Perancangan Active Cell Balancing pada Battery Management System berbasis PWM Controlled Converter

DIMAS SOFIAN ASHARI, Ir. Adha Imam Cahyadi, S.T., M.Eng., D.Eng., IPM.; Ir. Oyas Wahyunggoro, M.T., Ph.D.

2023 | Skripsi | S1 TEKNIK ELEKTRO

Perubahan iklim dan pemanasan global merupakan isu penting yang menarik perhatian global yang disebabkan oleh meningkatnya efek gas rumah kaca akibat produksi energi, kegiatan industri dan transportasi oleh manusia. Hal ini mendorong terjadinya transisi energi berbahan bakar fosil menjadi energi terbaharukan yang lebih bersih. Transisi energi berkaitan erat dengan baterai karena kemampuannya dalam menyimpanan energi serta mendukung mobilitas sehingga mendukung peralihan energi di berbagai sektor. Kehadiran baterai menjadi penting untuk proses transisi energi sehingga permintaan baterai akan terus meningkat pada masa mendatang. Tingginya penggunaan baterai membuat permasalahan pada baterai membutuhkan perhatian yang lebih. Kerusakan pada baterai menimbulkan bahaya dan kerugian baik jangka pendek maupun panjang. Salah satu penyebab kerusakan baterai adalah tidak seimbangnya sel baterai yang berpotensi menimbulkan kerusakan baterai pada jangka panjang. Battery Management System (BMS) merupakan sistem yang berfungsi untuk memonitor kondisi baterai, menjaga performa baterai, serta mencegah kerusakan baterai. Pada proyek capstone ini, dirancang sebuah BMS dengan fitur monitor arus, tegangan, State of Charge (SOC), serta cell balancing. Monitor arus dan tegangan dilakukan dengan menggunakan bantuan sensor. Estimasi SOC dilakukan menggunakan metode Coulomb Counting dengan nilai awal SOC didapatkan melalui OCV pada kurva hubungan SOC-OCV. Kurva hubungan tersebut didapatkan melalui identifikasi sistem dengan RLS yang juga menghasilkan parameter hambatan internal baterai. Metode cell balancing yang digunakan adalah active cell balancing dengan menggunakan komponen induktor berbasis buck-boost converter. Proses balancing dikendalikan menggunakan transfer decision yang menghasilkan arah transfer energi serta pemberian sinyal PWM pada switch. Proses balancing dilakukan berdasarkan SOC dari masing masing baterai dan dihasilkan SOC yang seimbang untuk setiap sel baterai.

Climate change and global warming are important issues that attract global attention which caused by the greenhouse effect due to energy production, industrial activities, and transportation activities by humans. This encourages fossil fuel energy transition into cleaner renewable energy. The energy transition is closely related to batteries because of their ability to store energy and support mobility, thus supporting the energy transition in various sectors. The presence of batteries are important for the energy transition process thus resulting the increases of battery demand in the future. The high use of batteries makes battery problems become important issues that need more attention. Damaged battery poses dangers both in short and long term. One of the causes of battery damage is unbalanced battery cells that potentially cause battery damage in the long term. Battery Management System (BMS) is a system that paired with battery to monitor battery condition, maintain battery performance, and prevent battery damage. In this capstone project, BMS designed with current, voltage, and State of Charge (SOC) monitoring , also cell balancing features. Current and voltage monitoring is done by using sensors. SOC estimation is done by using coulomb counting method with the initial value of SOC obtained through Open Circuit Voltage (OCV) on the SOC-OCV relationship curve. The relationship curve is obtained through the system identification process with Recursive Least Square (RLS) which also produces the internal resistance parameters of the battery. The cell balancing method use active cell balancing method by using inductor components based on buck-boost converter. The balancing process is controlled using transfer decision which control the direction of energy transfer and PWM signaling. The balancing process is performed based on the SOC of each battery with the result that achieved balanced condition for all cells.

Kata Kunci : Battery Management System, Battery, Thevenin Model, Stage of Charge, Cell Balancing, Buck boost converter, power electronics