BASIC ELECTRIC - BATTERY

Fungsi dan Tipe

Battery merupakan sumber energi listrik utama pada unit. Proses kerja battery adalah sebuah reaksi kimia antara dua buah plat timbal yang berbeda sifat kimia dan terendam dalam larutan elektrolit.

Berdasarkan kondisi operasional di unit maka fungsi battery adalah:

• Pada saat engine off, berfungsi untuk menyediakan arus listrik untuk lampu dan accesoris lainnya.
• Pada saat engine start, berfungsi untuk mensuplay arus ke starting motor dan sistem electric control engine.
• Pada saat engine running kebutuhan arus listrik sepenuhnya telah di-supplay dari charging system, battery hanya berfungsi sebagai penstabil tegangan atau filter, sehingga komponen-komponen yang sangat sensitif terhadap kenaikan dan penurunan tegangan seperti controller engine dan controller lainnya akan aman.

Berdasarkan konstruksinya, battery dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:

• Konstruksi compound, dimana sel-sel yang terdapat pada battery berdiri sendiri-sendiri. Sel yang satu dengan yang lainnya, dihubungkan dengan lead bar (connector) di luar case.

• Konstruksi solid, dimana sel yang satu dengan yang lainnya dihubungkan dengan lead bar di dalam case. Hanya terlihat dua terminal yang menghubungkan seri sel-sel di dalamnya.

Berdasarkan tipenya, battery dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:

• Tipe basah (wet type), terdiri dari elemen-elemen yang telah diisi penuh dengan muatan listrik (full charged) dan dalam penyimpanannya telah diisi dengan elektrolit. Battery ini tidak bisa dipertahankan tetap dalam kondisi full charge, sehingga harus diisi (charge) secara periodik. Selama battery tidak digunakan atau dalam penyimpanan, akan terjadi reaksi kimia secara lambat yang menyebabkan berkurangnya kapasitas battery, reaksi ini disebut self discharge.
• Tipe Kering (dry type), terdiri dari plat-plat (positif & negatif) yang telah diisi penuh dengan muatan listrik, tapi dalam penyimpanannya tidak diisi dengan elektrolit. Battery tipe ini pada dasarnya sama seperti dengan battery tipe basah. Elemen-elemen battery diisi secara khusus dengan cara memberikan arus DC pada plat yang direndamkan dalam larutan elektrolit lemah. Setelah plat plat terisi penuh dengan muatan listrik, kemudian diangkat dari larutan elektrolit kemudian dicuci dengan air dan dikeringkan. Plat -plat tersebut kemudian di-assembling dalam case battery, sehingga bila battery tersebut akan dipakai, cukup diisi elektrolit dan langsung bisa digunakan tanpa charge kembali.

Struktur

• Vent Plug

Lubang pengisian ditutup dengan sumbat ventilasi (vent plug). Fungsi vent plug adalah untuk mencegah masuknya debu dan kotoran ke dalam sel. Vent plug juga berfungsi untuk memisahkan gas hidrogen dan uap asam sulfat yang terbentuk pada saat proses pengisian berlangsung. Gas hidrogen keluar melalui lubang ventilasi (vent hole), sedangkan uap asam sulfat mengembun pada tepian ventilasi dan menetes kembali ke bawah.

• Plat Positif dan Plat Negatif

Pada setiap sel baterai terdapat elemen yang terendam pada elektrolit. Elemen baterai adalah kesatuan dari plat (plate), pemisah (separator) dan serat gelas (fiberglass). Plat terbuat dari timah hitam atau campuran timah hitam dengan antimon ditambah dengan bahan aktif untuk menambah daya penyimpanan. Plat positif adalah oksida timah hitam (PbO2) berwarna sawo matang, sedangkan plat negatif adalah timah hitam (Pb) berpori berwarna kelabu.

Plat positif dan negatif masing-masing dihubungkan oleh pengikat plat (plate strap) dipasangkan berselang-seling dan dibatasi oleh pemisah dan serat gelas. Serat gelas melindungi bahan aktif pada plat positif yang tidak tahan terhadap getaran dan mudah membentuk gumpalan-gumpalan. Posisi plat ditinggikan dari dasar dan diberi penyekat agar tidak terjadi hubungan singkat apabila terdapat bahan aktif yang lepas dari plat.

Elektrolit (H2SO4)

Elektrolit baterai adalah larutan asam sulfat (SO4) dengan air suling (H2O). Komposisi campuran adalah 36% SO4 dan 64% H2O. Standard berat jenis (specific gravity) elektrolit battery pada temperature standard (200C) adalah 1.280.

Apabila temperature larutan elektrolit berubah, maka standard berat jenis dapat dicari dengan rumus:

Berat jenis akan turun pada saat battery dipakai (discharge). Pada kondisi standard (20°Celsius), bila berat jenis elektrolit turun mencapai 1.200, maka battery harus diisi kembali (charging).

Bila jumlah elektrolit di dalam battery berkurang, maka harus ditambah dengan air suling. Perubahan berat jenis elektrolit tergantung pada:

• Discharge rate.
• Charge rate.
• Temperature.
• Jumlah asam sulfat yang terkandung dalam elektrolit.

Larutan elektrolit dapat membeku pada temperatur tertentu. Oleh karena itu, menyimpan battery boleh ditempat sedingin mungkin asalkan tidak sampai larutan elektrolitnya membeku.

Reaksi Kimia

Proses pengosongan (discharge) dan pengisian (charge) battery merupakan satu siklus reaksi kimia sebagai berikut:

Selama proses pengosongan plat positif (PbO2) dan negatif (Pb) bereaksi dengan sulfat (SO4) membentuk PbSO4. Reaksi tersebut menyebabkan H2SO4 sedikit demi sedikit berubah menjadi H2O, akibatnya konsentrasi dan berat jenis elektrolit berkurang. 

Selama proses pengisian SO4 terpisah dari PbSO4, sehingga terbentuk PbO2 pada plat positif dan Pb pada plat negatif. H2SO4 akan kembali terbentuk di dalam elektrolit, sehingga konsentrasi dan berat jenis elektrolit bertambah.

Terminal Voltage

Terminal voltage adalah batas tegangan battery yang diijinkan pada saat proses pengosongan (discharge) dan pengisian (charge) battery. Ketika battery dipakai dengan arus besar, sebagai contoh digunakan untuk memutar engine pada saat start, maka tahanan dalam battery akan naik. Hal ini tidak hanya disebabkan berkurangnya asam sulfat (yang semestinya untuk mempertahankan kecepatan reaksi kimia antara plat-plat dan elektrolit), tetapi juga akibat polarisasi battery itu.

Terminal volatge battery dalam satu sel yang dipakai selama 20 jam (untuk battery N200) dan arus yang digunakan 10A adalah seperti pada kurva di samping.

Proses pengisian (arus pengisian ± 1/10 dari arus discharge rata-rata) akan menghasilkan naiknya perbedaaan potensial antara terminal positif dan negatif. Pada saat charging tersebut, akan timbul gelembung-gelembung karena peristiwa elektrolisa (penguraian) H2O. Gelembung-gelembung tersebut dapat menyebabkan umur battery pendek. Oleh karena itu, apabila sudah mencapai terminal voltage, maka charging harus dihentikan.

Self Discharge

Suatu battery yang telah diisi elektrolit, jika didiamkan (tidak dipakai) akan kehilangan muatan listriknya. Hal ini disebabkan setelah battery diisi elektrolit, maka battery mulai mengalami suatu reaksi kimia, meskipun battery tersebut dipakai atau tidak. Sifat seperti ini tidak dapat dihindarkan pada semua battery. Kehilangan muatan listrik yang tersimpan tanpa pemakaian melalui rangkaian luar disebut self discharge. Sebab-sebab terjadinya self discharge adalah:

• Plat negatif beraksi langsung dengan asam sulfat dari elektrolit membentuk timbal sulfat (PbSO4)
• Hubungan singkat antara plat positif dan plat negatif melalui endapan dari material aktif.
• Jika suhu dan konsentrasi elektrolit tidak merata disekitar plat positif dan negatif akan terjadi reaksi elektrokimia lokal.

Reaksi kimia yang terjadi pada battery akan lebih cepat seiring dengan kenaikan suhu elektrolit. Hal ini juga berarti self discharge akan bertambah cepat jika suhu lebih tinggi.

Penyimpanan battery pada suhu rendah akan lebih efektif dalam memperkecil kecepatan self discharge seperti terlihat pada kurva di samping.

Faktor lain yang mempercepat self discharge adalah bila elektrolit atau air suling yang diisikan ke dalam battery mengandung material-material pengetes, karena akan menimbulkan reaksi lokal.

Kapasitas

Kapasitas battery adalah jumlah listrik yang dapat dihasilkan dengan melepaskan arus tetap, sampai dicapai voltage akhir (final terminal voltage). Besarnya ditentukan dengan mengalikan besar arus pelepasan dengan waktu pelepasan dan dinyatakan dalam AH (Ampere Hour). Jadi untuk menyatakan kapasitas battery, perlu ditentukan laju arus pelepasan. Karena kapasitas battery tergantung dari kuat arus pelepasan. Misalnya suatu battery mempunyai kapasitas 100 AH untuk laju arus 20 jam. Ini berarti battery tersebut sanggup melepaskan muatan sebesar 5 ampere selama 20 jam. Tapi tidak berarti sanggup melepaskan muatan sebesar 10 ampere selama 10 jam. Suatu battery yang sanggup melepaskan muatan sebesar 10 ampere selama 10 jam disebut mempunyai kapasitas 100 AH untuk laju arus 10 jam. Sedang battery yang sanggup melepaskan muatan sebesar 5 ampere selama 20 jam disebut battery mempunyai kapasitas 100 AH untuk laju arus 20 jam.

Jadi jika ingin membandingkan kapasitas battery perlu disamakan dahulu laju arus pelepasan muatan listriknya. Makin besar arus pelepasan, makin kecil laju arus pelepasan. Hubungan antara laju arus pelepasan kapasitas battery (untuk battery 120 AH/20 H) dapat dilihat pada kurva di samping.

Selain arus pelepasan dan laju arus pelepasan, suhu elektrolit juga mempengaruhi kapasitas battery. Standard suhu untuk menentukan kapasitas battery adalah 25ºC. Misalnya suatu battery yang dinyatakan mempunyai kapsitas 200 AH untuk laju arus 20 jam adalah bila battery tersebut dipakai (discharge) dengan arus konstan 10 A, akan sampai pada final terminal voltage selama laju arus 20 jam pada suhu elektrolit 25ºC.

Pengaruh suhu elektrolit terhadap kapasitas battery dapat dilihat pada kurva di samping. Jika temperatur elektrolit rendah kecepatan reaksi kimia di dalam battery lambat yang menyebabkan berkurangnya kapasitas battery. Sebaliknya reaksi kimia terjadi dengan cepat pada temperatur tinggi, menyebabkan kapasitas battery naik.

Demikian sharing mengenai battery (accu), semoga bermanfaat dan dapat membantu Sahabat Sebel.461. Kami sangat mengharap komentar positif maupun negatif dan support dari teman-teman agar wibesite SEBEL461.com bisa terus berbenah dan terus bisa sharing hal yang positif. Mohon maaf apabila ada yang kurang dari penjelasan kami, silahkan teman-teman bisa tambahkan di kolom komentar menurut pemahaman teman-teman.