Cara Kerja Battery Management System pada Kendaraan Listrik

Cara Kerja Battery Management System

Battery Management System atau BMS pada kendaraan listrik berbasis baterai memiliki fungsi cara kerja untuk  memastikan keamanan paket baterai dengan terus memantau dan mengatur parameter seperti suhu serta tegangan.

Setelah mengetahui, “Apa itu Sistem Manajemen Baterai?” selanjutnya “Bagaimana cara kerjanya?”

Mungkin Anda ingin merancang sistem BMS khusus untuk baterai sendiri setelah mengetahu cara kerjanya. Dalam artikel ini, kami dapat membantu Anda untuk menjawab pertanyaan serta menyelesaikan masalah tersebut !

Melalui teknologi yang berkembang, kebutuhan baterai juga tumbuh dengan kecepatan yang luar biasa. Teknologi ini dapat kita temui di mana-mana, hampir pada semua perangkat mulai dari earbud kecil hingga mobil listrik berkecepatan tinggi. Penelitian terus berkembang untuk membuat baterai sekecil mungkin tanpa mengurangi efisiensi daya.

Kita sering mendengar Battery Management System pada kendaraan listrik berbasis baterai. Padahal kenyataannya Battery Management System atau BMS sudah ada bahkan pada perangkat-perangkat lain yang menggunakan baterai sebagai sumber dayanya.

Teknologi Sistem Manajemen Baterai (BMS) atau Battery Management System ini sangat berguna. Teknologi yang terdapat pada BMS memiliki manfaat untuk memastikan pengoperasian baterai yang andal, memantau kesehatan baterai untuk menghindari ledakan, meningkatkan masa pakai baterai hingga menunjukkan level isi baterai.

Sayangnya, kami hanya mendapati sedikit informasi yang tersedia di internet, jadi kami memutuskan untuk mengumpulkan artikel tentang BMS secara rinci.

Jadi tetap di sini dan baca sampai habis ya!

Daftar Isi

• Apa itu Battery Management System ? 
• Diagram Blok Battery Management System
• Cara Kerja Sistem Manajemen Baterai
• Fungsi BMS Kendaraan Listrik
• Papan BMS Kendaraan Listrik Terpopuler
• Kesimpulan

Apa itu Battery Management System ?

Socket BMS Kendaraan Listrik

Sistem Manajemen Baterai atau battery management system memantau dan mengatur parameter operasional internal, yaitu suhu, tegangan dan arus selama pengisian dan pengosongan baterai.

Dalam istilah teknis, BMS memperkirakan SoC (State of Charge) dan SoH (State of Health) baterai untuk meningkatkan keamanan dan kinerja. SoC atau (State of Charge) merupakan sebuah parameter yang mengukur kapasitas energi pada baterai.

Sedangkan SoH (State of Health) merupakan parameter kesehatan baterai dalam menyimpan daya. Pernahkan Anda mengalami daya baterai yang sering ngedrop? Bisa jadi SoHnya sudah rendah.

Penggunaan parameter tersebut tujuannya untuk menghindari pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan baterai yang berlebihan. Dengan cara ini, BMS dapat mempertahankan tingkat pengisian dalam kapasitas maksimum dan minimum yang diizinkan untuk mencegah kecelakaan mendadak [ledakan].

Oleh karena itu BMS adalah perangkat yang sangat penting untuk memastikan keamanan baterai dan pengguna. Ada banyak manfaat lain menggunakan BMS, dan kita akan membahasnya nanti di artikel ini.

Diagram Blok Battery Management System

BMS adalah papan elektronik yang terdiri dari berbagai komponen dan sirkuit. Setelah mendeteksi masalah dalam parameter operasional (tegangan, suhu, dll.) BMS memicu input ke sistem alarm diikuti dengan memutuskan baterai dari beban atau pengisi daya.

Desain diagram blok pada Battery Management System atau BMS cenderung agak rumit. Agar artikel ini tetap singkat dan informatif, kami mencoba menjelaskannya secara sederhana.

Diagram Blok BMS Kendaraan Listrik

Pada blog gambar di atas terdapat banyak sekali fungsiional part. Sedangkan secara umum, masing empat bagian atau part membentuk empat blok fungsional utama. Berikut ini kelompok fungsional pada blok BMS.

1. Cut-off FETs
2. Monitor Pengukur Bahan Bakar
3. Monitor Tegangan Sel
4. Monitor Suhu

Bersamaan dengan ini, ada beberapa blok lagi dan kami akan menjelaskannya juga. Jadi tanpa basa-basi lagi, mari kita bahas satu persatu :

1. Cut-off FETs

Sebuah FET-driver bertindak sebagai isolator antara baterai dan pengisi daya. FET-driver digunakan untuk menghubungkan sisi tinggi dan sisi rendah dari baterai.

Sisi tinggi – Mengaktifkan NMOSFET menggunakan driver pompa muatan

Sisi rendah – Mengaktifkan NMOSFET tanpa driver pompa pengisian daya

FET Cut-off yang terpasang secara terintegrasi akan mengurangi biaya keseluruhan BMS. Pada beberapa kasus di kendaraan listrik, FET Cut-off juga menghilangkan penggunaan perangkat bertegangan tinggi sehingga dapat mengurangi volume (sirkuit terintegrasi).

2. Monitor Pengukur Bahan Bakar

Adanya monitor membantu melacak muatan yang masuk dan keluar dari baterai. Muatan yang mengalir dihitung dengan mengalikan arus dan waktu.

Meskipun beberapa metode digunakan untuk mengukur aliran arus, solusi yang paling efisien dan hemat biaya adalah mengukur tegangan resistor indera menggunakan ADC 16-bit dengan offset rendah dan peringkat mode umum yang tinggi.

ADC yang lebih tinggi bermanfaat untuk mendapatkan rentang dinamis yang luas dengan kecepatan yang lebih.

3. Sensor Tegangan Sel

Pemantauan tegangan sel dapat disebut sebagai fungsi standar Sistem Manajemen Baterai. Hal ini berguna dalam menentukan kesehatan baterai.

Semua sel dalam baterai harus beroperasi pada tingkat tegangan standar selama pengisian dan pemakaian untuk keselamatan dan meningkatkan siklus hidup.

Untuk mengetahui bagaimana kemasan baterai dibentuk dengan menghubungkan sel-sel baterai secara seri dan paralel, lihat blog ini: Konfigurasi Seri dan Paralel Baterai Lithium.

4. Monitor Suhu

Seiring perkembangan teknologi, baterai dibuat untuk memasok arus tinggi sambil menjaga voltase tetap konstan.

Karena aliran arus yang tinggi melalui baterai dapat menyebabkan kenaikan suhu secara tiba-tiba dan memaksa baterai meledak secara tidak sengaja. Itu perlu dihindari. Untuk alasan ini, BMS terus memantau suhu baterai dan mengaturnya ke nilai batasan.

Fitur ini berguna karena jika suhu naik di atas nilai batas, ini akan memberi tahu Anda untuk memulai/menghentikan pengisian atau pengosongan.

5. Blok Susunan Lainnya

Beberapa blok yang tersedia antara lain:
Otentikasi Baterai – mencegah koneksi elektronik BMS ke paket baterai pihak ketiga.
Jam Real-time (RTC) – digunakan dalam aplikasi kotak hitam
Memori – digunakan dalam aplikasi kotak hitam

Daisy Chain – menyederhanakan koneksi antar perangkat yang ditumpuk

Cara Kerja Sistem Manajemen Baterai

Cara kerja sistem manajemen baterai ditentukan oleh kerumitan komponen elektronik yang tersedia di papan. Mari kita bahas cara kerja secara detail dengan mempertimbangkan BMS standar dengan komponen minimal untuk kinerja optimal.

Mikrokontroler BMS mengukur tegangan dan arus sel secara real-time dan berdasarkan itu ia mengganti MOSFET. BMS hanya menggunakan satu bus untuk pengisian dan pemakaian

Awalnya, FET pengisian dan pengosongan mati sehingga tidak ada aliran arus.

Mikrokontroler BMS merasakan tegangan pada input dan menyalakan MOSFET pengisian yang kembali mulai mengisi daya baterai.

Jika tegangan pada pin input tidak ada maka BMS menentukan beban terhubung dan menyalakan FET pengosongan.

Biasanya dua jenis penyeimbangan sel digunakan dalam BMS.

Penyeimbangan sel pasif
Penyeimbangan sel aktif.

Dalam penyeimbangan sel Pasif, resistor bypass digunakan untuk melepaskan tegangan berlebih dan menyamakan dengan sel lain.

Dalam sel yang aktif menyeimbangkan muatan berlebih dari satu sel ditransfer ke sel lain yang memiliki muatan rendah untuk menyamakannya. Ini menggunakan kapasitor dan induktor penyimpan muatan.

Untuk memberi Anda gambaran umum tentang cara kerja BMS, mari lihatlah rangkaian sederhana seperti yang ditunjukkan di bawah ini,

Rangkaian sederhana BMS

Gambar menunjukkan bahwa BMS 3S terhubung dengan baterai 3-sel. Sel dihubungkan secara seri.

Tegangan Mode Penyimpanan – 3.7V
Tegangan pengisian penuh – 4.2V

Jadi tegangan pengisian untuk paket baterai tiga sel adalah 12.6V.

Kabel pengukur berat terhubung ke catu daya. Kabel kecil digunakan sebagai kabel penyeimbang sel dan membawa arus lebih sedikit.

Sebuah BMS memiliki kapasitas terukur. Ini mengukur muatan listrik yang tersedia dan berhubungan dengan kapasitas.

Ketika kapasitas berkurang, jumlah muatan listrik turun.

Berikut ini terdapat video dari youtube terkait cara kerja serta wiring dari battery management system.

Semoga video youtube tersebut memberikan gambaran kepada Anda terkait cara kerja battery management system. 

Fungsi BMS Kendaraan Listrik

Sebuah sistem tercipta tentunya memiliki maksud dan tujuan tertentu. Begitu juga dengan battery management system memiliki fungsi atau tujuan tersendiri.

• Keamanan

Karena kepadatan yang lebih tinggi dalam kemasan baterai lithium-ion, ada peningkatan risiko terbakar. Jadi seperti yang disebutkan sebelumnya, penting untuk mengoperasikan baterai pada nilai nominalnya.

BMS melakukan ini untuk Anda. Ini menghindari pengisian daya yang berlebihan dan pengosongan baterai yang berlebihan untuk memperpanjang masa pakai baterai.

Ini juga menawarkan perlindungan korsleting, pengisian dan pemakaian atas perlindungan saat ini, perlindungan pengisian anti-balik dll.

BMS modern dilengkapi dengan fitur komunikasi Bluetooth dan UART.

• Pengoptimalan Kinerja Baterai

Agar baterai berkinerja terbaik, baterai harus beroperasi di suatu tempat antara nilai batas maksimum dan minimum, yaitu arus, tegangan, suhu, dll.

Seperti yang kita pelajari sebelumnya, BMS membantu baterai beroperasi dalam nilai batas kritis ini.

Dalam hal paket baterai, ini membantu menjaga pengisian dan pengosongan sel yang sama. Ini secara besar-besaran meningkatkan kinerja paket baterai.

Tidak hanya kinerja tetapi Sistem Manajemen Baterai yang efisien berguna dalam meningkatkan masa pakai baterai.

• Pemantauan dan Diagnostik Kesehatan Baterai

Tingkat pengisian baterai menentukan waktu pengisian dan pemakaian. BMS mampu menghitung dan menunjukkan muatan yang tersedia dalam baterai.

BMS memeriksa keanehan dalam parameter baterai dengan membandingkannya dengan nilai batas nominal. Selain itu, ia mampu mengambil tindakan korektif untuk meningkatkan kesehatan baterai.

Papan BMS Kendaraan Listrik Terpopuler

Ada berbagai papan BMS yang tersedia di pasaran. Dengan pengetahuan yang tepat tentang teknologi ini, Anda dapat merancang BMS Anda sendiri. Ya, tentu saja! Ini akan memakan banyak waktu dan usaha. Namun demikian itu layak dalam kasus paket baterai besar.

Jika Anda memiliki baterai lithium-ion kecil, maka kami dapat menyarankan beberapa BMS yang populer di tahun 2021.

#1 - TP4056 Li-ion BMS

TP4056 Li-ion BMS

BMS ini sangat cocok untuk mengisi satu sel Li-ion. Arus pengisian adalah 1A dan dipasok oleh IC pengisi daya TP4056 dan IC perlindungan baterai DW01.

Secara otomatis memutuskan baterai dari catu daya ketika selesai.

#2 - 1S 18650 Li-ion BMS

1S 18650 Li-ion BMS

Ini adalah satu lagi BMS populer untuk baterai lithium-ion sel tunggal. Dilengkapi dengan proteksi korsleting, proteksi arus lebih, proteksi over-charge dan over-discharge.

#3 - 3S 10A 18650 Li-Ion BMS

 3S 10A 18650 Li-Ion BMS

Berbeda dengan papan BMS di atas, papan ini digunakan untuk baterai li-ion 3-sel. Anda dapat menghubungkan BMS ini dengan baterai 11.1V (tegangan mode penyimpanan) atau 12.6 (tegangan pengisian penuh). Ini juga menawarkan perlindungan over-charge dan over-current.

Kesimpulan

Kami berharap Anda dapat memahami Battery Management System atau Sistem Manajemen Baterai sepenuhnya. Jika ada keraguan, jangan lupa untuk berkomentar di bawah.

Jadi kesimpulannya dengan penggunaan baterai lithium-ion di mobil, popularitas dan desain BMS terus meningkat. Hal ini menjadi semakin penting untuk mengetahui tentang teknologi ini.

Ada berbagai jenis BMS yang tersedia yang dikategorikan menjadi 1S, 2S untuk 20S BMS. Di sini kata "S" berarti jumlah sel.

Jadi itu berarti Anda dapat menggunakan BMS dengan paket baterai yang memiliki hingga 20 sel!