ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638

## Battery Management System dengan Fitur Adaptive Current Protection terhadap Suhu
SUHARININGSIH, FRIKO YULIANDA, EPYK SUNARNO, MOCHAMAD ARI BAGUS NUGROHO
Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Indonesia Email: frikoyulianda@gmail.com
Received 30 Januari 2024 | Revised 25 Februari 2024 | Accepted 1 Maret 2024

## ABSTRAK
Ketika  charging,  baterai  lithium-ion  seringkali  terjadi  overheat  dan  overcharge. Begitu pun ketika discharging juga terjadi overdischarge, overheat dan overcurrent apabila  tidak  sesuai  kurva  karakteristik  (T=-8.75*I+60).  Hal  tersebut menyebabkan  kerusakan  sel  baterai  sehingga  megurangi  lifetime  baterai. Penelitian ini dibuat sistem battery management system (BMS) yang memantau suhu  dan  arus  melalui  pembacaan  sensor.  Apabila  suhu  saat  charging  melebihi batas maksimum (45°C), sistem akan diproteksi dengan menonaktifkan MOSFET (switch).  Proteksi  ketika  discharging  terjadi  jika  suhu  atau  arus  melebihi  batas kurva atau safety factor (p). Dari hasil data charging, sistem mampu memproteksi overheat dengan error 0.43% dan menghitung nilai state of charge (SoC) dimana akan  beralih  ke  mode  discharge  jika  melebihi  85%  dengan  error  0.01%.  Saat discharging  sistem  mampu  memproteksi  ketika  besaran  suhu  dan  atau  arus melebihi safety factor yakni 60 dengan error 1.74% serta mampu beralih ke mode charge jika SoC kurang dari 40% dengan errror 0.018%.
Kata kunci : Safety factor, Battery Management System, State of Charge

## ABSTRACT
During  charging,  lithium-ion  batteries  risk  overheating  and  overcharging,  while discharging may lead to overdischarge, overheating, and overcurrent if deviating from the characteristic curve (T=-8.75*I+60), causing battery cell damage and reducing lifetime. This study introduces a Battery Management System (BMS) that monitors  temperature  and  current  using  sensors.  If  the  charging  temperature surpasses  the  limit  (45°C),  the  system  protects  by  deactivating  the  MOSFET switch. Discharging protection triggers if temperature or current exceeds the curve or  safety  factor  (p).  Analyzing  charging  data,  the  system  defends  against overheating  with  a  0.43%  error,  calculates  State  of  Charge  (SoC),  shifting  to discharge  mode  if  exceeding  85%  with  a  0.01%  error.  During discharging,  the system safeguards against temperature and/or current surpassing the safety factor of 60 with a 1.74% error and switches to charge mode if SoC falls below 40% with a 0.18% error.
Keywords : Safety factor, Battery Management System, State of Charge

## 1. PENDAHULUAN
Peningkatan  kebutuhan  akan  penyimpanan  energi  mengakibatkan  permintaan  terhadap baterai  semakin  meningkat (Faqih, dkk, 2021)(Saputra, dkk, 2023) .  Baterai  litium  ion memiliki  berbagai  keunggulan  seperti  tingkat  kerapatan  energi  yang  tinggi,  tidak berpengaruhnya  oleh  efek memori,  dan  kemudan  dalam  perawatannya (Faqih, dkk, 2021), (Gismero, dkk , 2020) . Sebagai penyimpan energi, baterai lithium ion yang tersusun secara seri dapat mengalami perbedaan karakteristik arus, tegangan, dan suhu  dalam pengecasan maupun penggunaan (Khaeruddin, dkk, 2021) . Termasuk perbedaan suhu setiap sel yang mana memutuhkan sebuah sistem sebagai pusat kontrol baterai pack yang dikenal dengan istilah  BMS  untuk  menjaga  kapasitas  baterai  selama  proses  pengisian.  Ketidakseimbangan tegangan sel juga menyebabkan salah satu sel mengalami overcharge dan overdischarge lebih cepat (Farizy & Asfani, 2016) . Ketika terjadi overcharge, baterai lithium ion kemungkinan bisa  meledak  sehingga  akan  sangat  membahayakan  manusia  selaku  pengguna.  Tentu  hal tersebut sangat perlu untuk dihindari dalam perihal pengisian. Kemudian ketika overdischarge, baterai  lithium  ion  cenderung  akan  rusak  akibat  nilai  dari  kapasitas  sel  telah  berkurang melewati batas kewajaran dan bahkan bernilai negatif yang artinya pola pembebanan muatan atau energinya telah berkebalikan. Hal ini dapat diatasi dengan sistem proteksi arus adaptif pada  baterai  ketika  digunakan.  Dengan  demikian,  permasalahan overcharge  dan overdischarge setiap sel dalam baterai pack yang dihubungkan secara seri bisa diatasi dengan dua buah sistem yang akan dirancang yakni sistem monitoring dan proteksi arus adaptif yang mana keduanya merupakan bagian dari sebuah sistem utama yaitu BMS (Khaeruddin, dkk, 2021) .
Sistem monitoring dan proteksi arus adaptif yang dirancang akan diterapkan pada baterai pack dengan konfigurasi 10 seri 1 paralel. Kemudian sisttem monitoring dapat dilakukan dengan menghitung nilai estimasi State of Charge (SoC) guna membatas pengisian dan penggunaan baterai pack dimana ketika mencapai nilai set point sistem akan mati sehingga terhindar dari overcharge dan overdischarge. Sistem proteksi arus adaptif dirancang untuk menjaga baterai dari  keadaan  yang  menyebabkan  baterai  dalam  kondisi  berbahaya  seperti overcurrent  dan overheating  pada  setiap  sel  yang  disebabkan  oleh  adanya  hubung  singkat  atau  kelebihan beban  ketika  proses charge  atau  discharge  berlangsung.  Sistem  ini  bekerja  dengan menggunakan MOSFET sebagai switching untuk memutus aliran baterai ketika terjadi kondisi yang akan membahayakan baterai tersebut
Untuk  merancang  BMS,  diperlukan  sebuah  metode  yang  nantinya  akan  diimplementasikan pada sistem monitoring dan proteksi arus adaptif pada baterai pack ketika proses pengisian atau  pemakaian  berlangsung.  Metode  yang  akan  digunakan  yakni coulomb  counting.  Pada dasarnya, coulomb  counting  lebih  diterapkan  pada  sistem  monitoring  yang  nantinya diharapkan bisa membantu memperoleh data dalam menentukan SoC dari masing-masing sel baterai yang akan mempengaruhi kinerja driver mosfet. Parameter inputnya adalah nilai arus dan durasi waktu pengecasan yang akan diloah setiap satu detik untuk memeperoleh nilai SoC yang akurat.

## 2. METODE
Pengisian baterai pack dilakukan hingga nilai SoC mencapai nilai target dalam pada baterai dengan menggunakan arus konstan. Pada saat pengisian dilakukan pembacaan estimasi State of Charge untuk mengetahui tambahan ataupun berkurangnya jumlah muatan dalam baterai pack, sesuai sistem yang ditunjukkan pada Gambar 1.

## Gambar 1. Diagram Battery Management System (BMS)

## 2.1 Baterai Lithium Ion
Baterai  Li-ion  atau  lithium  ion  adalah  salah  satu  tipe  baterai  yang  saat  ini  populer  karena memiliki berbagai keunggulan dibandingkan dengan jenis baterai lainnya seperti Lead-Acid, NiCd dan Ni-MH. Baterai lithium ion memiliki keunggulan dalam fitur energi, kerapatan daya yang  tinggi,  durasi  hidup  yang  tahan  lama  dan  telah  banyak  digunakan  pada  peralatan elektronika  yang  tersedia  di  pasaran (Stroe,  dkk,  2018) .  Baterai  lithium  ion  harus dioperasikan pada area handal dan aman dengan memperhatikan faktor seperti charge rate, suhu,  dan  rentang  tegangan.  Jika  melebihi  batasan  tersebut  akan  berdampak  pada penurunannya  kinerja  baterai  dan  menyebabkan  masalah  pada  keamanan  seperti  potensi ledakan  baterai.  Untuk  memastikan  operasi  yang  andal  dari  baterai  lithium  ion  dan memprediksikan usia baterai yang tersisa selama digunakan.  Seperti yang ditunjukan pada Gambar 2 berikut:

## Gambar 2. Baterai Lithium Ion INR18650-35E
Adapun kelebihan dan kekurangan dari baterai jenis lithium ion dapat dilihat pada Tabel 1 berikut:
Tabel 1. Kelebihan dan Kekurangan Baterai Lithium ion Kelebihan Kekurangan Memiliki kapasitas yang tinggi, resistansi internal rendah, efisiensi muatan yang baik Membutuhkan sirkuit pelindung untuk mencegah pelarian termal ketika terjadi peningkatan suhu Siklus panjang dan memperpanjan umur simpan, bebas perawatan Kerentanan akan kerusakan pada suhu tinggi dan saat disimpan pada tegangan tinggi Sistem pengisian sederhana dan waktu pengisian yang cukup singkat Proses pengisian lambat pada suhu beku (<0 ° C, <32 ° F)

## 2.2 Battery Management System (BMS)
BMS adalah suatu sistem yang dapat mengelola pengisian dan pemakaian baterai sekaligus monitoring  atas  status  unit  baterai  tersebut.  Hal  tersebut  tentunya  sangat  penting  dalam memastikan setiap sel di dalam baterai dioperasikan sesuai Servis Oriented Architecture (SOA). Pemantauan  yang  berkelanjutan  untuk  memeriksa  parameter  operasional  utama  selama proses pengisian dan pengosongan termasuk tegangan, arus, dan suhu (internal dan ambien). Biasanya BMS bertindak sebagai input ke dalam perangkat perlindungan yang memberikan peringatan atau memutuskan pasokan daya baterai saat salah paramternya melampaui batas yang ditentukan. Tujuan utama dari BMS adalah untuk melindungi sel atau baterai agar tidak mengalami kerusakan, meningkatkan masa pakai baterai, dan memastikan baterai tetap dalam kondisi  yang  sesuai  dengan  kebutuhan  fungsional  dari  aplikasi  yang  sedang  digunakan. Dengan  demikian,  BMS  dapat  menggabungkan  satu  atau  lebih  dari  fungsi  berikut: perlindungan sel, kontrol muatan, manajemen permintaan, penentuan SoC, penentuan State of Health (SoH), keseimbangan sel, komunikasi, dan lain-lain (Wey & Jui, 2013) .
Berdasarkan fungsi dari BMS, terdapat beberapa kategori yang diantaranya :
1. Fungsi Monitor
Modul  monitoring  mencakup  sebagian  besar  fungsi  yang  diperlukan  untuk memonitor baterai dalam proses charging ataupun discharging
2. Fungsi Manajemen
Fungsi ini meliputi beberapa hal yaitu:
a. Proteksi
Proteksi baterai adalah sistem elektronik yang dirancang untuk menjaga baterai dari kondisi  yang  berpotensi  membahayakan  baterai  seperti overcharging  dan overdischarging  yang  dapat  terjadi  akibat  cell  unbalance,  overcurrent  dan overheating.  Protector  lebih  cenderung  berfungsi  mematikan  sistem  pengecasan ataupun pemakaian (Farizy & Asfani, 2016) .
b. Balancing
Melakukan  penyeimbangan  muatan  setiap  sel  dalam  baterai  pack  guna mempertahankan kesehatan dan umur baterai. Dalam hal ini terdapat kombinasi dari penggunaan sistem proteksi dengan kontrol utama yang dijembatani oleh LTC6804 dalam melakukan master slave yang nantinya akan bertukar informasi dan kemudian mengirimkan  perintah  ke  mosfet  selaku  saklar  yang  telah  dirangkai  di  setiap  sel dengan sistem ini bekerja dengan membuang muatan baterai ke resistor atau sesama sel  baterai  ketika  terdeteksi  kondisi  yang  berpotensi  membahayakan  atau  dengan memperkecil  terjadinya overcharging  dan  overdischarging  dengan  melakukan balancing pada tiap sel baterai (Ismail, dkk, 2022) .
c. Thermal Management
Pengelolaan  suhu  sangat  penting untuk baterai pack lithium-ion dikarenakan  pada siklus pemakaian keamanan sangat bergantung pada suhu operasional (Omariba et al., 2019). Kenaikan dan penurunan suhu yang berlebihan memberikan ancaman bagi pengguna sehingga diperlukan pengelolan suhu pada baterai pack.
3. Estimasi State of Charge (SoC)
State of Charge (SoC) merupakan ukuran perbandingan kapasitas baterai terakhir atau sisa dengan total dari kapasitasnya setelah penuh. Secara umum, SoC berbentuk nominal persentase  yang  0%  menunjukkan  keadaan  kosong  dan  100%  menunjukkan  keadaan penuh (Chandratre, dkk, 2011)(Rakhmawati, dkk, 2023)(Saji, dkk, 2019).
Terkait perencanaan BMS yang akan dilakukan penelitian dapat digambarkan oleh diagram alir berikut secara menyeluruh pada Gambar 3 berikut.

## Gambar 3. Diagram Alir Battery Management System (BMS)
Gambar  3  merupakan flowchart  sistem  keseluruhan  yang  akan  menggambarkan  jalannya sistem  dari supply  tegangan,  menuju  baterai  melewati  sisem  utama  ataupun  dari  baterai menuju beban juga demikian. Secara umum, menjelaskan sistem secara keseluruhan dimana proses  pertama  inisialisasi  sistem  ketika  dilakukan  proses charge  atau  discharge.  Apabila baterai sedang proses charge, maka akan dilakukan estimasi SoC guna memperoleh tingkat muatan  baterai yang ditambahkan  dengan  muatan  awal. Perhitungan  sederhana  dilakukan dengan menggunakan metode coulomb counting yang mana membutuhkan nilai arus yang mengalir  ketika  proses charging  berlangsung (Movassagh,  dkk,  2019) .  Dengan mengintegralkan arus listrik yang mengalir ke baterai terhadap waktu maka dapat diperoleh muatan listrik total yang masuk atau keluar dari baterai (Ningrum et al., 2019). Apabila nilai SoC telah mencapai 85% maka akan dilakukan proteksi oleh mosfet sebagai switching untuk memutuskan aliran sistem. Kemudian untuk proses discharging, akan dilakukan pembacaan nilai arus dan suhu guna memperoleh nilai SoC yang berkurang dan menghitung nilai safety factor.  Apabila  nilai  SoC  mencapai  40%  atau  nilai  safety  factor  telah  melewati  batas  zona aman, maka proteksi akan menyala dengan menonaktifkan mosfet sebagai switching sistem utama.

## 2.3 Adaptive Current Protection
Tujuan  dari  perlindungan  sel  adalah  untuk  menyediakan  pengamatan  dan  kontrol  yang diperlukan untuk melindungi sel baterai pada kondisi lingkungan atau operasional yang tidak
dapat  ditoleransi  dan  untuk  melindungi  pengguna  dari  konsekuensi  kegagalan  baterai. Perlindungan sel dapat berada di luar baterai dan ini adalah salah satu fungsi utama BMS. Secara umum perlindungan sel harus mengatasi kejadian atau kondisi yang tidak diinginkan berikut ini:
a. Overcurrent dan overvoltage  selama pengisian atau pemakaian.
b. Overdischarge melebihi batas penggunaan
c. Overtemperature yakni melebihi batas suhu sel
Diagram  di  bawah  ini  menggambarkan  bagaimana  sistem  proteksi  ditentukan  untuk melindungi sel dari kondisi di luar toleransi dengan membatasi sel ke zona kerja yang aman. Area merah ditentukan oleh produsen sel sebagai area "tidak boleh digunakan" dimana sel kemungkinan besar akan mengalami kerusakan permanen. Secara teoritis sel dapat bekerja di salah satu ruang operasi yang tersisa, namun ini tidak memungkinkan margin kesalahan dan dalam praktiknya perangkat perlindungan membatasi kondisi operasi sel ke zona "aman" yang lebih kecil yang ditunjukkan di sini dalam warna hijau. Area putih antara zona aman dan zona bahaya mewakili margin keamanan desain. Berikut diagram terkait proteksi arus yang dapat ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Diagram Adaptive Current Protection (Adaptive Current Protection, n.d.)
Gambar 4 menunjukkan tiga skema proteksi yang menyediakan dua tingkat proteksi dari arus lebih dan suhu lebih yang mana kedua kondisi ideal yakni zona aman dan zona bahaya. Hal ini  dilakukan  pendekatan  dengan  memantau  karakteristik  baterai  ketika  proses discharge berlangsung sehingga jika dihubungkan dengan datasheet baterai diperoleh batasan sebagai berikut yang dapat ditunjukkan seperti Gambar 5 berikut.
Gambar 5. Grafik Penurunan Arus Terhadap Kenaikan Suhu
Berdasarkan Waktu Discharge
Pada  kedua  grafik  menunjukkan  hubungan  arus discharge  dengan  suhu  baterai  yang  naik seiring bertambahnya durasi discharging. Dari nilai parameter arus maksimum dan range suhu pada  baterai  ketika  digunakan  diperoleh  nilai  persamaan  linear  yang  ditunjukan  pada Persamaan (1)  yang  menjadi  batas atau safety factor  antara zona aman dan  zona bahaya dimana persamaannya yakni:
T = -8.75*I + 60 (1) safety factor (p) = 8.75*I + T safety factor (p) = 8.75*Arus (A) + Suhu (℃) (2)
Nilai sumbu I menujukkan nilai arus yang terbaca sedangkan nilai T menunjukkan pemcaan suhu baterai pack. Sehingga ini menjadi batas dari zona aman apabila nilai safety factor kurang dari 60 (pers. 2). Apabila perkalian arus dan suhu dengan persamaan melebihi nilai 60 maka, bisa dikatakan sudah memasuki zona berbahaya bagi baterai. Untuk penggunaan sensor arus adalah sensor arus ACS712-10A. Sensor ini digunakan untuk membaca arus pengisian baterai ketika kondisi charging dan discharging. Hasil pembacaan sensor arus akan digunakan untuk menghitung nilai proteksi. Pemilihan sensor arus ACS712-10A didasarkan pada pertimbangan nilai arus pengosongan baterai maksimal, yaitu 8A sehingga dipilih sensor arus 10A.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Pengujian Adaptive Current Protection
Pada  penelitian  ini,  diperoleh  hasil  dilakukan  proses discharging  baterai  pack  untuk memperhatikan  karakteristik  arus discharge  yang  bernilai  konstan.  Selain  itu,  juga  akan diperhatikan nilai suhu baterai pack dari waktu ke waktu selama proses discharging. Pengujian yang  dilakukan  yaitu  menggabungkan  pembacaan  sensor  arus,  sensor  suhu,  dan  proses discharge yang mana fitur adaptive current protection dapat berjalan dengan baik.
Pengujian  dilakukan  sebanyak  dua  kali  dengan  pengujian  pertama  yaitu  pengujian  fitur adaptive  current  protection  pada  kondisi  aman  dan  yang  kedua  pengujian  fitur  adaptive current protection pada kondisi bahaya.

## 3.1.1 Pengujian Adaptive Current Protection Pada Zona Aman
Pada pengujian pertama digunakan beban resistor yang yaitu 23.3 ohm yang mana kondisi ini berdasarkan kapasitas baterai pack saat dilakukan pengujian dengan nilai tegangan 35.88 volt diperoleh nilai arusnya yaitu 1.63 Ampere. Untuk data pengujian selanjutnya yang diperoleh dengan ditunjukkan pada Tabel 12 berikut.
Tabel 2. Data Hasil Pengujian Fitur Adaptive Current Protection dengan Estimasi State of Charge (SoC) Waktu (Menit) Arus (A) Suhu (℃) SoC (%) Safety factor (LCD) Safety factor 0 0 29.128 60.516 29 29.128 2 1.702 30.477 58.115 45 45.370 4 1.664 31.493 55.523 46 46.053 6 1.659 32.285 53.264 47 46.801 8 1.656 33.288 50.849 48 47.778 10 1.633 34.931 48.543 49 49.220 12 1.612 36.402 46.276 51 50.507 14 1.596 37.728 43.849 52 51.693 16 1.575 37.438 41.646 51 51.219 17.25 1.476 37.11 40.182 50 50.025 17.30 0 37.11 39.989 37 37.110
Dari hasil yang diperoleh, dapat dilihat bahwa disaat nilai arus yang mengalir bernilai konstan sekitar 1.63 A dengan perubahan nilai naik turun sekitar 0.09 A. Kemudian perubahan suhu juga terjadi peningkatan dari kondisi awal 29.128 ℃ menjadi 37.11℃ seiring berkurangnya kapasitas baterai dan perubahan durasi pemakaian sehingga dapat ditunjukkan karakteristik suhu dan arus ketika proses pemakaian dilakukan seperti pada Gambar 7 berikut.

## Gambar 6. Grafik Karakteristik Suhu dan Arus Ketika Proses Discharging Zona Aman
Pada grafik, terlihat nilai arus di akhir pengujian bernilai 0 A yang menunjukkan sistem mati dengan adanya perintah trip dari sistem kontrol baterai. Kemudian nilai suhu dan arus yang diperoleh apabila dilakukan perhitungan untuk memperoleh nilai safety factor nya yaitu: Safety factor (p) = 8.75*(1.476) + (37.11) Safety factor (p) = 50.025 Safety factor (p) < 60 (Kurang dari safety factor)
Ketika perhitungan untuk mengetahui safety factor telah dilakukan diperoleh hasil aman yang artinya sistem mati bukan dikarenakan oleh perintah proteksi arus adaptif, melainkan adanya perintah mematikan sistem akibat nilai SoC telah melebihi nilai minimum untuk penggunaan. Maka dari itu, pin output mosfet yang berperan sebagai switching mati. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada grafik data hasil pengujian berikut dapat dilihat pada Gambar 8.

## Gambar 7. Grafik Data Hasil Pengujian Fitur Adaptive Current Protection Zona Aman
Terlihat pada grafik tersebut nilai suhu nya naik secara perlahan tanpa ada pengaruh dari luar seperti  solder  atau  peralatan  lain  yang  menghasilkan  panas  kemudian  setelah  dilakukan perhitungan  oleh  sistem  nilai  arus  dan  suhu  yang  terukur  dikategorikan  berada  pada  zona aman. Itu membuktikan sistem mati karena memang telah mencapai kondisi fulldischarge.

## 3.1.2 Pengujian Adaptive Current Protection Pada Zona Bahaya
Pada pengujian kedua digunakan beban resistor 13.8 ohm yang mana kondisi ini berdasarkan kapasitas baterai pack saat dilakukan pengujian dengan nilai tegangan 37.94 volt. Berdasarkan teori  tentang  arus  apabila  diketahui  nilai  tegangan  dan  tahanan  maka  bisa  diperoleh  nilai arusnya yaitu 2.75 Ampere. Untuk data pengujian selanjutnya yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Data Hasil Pengujian Fitur Adaptive Current Protection dengan Estimasi State of
Charge (SoC) Waktu (Menit) Arus (A) Suhu (℃) SoC (%) Safety factor (LCD) Safety factor (Teori) 0 0 29.113 73.871 29 29.113 0.5 2.601 29.493 60.581 52 52.252 1 2.792 29.889 59.355 54 54.319 1.5 2.812 30.43 58.581 55 55.035 2 2.773 30.603 57.742 55 54.867 2.5 2.798 31.431 57.161 56 55.914 3 2.614 31.636 56.516 55 54.509 3.5 2.753 32.766 55.677 57 56.855 4 2.741 33.147 55.419 57 57.131 4.5 2.712 33.617 54.452 57 57.347 5 2.737 34.24 53.806 58 58.189 5.5 2.713 34.744 53.097 58 58.483 6 2.715 35.433 52.452 59 59.189 6.5 2.712 36.169 51.806 60 59.899 7 2.693 36.432 51.097 60 59.996 7.5 2.669 37.601 50.581 61 60.955 7.51 0 37.601 50.581 38 37.601
Darib data yang diperoleh, dapat dilihat bahwa disaat nilai arus yang mengalir bernilai konstan sekitar 2.6 A dengan perubahan nilai naik turun sekitar 0.1 A. Kemudian perubahan suhu juga terjadi  peningkatan  dari  kondisi  awal  29.113  ℃  menjadi  37.601℃  seiring  berkurangnya kapasitas baterai  dan durasi pemakaian  sehingga  dapat  ditunjukkan  karakteristik suhu dan arus ketika proses pemakaian dilakukan seperti pada Gambar 9 berikut.

## Gambar 8. Grafik Karakteristik Suhu dan Arus Ketika Proses Discharging Zona Bahaya
Pada grafik, terlihat nilai arus di akhir pengujian bernilai 0 Ampere yang meunjukkan sistem mati dengan adanya perintah trip dari sistem manajemen baterai. Kemudian nilai suhu dan arus yang diperoleh apabila dilakukan perhitungan :
Safety factor (p) = 8.75*(2.669) + (37.601) = 60.95475 artinya p > 60 (Melebihi safety factor)
Maka, pin output mosfet yang berperan sebagai switching akan mati. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada grafik data hasil pengujian berikut untuk memperhatikan pada arus dan suhu yang melebihi set point akan memproteksi sistem dengan ditandai nilai arus menjadi 0 A. Proteksi aktif  setelah  adanya  nilai  arus  yang  mengalir  ketika  nilai  suhu  melebihi  suhu  yang  masih diperbolehkan  atau  menjadi  titik  kritis.  Untuk  grafik  data  hasil  pengujian  yang  ditunjukkan pada Gambar 10 berikut.
Gambar 9. Grafik Dta Hasil Pengujian dengan Estimasi SoC Zona Bahaya
3.2 Pengujian Proses Charge dan Discharge Baterai Pack dengan Batas Suhu Maksimum Ketika Proses Charge
Pengujian  selanjutnya  yakni  dengan  kondisi  baterai  pack  siap  pakai  dengan  nilai  SoC  awal dinputkan  dalam  bentuk  tegangan  lepas charging  menggunakan  keypad.  Setiap  proses peralihan  yang  terjadi  baik  dari  proses charge  ke  proses  discharge  akan  beralih  otomatis
apabila nilai SoC pada kondisi penuh dalam hal ini dibatasi SoC penuh yakni 85% dan bernilai kosong yakni 40%. Berikut perlengkapan yang diperlukan ketika pengujian yang ditunjukkan pada Gambar 12 berikut ini.
Gambar 10. Pengujian Integrasi Charging dan Discharging dengan Batasan Suhu Maksimum Ketika Proses Charge
Kemudian  pengujian  dilakukan  dengan  SoC  awal  dimulai  dari  59.68%.  Pengujian  dimulai dengan  proses charging  dengan  tegangan  set  point  yaitu  42  volt,  dan  arus  charging  1.5 ampere. Untuk beban yang digunakan ketika proses discharge yang beralih otomatis setelah SoC  melebihi  85%  yaitu  beban  resistor  18  ohm  dengan  arus  yang  mengalir  sekitar  2.01 ampere.  Berikut  data  hasil  pengujian  yang  diperoleh  dengan  SoC  awal  yaitu  59.68% ditunjukkan pada Tabel 4 berikut.
Tabel 4. Data Hasil Pengujian Integrasi Charging dan Discharging dengan Batasan Suhu
Maksimum Ketika Proses Charge Waktu (Menit) Arus (A) Suhu (℃) SoC (%) Safety factor (LCD) Mode 0 0 34.661 59.68 - Charge 10 1.653 39.45 71.35 - Charge 20 1.66 41.834 83.02 - Charge 21.67 1.565 42.163 85.01 - Charge 22 0 41.223 85 - Peralihan 30 2.035 41.841 74.19 60 Discharge 40 1.958 42.285 60.03 58 Discharge 50 1.857 41.064 46.46 57 Discharge 54.6 1.783 41.988 39.97 58 Discharge 55 0 43.468 40 43 Peralihan 57.34 1.658 45.123 42.68 - Charge 57.4 0 45.091 42.68 - Proteksi
Ketika  pengujian dilakukan  pengambilan  data  dari  kenaikan  dan penurunan  nilai  SoC  yang mana  menunjukkan  kondisi  terjadinya  perubahan  kapasitas  baterai  termasuk  peralihan otomatis mode charging ke mode discharging seperti pada Gambar 12 berikut.
Gambar 11. Grafik Estimasi State of Charge (SoC) Ketika Proses Charge dan Discharge Berlangsung
Pada awal proses charge yakni pada tabel data ke-1 hingga data ke-4 menunjukkan perubahan SoC baterai pack naik secara perlahan dari 60% secara linear. Dapat dilihat bahwa disaat nilai arus ketika proses charge yang mengalir bernilai konstans sekitar 1.63 A dengan perubahan nilai error  sekitar  0.09  A.  Pada  suhu  juga  terjadi  peningkatan  dari  kondisi  awal  34.661℃ menjadi 42.163℃. Kemudian setelah mencapai SoC diatas 85% (data ke-4), maka sistem akan secara otomatis berubah mode menuju discharging seperti pada data ke-5 dan ke-6 hingga data  ke-10.  Ketika  berubah  mode,  suhu  sempat  mengalami  penurunan  dalam  skala  kecil kemudian naik kembali dari 41.223℃ menjadi 43.468℃ seiring dengan arus discharging yang mengalir yakni 1.9 A. Pada data ke-8 terdapat penurunan suhu diakibatkan adanya kipas angin yang  menyala  di  sekitar  baterai  pack  guna  menurunkan  suhu  agar  tidak  terproteksi  oleh adaptive current protection dan bisa menyelesaikan proses discharge sampai selesai yakni SoC minimum bernilai 40%. Setelah SoC bernilai dibawah 40%(data ke-9), mode berubah menjadi charging  kembali  guna  memperhatikan  proteksi  suhu  maksimum  ketika  charging.  Suhu mengalami kenaikan dari 44.723℃ menjadi 45.091℃. Apabila suhu melebihi batas maksimum 45℃ seperti pada data ke-11, maka sistem akan mati seiring berkurangnya kapasitas baterai dan durasi pemakaian sehingga dapat ditunjukkan karakteristik suhu dan arus ketika proses pemakaian dilakukan seperti pada Gambar 13 berikut.
Gambar 12. Karakteristik Arus dan Suhu Ketika Proses Charge dan Discharge Berlangsung
Terlihat pada grafik tersebut nilai suhu nya naik secara perlahan tanpa ada pengaruh dari luar seperti  solder  atau  peralatan  lain  yang  menghasilkan  panas  kemudian  setelah  dilakukan pengolahan pada sistem terkait proteksi suhu maksimum ketika charging oleh sistem nilai suhu yang  terukur  dikategorikan  berada  pada  zona  bahaya  atau  melebihi  batas  yang  diizinkan sehingga sangat perlu dilakukan pemutusan aliran sistem untuk sistem berhenti beroperasi.
3.3 Persentase Error Pada Setiap Batas Soc, Suhu, dan Arus Ketika Proses Charge dan Discharge
Pada  proses  pengambilan  data  ketika charging,  diperoleh  data  SoC  dan  suhu  maksimum sebagai  indikator  untuk  beralih  otomatis  atau  melakukan  proteksi.  Pengujian  dilakukan sebanyak 3 kali dimana pada pengujian ketiga nilai suhu tidak melebihi ambang batas proteksi. Berikut  persentase  error  dalam  menentukan  batasan  SoC  maksimum  untuk  sistem  beralih menuju mode discharge serta batasan suhu maksimum ketika proses charge berlangsung pada Tabel 5 dan Tabel 6 berikut.
Tabel 5. Presentase Error Pada Batasan Suhu Ketika Proses Charge Data Ke- Suhu (℃) Suhu Maksimum (℃) Error (%) Keterangan 1 45.123 45 0.27 Proteksi aktif 2 45.26 45 0.58 Proteksi aktif 3 42.163 45 0 Kondisi aman Tabel 6. Presentase Error Pada Batasan SoC Maksimum Ketika Proses Charge Data ke- SoC (%) SoC Maksimum (%) Error (%) Keterangan 1 84.99 85 0.01 Peralihan ke mode d ischarge 2 84.99 85 0.01 Peralihan ke mode d ischarge 3 85.01 85 0.01 Peralihan ke mode d ischarge
Pada data tersebut diperoleh persentase error rata-rata untuk pembacaan suhu yakni 0.43%. Sedangkan  untuk  perhitungan  SoC  diperoleh  persentase error  yakni  0.01%.  Hal  ini menunjukkan sistem dapat bekerja secara optimal ketika dilakukan proses charge. Pada  saat discharging,  terdapat  beberapa  error  dalam  menentukan  target  SoC  minimum sebagai indikator beralih otomatis dan pembacaan suhu dan atau arus yang diwakili dengan perhitungan safety factor dalam menentukan target dalam melakukan proteksi.
Tabel 7. Presentase Error Pada Batasan Perhitungan Nilai Safety Fctor Maksimum Ketika
Proses Discharge Data Ke- Safety factor Safety factor Maksimum Error (%) Keterangan 1 60.955 60 1.59 Proteksi aktif 2 61.377 60 2.30 Proteksi aktif 3 60.796 60 1.33 Proteksi aktif Tabel 8. Presentase Error Pada Batasan SoC Minimum Ketika Proses Discharge Data ke- SoC (%) SoC Minimum (%) Error (%) Keterangan 1 39.97 40 0.08 Peralihan ke mode d ischarge 2 39.99 40 0.02 Peralihan ke mode d ischarge 3 40,182 40 0.45 Peralihan ke mode d ischarge
Pada  data  tersebut  diperoleh  persentase  error  rata-rata  untuk  perhitungan  safety  factor diperoleh persentase error yakni 1.74%. Sedangkan untuk perhitungan SoC yakni 0.18%.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan data yang diperoleh dari perencanaan dan pengujian integrasi serta mendapatkan analisis dari metode yang digunakan, baterai lithium ion dapat digunakan sebagai komponen penyimpanan energi dengan kerapatan energi yang tinggi. Nilai safety factor yang diperoleh yakni 60, dengan nilai titik kritis berrgantung kepada arus yang mengalir dan kenaikkan suhu baterai ketika baterai pack digunakan pada setiap kondisi yang berbeda. SoC minimum yang ditentukan ketika proses discharge yaitu 40% dan nilai maksimum yaitui 85%. Baterai pack dapat lebih terjaga dengan proteksi yang berhasil diterapkan berdasarkan perhitungan dan instruksi  luaran  dari  estimasi  SoC  dan  proteksi  arus  adaptif.  Secara  integrasi,  sistem  telah berhasil melakukan peralihan otomatis baik ketika baterai dalam proses pengisian ( charge) kemudian akan beralih secara otomatis ke mode siap digunakan ( discharge) dan begitu pun sebaliknya. Pada data tersebut diperoleh persentase error rata-rata untuk pembacaan suhu ketika proses charge yakni 0.43%. Sedangkan untuk perhitungan SoC diperoleh persentase error  yakni  0.01%.    Pada  proses discharge  diperoleh  persentase  error  rata-rata  untuk perhitungan  SoC  yakni  0.18%.  Sedangkan  untuk  perhitungan safety  factor  diperoleh persentase error yakni 1.74%.

## DAFTAR RUJUKAN
Adaptive Current Protection. (n.d.). https://www.mpoweruk.com/protection.htm
Chandratre,  A. A., Saini,  H.,  Vemuri,  S.  H., &  Srinivas, M.  B.  (2011).  Battery  management system for e-bike: A novel approach to measure crucial battery parameters for a VRLA battery. India  International  Conference  on  Power  Electronics,  IICPE  2010.
https://doi.org/10.1109/IICPE.2011.5728077
Faqih,  M.  R.,  Windarko,  N.  A.,  &  Wahjono,  E.  (2021).  Sistem  Baterai  Cell  Balancing  Pasif
Menggunakan  Kontrol  Logika  Fuzzy  Tipe  Mamdani  untuk  Baterai  Pack  Lithium. J- Innovation, 10(2), 34–43. https://doi.org/10.55600/jipa.v10i2.111
Farizy, A. F., & Asfani, D. A. (2016). Desain Sistem Monitoring State Of Charge Baterai Pada Charging  Station  Mobil  Listrik  Berbasis  Fuzzy  Logic  Dengan  Mempertimbangkan Temperature. Jurnal Teknik ITS, 5(2). https://doi.org/10.12962/j23373539.v5i2.16203
Gismero, A., Schaltz, E., & Stroe, D. I. (2020). Recursive state of charge and state of health estimation method for lithium-ion batteries based on coulomb counting and open circuit voltage. Energies, 13(7). https://doi.org/10.3390/en13071811
Ismail,  D.,  Anisah,  M.,  Teknik  Elektro,  J.,  Studi  Sarjana  Terapan  Teknik  Elektro,  P.,
Mekatronika,  K.,  Negeri  Sriwijaya,  P.,  &  Srijaya  Negara  Bukit  Besar,  J.  (2022).
Perancangan  Sarung  Tangan  Menggunakan  Sistem  Discovery  ID  Berbasis  Wireless Network untuk Mencegah Kehilangan Anggota dalam Pendakian. Jurnal Teknika, 16(x),
1–5.
Khaeruddin,  K.,  Wijono,  W.,  &  Hasanah,  R.  N.  (2021).  Desain  Penyeimbangan  Sel  Baterai Lithium-Ion dengan Teknik Cell-to-Cell Charging Mode pada Battery Management System (BMS). Jurnal Ecotipe (Electronic, Control, Telecommunication, Information, and Power Engineering), 8(1), 9–15. https://doi.org/10.33019/jurnalecotipe.v8i1.2137
Movassagh,  K.,  Raihan,  S.  A.,  &  Balasingam,  B.  (2019).  Performance  analysis  of  coulomb counting approach for state of charge estimation. 2019 IEEE Electrical Power and Energy Conference, EPEC 2019, 3(0), 1–6. https://doi.org/10.1109/EPEC47565.2019.9074781
Ningrum, P., Windarko, N. A., & Suhariningsih, S. (2019). Battery Management System (BMS)
Dengan  State  Of  Charge  (SOC)  Metode  Modified  Coulomb  Counting. INOVTEK  -  Seri Elektro, 1(1), 1. https://doi.org/10.35314/ise.v1i1.1022
Omariba, Z. B., Zhang, L., & Sun, D. (2019). Review of Battery Cell Balancing Methodologies for Optimizing Battery Pack Performance in Electric Vehicles. IEEE Access, 7, 129335– 129352. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2940090
Rakhmawati, R., Sutedjo, S., Oktaviani, F. N., Irianto, I., Yanaratri, D. S., & Adila, A. F. (2023).
Estimasi State of Charge pada Baterai Lead Acid menggunakan Elman Recurrent Neural Network. ELKOMIKA:  Jurnal  Teknik  Energi  Elektrik,  Teknik  Telekomunikasi,  &  Teknik Elektronika, 11(4), 864. https://doi.org/10.26760/elkomika.v11i4.864
Saji,  D.,  Babu,  P.  S.,  &  Ilango,  K.  (2019).  SoC  Estimation  of  Lithium  Ion  Battery  Using Combined  Coulomb  Counting  and  Fuzzy  Logic  Method. 2019  4th  IEEE  International Conference  on  Recent  Trends  on  Electronics,  Information,  Communication  and Technology, RTEICT 2019 - Proceedings, (pp. 948–952).
https://doi.org/10.1109/RTEICT46194.2019.9016956
Saputra, R. H., Mahmud, A., Marindra, J., Nursyeha, M. A., Kurnia, D., & Fariyani, A. (2023).
Performance  Degradation  Evaluation  of  a  Lithium-  Ion  Battery  from  Multiple  SoC
Measurements. Jurnal Teknik Elektro (JTE), 14(2). https://journal.unnes.ac.id/nju/index.php/jte/article/view/40226
Stroe, A. I., Knap, V., & Stroe, D. I. (2018). Comparison of lithium-ion battery performance at beginning-of-life  and  end-of-life. Microelectronics  Reliability,  88–90(May),  1251–1255. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2018.07.077
Wey, C. L., & Jui, P. C. (2013). A unitized charging and discharging smart battery management system. 2013 International Conference on Connected Vehicles and Expo, ICCVE 2013 - Proceedings, (pp. 903–909). https://doi.org/10.1109/ICCVE.2013.6799924