5 jam, 3 jam dan bahkan 1 jam. Nilai Ah aktual yang dicetak pada baterai secara tradisional didasarkan pada nilai baterai dengan waktu 20 jam. Umumnya, waktu ini sangat bervariasi dengan durasi dari lama waktu pengosongan (dikenal sebagai Hukum Peukert); oleh karena itu nilai Ah biasanya menjadi berarti jika durasi ditentukan.

Sebenarnya penggunaan ukuran kapasitas baterai dalam Ah sekarang jarang digunakan, tetapi cukup menjelaskan berapa banyak arus yang dapat disuplai baterai selama 10 atau 20 jam. Angka 20 jam adalah nilai yang paling umum. Misalnya, baterai yang tertulis sebesar 44 Ah akan dapat (jika terisi penuh) memasok 2,2 Ampere selama 20 jam sebelum benar-benar habis (tegangan per sel di atas 1,75 V). Tapi itu adalah waktu teoritis, karena sangat tidak bijak mengosongkan baterai hingga 100%. Pengosongan hingga 50% adalah keputusan yang tepat untuk mempertahankan umur kerja baterai.

Menghitung Waktu Pemakaian Baterai¶

Misal, ada sebuah baterai 12 volt dengan kapasitas 44 Ah, dan akan digunakan untuk menyuplai listrik dengan beban daya 50 watt. Berapa waktu baterai untuk mampu menyuplai listrik pada beban tersebut?

Daya, Arus dan Tegangan

P = V x I

Dimana:

P = Notasi untuk Daya dalam satuan Watt atau W
V = Notasi untuk Tegangan dalam satuan Volt atau V
I = Notasi untuk Arus dalam satuan Ampere atau A
Q = Notasi untuk Arus.waktu dalam satuan Ampere hour atau Ah

Diketahui:

P = 50 W
V = 12 V
I = Belum diketahui
Q = 44 Ah

Maka:

I = P / V
I = 50 / 12
I = 4,2 A

Sehingga lama waktu pemakaian baterai:

1 Ah = 1 A x 1 h
1 h = 1 Ah / 1 A
h = 44 Ah / 4,2 A
h = 10,5 h (atau 10 jam 30 menit)

10 jam 30 menit adalah waktu ideal hingga baterai kosong 100%, sedangkan tingkat pengosongan baterai (DoD) disarankan 50% dari kapasitas baterai untuk memperpanjang umur kerja baterai (lihat Siklus, DoD dan Waktu), misal kita gunakan DoD 50% sehingga:

h DoD = 10,5 x 50%
h DoD = 5,25
h ideal = 10,5 - 5,25 = 5,25 jam (5 jam 15 menit)

Reserve Capacity (RC)¶

Spesifikasi yang digunakan sekarang pada hampir semua baterai baru adalah Reserve Capacity atau disingkat RC atau dalam bahasa Indonesia diterjemahkan menjadi Kapasitas Cadangan. Ini digunakan untuk menentukan durasi lama baterai bisa menjalankan kendaraan jika sistem pengisian tidak berfungsi.

Definisi Reserve Capacity¶

Reserve Capacity atau Kapasitas Cadangan adalah ukuran waktu (dalam menit) baterai asam-timbal yang terisi penuh dapat memasok arus 25 ampere secara terus menerus pada suhu normal 80°F (27°C) hingga tegangan baterai jatuh dibawah 10,5 volt (atau 1,75 volt per sel). Atau dengan kata lain, berapa lama waktu (dalam menit) yang dibutuhkan baterai terisi penuh untuk dapat menopang kebutuhan arus 25 ampere secara terus menerus dan mampu mempertahankan tegangan diatas 10,5 volt sampai akhirnya tegangan baterai jatuh dibawah 10,5 volt pada suhu normal 80°F (27°C).

Definisi ini dikeluarkan oleh Battery Council International (BCI) yang telah menciptakan berbagai spesifikasi standar baterai untuk membantu memberikan perbandingan an apples to apples kepada konsumen dari satu produk ke produk berikutnya.

Penatapan 25 ampere itu sebagai standar maksimum kebutuhan baterai untuk memberi daya pada lampu depan, wiper kaca depan, pompa listrik, dan aksesori listrik lainnya, terutama pada malam hari ketika terjadi kegagalan fungsi pada alternator.

Pentingnya Reserve Capacity¶

Ketika pengemudi menyalakan mesin kendaraannya, baterai mengeluarkan arus 25 ampere pada tegangan 10,5 volt agar alternator bekerja. Saat alternator mengambil alih daya listrik, baterai menyediakan jumlah listrik yang sama pada tegangan yang stabil untuk memberikan daya listrik ke lampu, wiper dan aksesoris lainnya. Ketika kendaraan dalam kondisi yang normal, alternator akan menggantikan sumber listrik dan mengabaikan baterai. Namun, jika alternator mengalami kegagalan fungsi, kendaraan akan beralih menggunakan sumber listrik dari baterai. Waktu yang diperlukan kendaraan untuk beroperasi hanya dengan menggunakan sumber daya listrik baterai hingga akhirnya baterai habis, ini merupakan ukuran praktis dari Reserve Capacity.

Menghitung Reserve Capacity ke Ampere Hour¶

Definisi Reserve Capacity

Reserve Capacity atau Kapasitas Cadangan adalah ukuran waktu (dalam menit) baterai asam-timbal yang terisi penuh dapat memasok arus 25 ampere secara terus menerus pada suhu normal 80°F (27°C) hingga tegangan baterai jatuh dibawah 10,5 volt (atau 1,75 volt per sel)

Definisi Ampere-hour

Ampere Hour atau Ampere-jam adalah ukuran kemampuan aktual daya baterai untuk mengalirkan arus selama waktu tertentu dalam satu siklus baterai yang terisi penuh hingga baterai kosong tanpa sisa.

Kapasitas cadangan baterai secara kasar menggambarkan jumlah energi yang disimpan baterai secara efektif dan secara teknis menentukan kapasitas pengisian daya baterai. Tegangan menghubungkan muatan dan energi dengan menjelaskan jumlah energi dalam setiap coulomb muatan. Amper-hour atau Ampere-jam adalah satuan yang berbeda untuk menggambarkan kuantitas yang sama.

Menghitung Reserve Capacity ke Ampere Hour

Misal, sebuah baterai memiliki kapasitas cadangan berdurasi 2 jam. Lalu berapa Ampere-hour baterai tersebut?

Untuk menyelesaikan perhitungannya, maka konversi jam ke detik. Kenapa ke detik? Karena Ah identik dengan Coulomb dan Coulomb identik dengan satuan waktu detik. Sehingga dapat diselesakan sebagai berikut:

2 jam x 60 menit x 60 detik = 7.200 detik

Dari perhitungan diatas dapat diketahui bahwa 2 jam itu sama dengan 7.200 detik. Itu berarti baterai tersebut memiliki kapasitas cadangan berdurasi 7.200 detik.

Setelah dikonversi durasi waktunya, kalikan durasi dengan 25 Ampere. Kenapa 25 Ampere? Karena Reserve Capacity harus di uji pada arus 25 Ampere dengan suhu 27°C. Ingat bagian atas!

25 Ampere x 7.200 detik = 180.000 Ampere.detik

Maka akan diketahui kapasitas baterainya sebesar 180.000 Ampere.detik. Setelah itu, hasil perhitungan tersebut dibagi 3.600. Kenapa harus 3.600? Ingat bahwa 1 Ah = 3.600 Coulomb, sedangkan 3.600 Coulomb sama dengan 3.600 Ampere.detik. Sehingga menjadi:

180.000 Ampere.detik / 3.600 = 50 Ah

Sehingga dapat diambil kesimpulan bahwa baterai dengan Reserve Capacity (RC) atau Kapasitas Cadangan selama 2 jam memiliki Ampere-hour sebesar 50 Ah. Mudah bukan?

Cranking Amperage (CCA, CA, MCA, HCA)¶

Definisi Cranking Amperage¶

Cold Cranking Ampere (CCA) adalah jumlah arus yang dapat dihasilkan baterai pada suhu 0°F (−18°C). Mobil modern dengan mesin injeksi bahan bakar yang dikendalikan komputer membutuhkan waktu tidak lebih dari beberapa detik untuk menghidupkan mesin dan nilai CCA menjadi kurang penting daripada masa-masa sebelumnya. Harap diperhatikan dengan baik, agar tidak bingung antara nilai CCA dengan nilai CA/MCA atau HCA karena nomor HCA akan selalu lebih tinggi dari nilai CCA karena suhu yang lebih hangat. Misalnya, baterai 250 CCA akan memiliki daya awal lebih dari 250 CA (atau MCA), dan demikian pula baterai 250 CA akan memiliki daya lebih dari 250 HCA.
Cranking Ampere (CA) adalah jumlah arus yang dapat dihasilkan baterai pada suhu 32°F (0°C).
Marine Cranking Ampere (MCA) adalah (sebenarnya sama saja dengan CA) jumlah arus yang dapat dihasilkan baterai pada suhu 32°F (0°C), hanya saja nilai MCA sering ditemukan pada baterai untuk kapal (karenanya disebut "marine" atau "kelautan") dan atau traktor pemotong rumput taman yang cenderung dioperasikan dalam kondisi di mana es bisa saja terbentuk.
Hot Cranking Ampere (HCA) adalah jumlah arus yang dapat dihasilkan baterai pada suhu 80°F (27°C). Nilai tersebut didefinisikan sebagai arus yang dapat dialirkan oleh baterai asam-timbal pada suhu tersebut selama 30 detik dan mampu mempertahankan tegangan setidaknya 1,2 volt per sel (7,2 volt untuk baterai 12 volt).

Mengukur Nilai CCA Baterai¶

Sejak Cadillac menemukan motor starter yang digunakan untuk mobil produksi mereka pada tahun 1912, para mekanik telah mencari cara untuk mengukur Cold Cranking Ampere (CCA) Baterai Asam-Timbal. Pengukuran CCA memastikan bahwa baterai memiliki daya yang cukup untuk menghidupkan mesin, terutama saat mesin dingin dan baterai dingin. Pembacaan CCA untuk mobil secara umum berkisar antara 350 hingga 600A dan lebih tinggi untuk kendaraan truk. SAE J537 menetapkan bahwa baterai dengan pembacaan CCA 500A dapat menghasilkan 500A pada suhu –18°C (0°F) selama 30 detik tanpa terjadi penurunan tegangan di bawah 7,2 volt.

SAE J537

Standar SAE J537 berfungsi sebagai pedoman untuk prosedur pengujian baterai 12 Volt pada dunia otomotif dan sebagai publikasi yang memberikan informasi tentang konfigurasi wadah dan geometri terminal baterai.

CCA memang tidak dapat "diukur", tetapi dapat "diperkirakan" dan proses pemeriksaan CCA dapat memakan waktu hingga seminggu per baterainya. Tes CCA secara lengkap itu sangat membosankan dan menghabiskan waktu sehingga jarang dilakukan. Untuk menguji CCA, digunakan metode pengosongan arus yang berbeda untuk melihat arus listrik mana yang menjaga baterai di atas tegangan yang telah ditetapkan saat baterai dingin. Tabel dibawah ini mengilustrasikan prosedur pengujian menurut SAE J537, IEC dan DIN. Metodenya hampir sama saja, hanya berbeda dalam lama waktu pengosongan arus dan besarnya perhentian tegangan (cut-off voltage).

Standar	Metode
SAE-J537 CCA	Isi daya baterai hingga penuh sesuai dengan SAE J537 dan dinginkan hingga -18°C (0°F) selama 24 jam. Saat berada pada suhu subfreezing, berikan beban penguras arus yang sama dengan spesifikasi CCA. (Baterai 500 CCA dikosongkan hingga 500A.) Agar lolos pemeriksaan, tegangan harus tetap di atas 7,2 Volt (1,2 Volt/sel) selama 30 detik.
IEC CCA	Isi daya baterai hingga penuh sesuai dengan SAE J537 dan dinginkan hingga -18°C (0°F) selama 24 jam. Saat berada pada suhu subfreezing, berikan beban penguras arus yang sama dengan spesifikasi CCA. (Baterai 500 CCA dikosongkan hingga 500A.) Agar lolos pemeriksaan, tegangan harus tetap di atas 8,4 Volt selama 60 detik.
DIN CCA	Isi daya baterai hingga penuh sesuai dengan SAE J537 dan dinginkan hingga -18°C (0°F) selama 24 jam. Saat berada pada suhu subfreezing, berikan beban penguras arus yang sama dengan spesifikasi CCA. (Baterai 500 CCA dikosongkan hingga 500A.) Agar lolos pemeriksaan, tegangan harus tetap di atas 9 Volt selama 30 detik dan 6 Volt selama 150 detik.

Berbagai alat penguji baterai telah bermunculan yang bertujuan untuk membaca CCA baterai. Karena aliran arus berkaitan dengan nilai ohmik, sebagian besar alat penguji CCA mengukur resistansi internal baterai. Untuk menguji CCA baterai dengan tumpukan karbon (tumpukan karbon digunakan untuk mewakili beban motor starter pada kendaraan), baterai harus memiliki status pegisian muatan 70% hingga 100%. Baterai kemudian di beri beban setengah dari spesifikasi CCA selama 15 detik pada suhu 10°C (50°F) dan lebih tinggi. Sebagai contoh, baterai 500 CCA dikosongkan hingga 250A selama 15 detik, dan baterai akan lolos pemeriksaan jika tegangan tetap bertahan di atas 9,6 Volt. Suhu yang lebih dingin akan menyebabkan tegangan turun lebih jauh. Tumpukan karbon mewakili kondisi pengengkolan (cranking) mesin yang sebenarnya sambil mengamati tegangan jatuh, tetapi metode ini tidak dapat memperkirakan kapasitas baterai.

Para mekanik lebih suka menggunakan alat tangan berukuran kecil dan pabrikan telah membuat dan mengembangkan alat penguji baterai yang dapat genggam, yang menginduksikan pulsa arus tinggi sesaat yang sesuai dengan nilai CCA yang ditetapkan. Hukum Ohm menghitung resistansi internal dengan memperhatikan penurunan tegangan yang diinduksi, dan perangkat memberikan pembacaan setara CCA. Metode pengujian ini cepat dan nyaman, tetapi tidak mampu memperkirakan kapasitas baterai.

Metode pengujian AC Conductance membaca nilai CCA baterai dengan menyuntikkan frekuensi tunggal 80-100 hertz ke dalam baterai. Unit non-invasif ini cukup kecil dan tetap dingin selama pengujian, tetapi baterai harus memiliki SoC 70 persen dan atau lebih tinggi. Seperti metode uji berbasis resistansi lainnya, AC conductance tidak dapat membaca kapasitas baterai.

Metode AC Conductance

Metode AC Conductance tidak menggunakan beban DC, justru alat instrumen menyuntikkan sinyal AC ke baterai. Frekuensi antara 80-100 hertz dipilih untuk meminimalkan reaktansi. Pada frekuensi ini, reaktansi induktif dan kapasitif bertemu, menghasilkan lag (perlambatan) tegangan minimal. Produsen peralatan AC Conductance mengklaim pembacaan resistansi baterai hingga kisaran 50 mikro-ohm. AC Conductance mendapatkan momentum sekitar tahun 1992; alat instrumennya kecil dan tidak panas saat digunakan.

Ilmuwan baterai memprediksi bahwa diagnostik baterai di masa depan terletak pada sistem EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) dengan menggabungkan hasil pengujian model Randles dengan pemodelan kompleks untuk memperkirakan CCA dan kapasitas baterai.

Akurasi pemeriksaan baterai selalu dipertanyakan dan nilai CCA sangat sulit untuk diverifikasi karena hasil pembacaannya dipengaruhi oleh SoC, suhu, dan faktor lainnya. Tabel dibawah ini membandingkan pembacaan CCA yang diambil dengan metode AC Conductance dengan teknologi Spectro™ pada tingkat SoC yang berbeda. Kedua pengukuran menurun dengan SoC yang lebih rendah; namun Spectro™ terpengaruhi kurang dari hasil pembacaan AC Conductance. Karena banyak baterai terabaikan dan tersisa sekitar 70 persen saat akan diservis, sehingga pembacaan nilai CCA antara kedua metode tersebut akan tampak serupa.

Daftar Pustaka¶

Pembaharuan Terakhir: 29 November 2020 10:44:21