Baterai merupakan sumber energi listrik pada kendaraan yang digunakan untuk sistem starter dan kelistrikan lain. Baterai ini menyimpan listrik dalam bentuk energi kimia, yang dikeluarkanya jika diperlukan dan mensuplainya ke masing-masing sistem kelistrikan atau alat yang memerlukanya.Jika baterai kekurangan energi listrik, maka alternator mensuplainya kembali ke dalam baterai yang disebut sistem pengisian. Siklus pengisian dan pengeluaran terjadi berulang kali secara terus menerus.
Baterai pada kendaraan, berfungsi sebagai sumber energi listrik, baik untuk sistem starter, sistem pengapian, sistem penerangan ataupun assesoris dan yang lainya.
Secara detail fungsi baterai pada kendaraan dibagi dalam tiga bagian, yaitu :
1. Pada saat mesin hidup baterai digunakan untuk bagian yang memerlukan energi listrik dari baterai seperti sistem pengapian.
2. Pada saat mesin mulai dihidupkan dengan sistem starter, dimana energi listrik yang dibutuhkan untuk menghidupkan maotor starter disuplai dari baterai.
3. Pada saat mesin dalam keadaan mati energi listrik dari baterai dibutuhkan untuk menghidupkan sistem penerangan, assesoris dan lainya.
Gambar fungsi baterai pada kendaraan
Baterai yang dirancang untuk kendaraan umumnya 6 Volt dan 12 Volt. Tetapi sekarang rata-rata baterai dibuat 12 Volt. Baterai yang 6 volt terdiri atas 3 sel, sedangkan yang 12 volt mempunyai 6 sel yang dirangkai secara seri. Sel-sel tersebut tersimpan dalam sebuah kotak dan masing-masing sel diberikan lubang untuk mengisi cairan elektrolit baterai. Setiap lubang ditutup dengan tutup baterai, dimana pada tutup baterai tersebut terdapat lubang ventilasi yang digunakan untuk penguapan eletrolit baterai.
Komponen-komponen baterai yang didesain untuk kendaraan terdiri atas :
1. Kotak baterai
2. Sel baterai
3. Tutup baterai
4. Separator
5. Penghubung sel
6. Pos terminal.
Gambar Konstruksi Baterai
A. KOTAK BATERAI
Kotak baterai dibuat dari bahan isolasi dan tahan terhadap asam yang terbuat dari bahan karet atau plastik. Kotak baterai terbagi menjadi enam ruangan sesuai dengan jumlah sel baterai. Dibagian samping luar kotak baterai diberikan garis atas dan bawah (upper level dan lower level) sebagai indicator jumlah elektrolit. Plat-plat tersebut posisinya ditinggikan dari dasar dan diberi penyekat, tujuanya agar tidak terjadi hubungan singkat apabila ad
a bahan aktif terjatuh dari plat.
Gambar Kotak Baterai
B. SEL / ELEMEN BATERAI
Sel baterai terdiri dari gabungan plat positif dan plat negatif yang disekatkan oleh separator antara plat yang satu dengan plat yang lainya. Jumlah dan ukuran plat adalah dua faktor yang menentukan besar kecilnya kapasitas sebuah baterai. Pada setiap sel, jumlah plat negatif lebih banyak satu dari pada plat positif sehingga sisi luar plat setiap sel adalah plat negatif.
Plat positif maupun plat negatif terdiri atas rangka dan bahan aktif. Bahan yang digunakan sebagai rangka adalah timah dan antimony. Bahan aktif plat positif adalah timah peroksida (PbO2), sedangkan plat negatif adalah timah murni (Pb) berwarna abu-abu (metallic gray). Kedua bahan aktif tersebut diikatkan pada rangka sehingga terbentuk plat postif dan negatif.
Plat-plat positif dan negatif masing-masing dihubungkan dengan plat strap (pengikat plat) yang terpisah. Ikatan plat-plat positif dan negatif ini dipasang secara berselang-seling yang dibatasi oleh separator dan fiberglass disebut elemen baterai. Penyusunan plat-plat dengan tujuan memperbesar luas singgungan antara bahan aktif dengan elektrolit, agar listrik yang dihasilkan besar. Dengan kata lain kapasitas baterai menjadi besar
Gambar Elemen Baterai
C. TUTUP BATERAI (SUMBAT VENTILASI)
Tutup baterai mempunyai lubang pada setiap selnya yang digunakan untuk mengisi elektrolit. Lubang ini ditutup dengan penyumbat yang berbentuk seperti skrup atau baut. Setiap tutup mempunyai lubang kecil yang berfungsi sebagai ventilasi dan untuk memisahkan gas hidrogen yang terbentuk saat pengisian dan uap yang dihasilkan dari asam sulfat (H2SO4).
Gambar Tutup Baterai
D. SEPARATOR
Separator adalah bahan lembaran tipis yang memisahkan antara plat positif dan negatif untuk mencegah terjadinya kehilangan energi yang tersimpan di dalam baterai. Separator terbuat dari bahan diantaranya :
1. Kayu
2. Karet
3. Plastik
4. Lembaran berlubang dari silica
5. Fiberglass
Gambar Separator
Pada sisi permukaan plat positif, separator dibuat rusuk-rusuk. Hal ini bertujuan agar volume asam sulfat lebih banyak beredar pada daerah permukaan plat postif sehingga dapat meningkatkan efisiensi dan fasilitas sirkulasi asam sulfat dalam sel.
E. PENGHUBUNG SEL
Penghubung sel berfungsi untuk menghubungkan sel-sel di dalam baterai secara seri. Selain itu, penghubung sel-sel tersebut juga untuk mengurangi tahanan dan berat di dalam, serta mengurangi bahaya hubungan singkat dari pengaruh luar. Penghubung sel harus kuat dalam mengalirkan arus tinggi yang dibutuhkan untuk menghidupkan awal putaran mesin tanpa panas berlebihan.
F. POS TERMINAL
Penyangga plat positif pada sel pertama dihubungkan dengan pos terminal baterai. Sedangkan penyangga plat negatif pada sel terakhir dihubungkan dengan pos terminal negatif baterai. Pos terminal positif biasanya dibuat sedikit lebih besar dari pada pos terminal negatif. Hal ini bertujuan untuk mengurangi bahaya pemasangan kabel yang terbalik.
Kabel diikat oleh terminal kabel khusus. Ada dua jenis terminal kabel, yaitu terminal kabel dengan memakai sekrup dan terminal kabel pengikat kabel dengan cara disolder.
Gambar Pos Terminal Baterai
G. ELEKTROLIT BATERAI
Elektrolit mempunyai peranan yang sangat penting sebagai penghantar listrik dalam proses pengisian baterai. Elektrolit menggunakan campuran asam sulfat (SO4) sebanyak 36 % dengan air (H2O) sebanya 64 %. Berat jenis yang dihasilkan dari campuran tersebut adalah 1,270 kg/l temperatur 27O C.
Elektrolit Baterai
I. MACAM-MACAM BATERAI DAN KARAKTERISTIKNYA
Macam-macam baterai dilihat dari beberapa perbedaan sebagai berikut :
1. Secara kelistrikanya.
a. Besar tegangan (Volt)
b. Kapasitas (AH)
2. Bahan kotak baterai
a. Karet
b.Plastik
3. Pengaturan sel dan pos terminalnya bergantung pada kondisi instalasinya.
4. Jenis Baterai
a. Baterai dengan pengeluaran gas
b. Baterai dengan sambungan probe
c. Baterai “S”
d. Baterai Bebas pemeliharaan (maintenance free)
A. BATERAI DENGAN PENGELUARAN GAS
Pada baterai jenis ini biasanya dilengkapi dengan saluran pipa pengeluaran gas yang dihubungkan ke udara luar pada tempat yang cukup aman. Kelengkapan ini dipasang bertujuan untuk menghindari kerusakan disekitar baterai yang diakibatkan oleh gas yang berkembang apabila terjadi pengisian berlebihan.
B. BATERAI DENGAN SAMBUNGAN PROBE
Probe penguji yang terpasang menjadi satu pada baterai digunakan untuk memeriksa batas elektrolit secara otomatis. Selama ketinggian batas elektrolit masih cukup rangkaian arus pengisi yang melalui probe penguji dalam keadaan tertutup. Apabila elektrolit berkurang sampai batas nominal, rangkaian akan terbuka dan mencetuskan sinyal yang menujukkan bahwa air distilasi harus datambah.
C. BATERAI “S”
Baterai jenis “S” mempunyai separator yang khusus dan direkomendasikan untuk digunakan pada kebutuhan kapasitas AH baterai yang tinggi. Berdasarkan kondisi persyaratan secara khusus baterai “S” dijamin mempunyai umur lebih lama dibandingkan dengan baterai yang mempunyai separator biasa.
D. BATERAI BEBAS PELIHARAAN (MAINTENANCE FREE / MF)
Baterai konvensional memerlukan pemeliharaan secara berkala. Sebab baterai bekerja, akan terjadi kehilnagan air yang harus segera diisi dengan menggunakan air distilasi.
Untuk mengatasi hal tersbut, maka sebuah baterai bebas pemeliharaan didesain khusus baik konstruksinya maupun bahanya. Pada baterai ini, uap airnya dikondensasikan kembali di dalam baterai itu sendiri sehingga karat pada terminal dapat dicegah. Selain itu juga, bahan rangkaiannya dibuat dari logam yang kadar antimonya lebih sedikit dibanding baterai konvensional dan bahan separatornya mempunyai karakteristik tahan retak dan pecah.
Aki kering merupakan bentuk pengembangan dari aki basah yang sudah lama dikenal konsumen. perbedaan fisik yang langsung dapat dilihat adalah pada warna wadah yang gelap / tidak transparan dan tidak adanya lubang-lubang untuk mengisi air accu. Cairan berbentuk gel digunakan sebagai pengganti cairan elektrolit. Gel ini sangat minim tingkat penguapannya dan pada saat menguap pun, uap tersebut tidak dibuang keluar wadah, tetapi masuk lagi ke dalam wadah (maintenance free).
II. DAYA KONDUKSI LISTRIK
Pada baterai aliran arus listrik terjadi berdasarkan konduksi ion. Konduktornya adalah bahan campuran kimia yang larut dalam air serta terdapat dalam plat positif dan plat negatif. Elektrolit yang digunakandalam baterai adalah cairan asam belerang (H2SO4).
Dalam bentuk cairan yang encer, molekul asam belerang dipisahkan ke dalam ion hydrogen bermuatan positif (H+) dan sulfat muatan negatif (SO4). Muatan-muatan tersebut berpadu satu dengan yang lainya secara menyeluruh.
Muatan positif adalah elektron-elektron yang telah dilepaskan dari susunan atom netral. Muatan negatif adalah electron tambahan yang telah diterima oleh susunan atom.
Muatan positif dari dua ion hidrogen dapat disamakan ion sulfat. Oleh karena itu, jika ion-ion ini bergabung membentuk satu molekul asam belerang. Molekul ini kelihatannya tidak mempunyai muatan.
Pemisahan molekul asam belerang adalah syarat untuk daya konduksi elektrolit, juga untuk aliran arus pengisian dan pengeluaran.
III. BERAT JENIS ELEKTROLIT BATERAI
Berat jenis elektrolit baterai sebesar 1,28 kg/l pada suhu 27o C atau 1,260 pada temperature 200 C. Selama penggunaan normal di dalam elektrolit baterai hanya air yang akan berkurang. Oleh karena itu, penambahan air untuk mengganti kekurangan cairan di dalam baterai akan lebih tepat. Serta perlu diperhatikan tinggi permukaan elektrolit pada saat penambahan air, disesuaikan dengan batas yang sudah ditentukan. Batas pengisian permukaan elektrolit dibatasi denagn upper level dan lower level. Jika permukaan elektrolit terlalu rendah akibatnya plat-plat tidak terlindungi oleh elektrolit dan langsung berhubungan dengan udara. Akibatnya kapasitas berkurang dan sel-sel baterai akan cepat rusak.
Hal lain yang perlu diperhatikan, yaitu tinggi rendahnya temperatur elektrolit yang akan mempengaruhi berat jenis elektrolit baterai. Setiap penambahan dan penurunan temperatur 10oF, akan terjadi penurunan dan penambahan berat jenis sebesar 0,004 kg/l.
Contoh :
a. Pada suhu 120o F, pembacaan berat jenis elektrolit 1,234. Karena suhu elektrolit 400o F lebih tinggi dari suhu kamar maka pembacaan berat jenis elektrolit sebenarnya adalah 1,234 + (0,004 x 40) = 1,234 + 0,016 = 1,250.
b. Jika pemeriksaan dilakukan pada suhu 0o F, dan pembacaanya 1,282 – (0,004 x 80) = 1,250.
IV. PEMERIKSAAN ELEKTROLIT BATERAI
Untuk mengetahui besar energi listrik yang tersimpan di dalam baterai dapat ditentukan dengan cara memeriksa persentase asam sulfat yang tertinggal di dalam elektrolit. Cara yang sangat sederhana dan dapat diandalkan untuk mengetahuinya yaitu mengukur berat jenis elektrolitnya. Pemeriksaan berat jenis elektrolit baterai menggunakan alat Hydrometer. Pemeriksaan berat jenis elektrolit baterai merupakan salah satu metode untuk mengetahui kapasitas baterai. Baterai penuh pada suhu 20 derajat Celcius mempunyai berat jenis 1,27 - 1,28 dan baterai kosong mempunyai berat jenis 1.100.
Langkah-langkah melakukan pengukuran elektrolit baterai adalah sebagai berikut :
1. Lepas terminal baterai negatif, untuk menghindari hubungan singkat
2. Lepas tutup atau sumbat baterai
3. Masukan termometer untuk mengukur temperatur baterai
4. Masukkan ujung hydrometer ke dalam lubang baterai
5. Pompa hydrometer sampai elektrolit masuk kedalam hydrometer dan pelampung naik atau terangkat
6. Tanpa mengangkat hydrometer baca berat jenis elektrolit baterai pada skala pelampung dan baca temperatur elektrolit baterai pada termometer
Catat hasil pembacaan, lakukan hal yang sama untuk sel baterai yang lain.
Berat jenis elektrolit berubah sebesar 0,0007 setiap perubahan 1 derajat Celcius.Spesifikasi berat jenis normal ditentukan pada suhu 20o C. Oleh karena itu, saat pengukuran temperatur elektrolit harus diamati.
Rumus umum yang digunakan untuk mengkoreksi hasil pengukuran adalah sebagai berikut:
S20o C = St + 0,0007 x (t – 20)
Keterangan :
S20o C = Berat jenis pada temperatur 20o C
St = Nilai pengukuran berat jenis
t = Temperatur elektrolit saat pengukuran
V. PROSES ELEKTROKIMIA ATAU REAKSI KIMIA PADA BATERAI
Listrik pada baterai dibangkitkan akibat reaksi kimia antara plat positif, elektrolit baterai, dan plat negatif. Saat baterai dihubungkan dengan sumber listrik (dari battery charger atau sistem pengisian pada mobil), maka terjadi proses pengisian (charge). Proses tersebut scara kimia dapat dirumuskan sebagai berikut :
PbSO4 + 2 H2O + PbSO4 = PbO2 + 2 H2SO4 + Pb
Plat Elektrolit Plat Plat Elektrolit Plat
(+) (-) (+) (-)
Akibat dari proses pengisian ini terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia yang tersimpan dalam baterai.
Pada saat sistem starter difungsikan untuk menghidupkan mesin, maka energi listrik yang tersimpan di baterai akan keluar mengalir ke beban. Proses ini disebut proses pengosongan/pengeluaran arus listrik (discharge). Proses pengeluaran secara kimia dapat dirumuskan sebagai berikut.
PbSO4 + 2 H2SO4 + PbSO4 = PbO2 + 2 H2O + Pb
Plat Elektrolit Plat Plat Elektrolit Plat
(+) (-) (+) (-)
Dari reaksi kimia tersebut terdapat perbedaan elektrolit baterai saat kapasitas baterai penuh dan kosong, dimana saat baterai penuh elektrolit terdiri dari 2 H2SO4, sedangkan saat kosong elektrplit bateai adalah 2 H2O.
VI. KAPASITAS BATERAI
Kapasitas baterai adalah jumlah arus listrik yang tersimpan dan dikeluarkan oleh baterai. Kapasitas baterai diukur dalam Ampere Hour (AH) atau amper jam yang besarnya dipengaruhi oleh beberapa faktor sebagai berikut :
1. Jumlah dan luas penampang plat yang berhubungan dengan elektrolit
2. Jumlah dan berat jenis elektrolit baterai
3. Sifat rembes pada separator
4. Kondisi baterai
Terdapat tiga ukuran yang sering menunjukkan kapasitas baterai, yaitu :
1. Cranking Current Ampere (CCA)
2. Reserve Capacity
3. Ampere Hour Capacity (AH)
Cranking Current Ampere (CCA)
Nilai CCA dari suatu baterai adalah arus (dalam ampere) dari baterai yang diisi penuh sehingga dapat memberikan arus untuk 30 detik pada 18o C selama itu tetap menjaga tegangan setiap sel 1,2 volt atau lebih.
Reserve Capacity
Reserve Capacity (kapasitas layanan) adalah banyaknya waktu yang diperlukan dalam menit pada baterai yang diisi penuh dapat memberikan arus sebesar 25 ampere pada 27o C, setelah baterai dilepas dari sistem pengisian. Tegangan tidak boleh turun di bawah 1,75 volt per sel (10,5 volt total untuk baterai 12 volt).
Ampere Hour Capacity (AH)
Kapasitas baterai adalah jumlah arus listrik yang tersimpan pada baterai yang diisi penuh dapat menyediakan arus selama 20 jam pada 27o C , tanpa penurunan tegangan tiap sel di bawah 1,75 volt.
VII. PROSES PENGOSONGAN SENDIRI
Selama waktu berjalan, energi listrik yang tersimpan di dalam baterai perlahan-lahan semakin berkurang walaupun baterai tidak dihubungkan dengan rangkaian sistem atau beban. Fenomena ini disebut dengan “pengosongan sendiri”. Khusus untuk baterai yang sudah tua , antimony dari plat positif akan terlepas bergerak pindah melalui elektrolit ke plat negatif. Hal ini menyebabkan terjadinya hubungan singkat local antara antimony dan bahan aktif pada plat negatif. Selain itu, pengosongan sendiri akan terjadi pada baterai apabila terdapat kotoran besi atau logam yang masuk ke dalam sel baterai. Hal lain yang perlu diketahui juga bahwa pengosongan sendiri pada baterai bervariasi berdasarkan temperature kekuatan elektrolit. Temperatur yang tinggi akan mempercepat proses pengosongan sendiri.
Baterai yang tersimpan pada temperature 100o F (37,8o C) akan kehilangan setengah isinya dalam waktu 30 hari, sedangkan baterai yang tersimpan pada 0o F (-17o C) tidak terjadi kehilangan isi. Hal yang sama juga berkaitan dengan persentase asam sulfat,. Asam sulfat yang tinggi persentasenya akan mempercepat terjadinya pengosongan sendiri dan pembentukan sulfat pada sel baterai.
VIII. ARTI KODE PADA BATERAI
Type Kapasitas (AH) Dimensi (mm) Terminal
Pj Lb T TT
N 70 70 305 173 204 226 + -
N 70 L 70 - +
N 75 Z 75 + -
NS 40 32 187 129 202 227 + -
NS 40 L 32 - +
NS 40 Z 32 + -
Keterangan :
L = Posisi terminal baterai disebelah kiri
Posisi terminal baterai bergantung pada pabrik yang membuatnya, ada yang terminal positif posisinya disebelah kanan dan terminal negatif sebelah kiri dan sebaliknya. L menyatakan posisi terminal positif berada disebelah kiri.
Z = Dimensi sama kemampuan berbeda
Jika diperhatikan pada baterai dilhat dari kotak baterainya sama, namun ternyata kemampuan baterai tersebut berbeda.
40, 50, ….200 = Peringkat ukuran baterai
Nomor atau angka yang menentukan peringkat ukuran baterai
N = Nippon
Huruf yang menyatakan pabrik yang membuat baterai tersebut
NS = Lebih kecil dari normal
IX. RANGKAIAN INSTALASI PEMAKAIAN BATERAI
1. RANGKAIAN SERI
Gambar Rangkaian Seri Baterai
Pada Rangkaian Seri jika dua buah baterai di jumper menjadi satu rangkaian, maka tegangannya akan bertambah tetapi arusnya tetap.
2. RANGKAIAN PARALEL
Gambar Rangkaian Paralel Baterai
Pada Rangkaian Paralel jika dua buah baterai di jumper menjadi satu, maka tegangannya tidak bertambah (tetap) tetapi arusnya bertambah.
3. RANGKAIAN SERI PARALEL
Gambar Rangkaian Seri Paralel Batera
Pada Rangkaian Seri-Paralel, jika tiga buah baterai di jumper menjadi satu, maka tegangannya bertambah, (terakumulasi hanya dua buah baterai) dan arusnya pun bertambah lebih besar.RANGKAIAN INSTALASI PENGISIAN BATERAI
PENGISIAN LAMBAT
Pengisian lambat membutuhkan waktu 6 - 8 jam
PENGISIAN CEPAT
Pengisian cepat membutuhkan waktu 3 jam