Cara Menghitung Kapasitas Baterai Lithium-Ion

Menghitung kapasitas paket baterai litium-ion memerlukan lebih dari sekadar menambahkan kapasitas yang tercetak pada setiap sel.

Kapasitas akhir bergantung pada cara sel dihubungkan:

• Koneksi seri meningkatkan tegangan.

• Koneksi paralel meningkatkan kapasitas amp-jam.

• Konfigurasi seri-paralel meningkatkan tegangan dan kapasitas.

Misalnya, empat sel 3,7 V, 1000 mAh dapat diatur dengan cara berbeda:

• 4S1P: sekitar 14,8V, 1000mAh

• 2S2P: sekitar 7,4V, 2000mAh

• 1S4P: sekitar 3,7V, 4000mAh

Oleh karena itu, jumlah sel yang sama dapat menghasilkan spesifikasi paket baterai yang sangat berbeda.

Panduan ini menjelaskan cara menghitung kapasitas paket baterai lithium-ion dalam mAh, Ah, dan Wh. Hal ini juga memperjelas perbedaan antara kapasitas terukur dan kapasitas yang dapat digunakan sehingga teknisi OEM dapat menyiapkan spesifikasi baterai yang lebih akurat.

Untuk hubungan yang lebih luas antara voltase, kapasitas, BMS, dan waktu proses, lihat Desain Paket Baterai Lithium-Ion: Tegangan, Kapasitas, BMS, dan Waktu Kerja.

Jawaban Cepat: Bagaimana Cara Menghitung Kapasitas Baterai?

Untuk sel yang cocok dengan kapasitas yang sama:

Kapasitas Paket dalam Ah

Kapasitas paket (Ah) = Kapasitas satu sel (Ah) × Jumlah sel secara paralel

Kapasitas Paket dalam mAh

Kapasitas paket (mAh) = Kapasitas satu sel (mAh) × Jumlah kelompok sel paralel

Tegangan Paket

Tegangan paket (V) = Tegangan sel nominal (V) × Jumlah sel secara seri

Paket Energi

Energi paket (Wh) = Tegangan paket (V) × Kapasitas paket (Ah)

Jumlah sel yang dihubungkan secara seri diwakili oleh S . Jumlah sel yang terhubung secara paralel dilambangkan dengan P.

Misalnya:

• 2S1P berarti dua sel seri dan satu jalur paralel.

• 1S2P berarti satu kelompok sel secara seri dan dua sel secara paralel.

• 3S2P berarti tiga grup seri dengan dua sel paralel di setiap grup.

1. Memahami Kapasitas, Tegangan dan Energi

Sebelum menghitung paket baterai, penting untuk membedakan tiga nilai dasar.

Kapasitas

Kapasitas menggambarkan berapa banyak muatan listrik yang dapat disimpan oleh baterai. Hal ini biasanya diungkapkan dalam:

• Miliamp-jam, atau mAh

• Amp-jam, atau Ah

Konversinya adalah:

1Ah = 1000mAh

Sel 3000 mAh setara dengan sel 3 Ah.

Voltase

Tegangan menggambarkan potensi listrik baterai. Biasanya dinyatakan dalam volt.

Untuk banyak sel litium-ion dan litium-polimer standar, tegangan nominalnya kira-kira 3,6 V atau 3,7 V. Nilai pastinya bergantung pada kimia sel dan spesifikasi pabrikan.

Energi

Energi menggabungkan tegangan dan kapasitas. Hal ini dinyatakan dalam watt-jam.

Energi (Wh) = Tegangan (V) × Kapasitas (Ah)

Peringkat mAh yang lebih tinggi tidak selalu berarti total energi yang lebih tinggi jika voltase baterai berbeda.

Misalnya:

• 3,7V × 2Ah = 7,4Wh

• 7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh

Kedua paket tersebut memiliki kapasitas amp-hour yang sama tetapi energinya berbeda karena voltasenya berbeda.

2. Bagaimana Sambungan Seri Mempengaruhi Kapasitas

Ketika sel-sel dihubungkan secara seri, terminal positif dari satu sel terhubung ke terminal negatif dari sel berikutnya.

Koneksi seri meningkatkan tegangan.

Untuk sel cocok yang dihubungkan secara seri:

• Tegangan meningkat

• Ah kapasitasnya tetap kurang lebih sama

• Energi total meningkat karena tegangan meningkat

Contoh: Paket Baterai 2S1P

Asumsikan setiap sel memiliki:

• Tegangan nominal: 3,7V

• Kapasitas: 1000mAh

Paket 2S1P berisi dua sel secara seri.

Tegangan paket:

3,7 V × 2 = 7,4 V

Kapasitas paket:

1000mAh

Paket energi:

7,4V × 1 Ah = 7,4Wh

Oleh karena itu, paket baterai 2S1P kira-kira:

7,4V, 1000mAh, 7,4Wh

Tabel Konfigurasi Seri

Ini adalah nilai nominal berdasarkan sel 3,7 V. Tegangan pengisian penuh lebih tinggi dan harus dipertimbangkan saat memilih pengisi daya dan sistem proteksi.

3. Bagaimana Koneksi Paralel Mempengaruhi Kapasitas

Ketika sel dihubungkan secara paralel, terminal positifnya dihubungkan bersama dan terminal negatifnya dihubungkan bersama.

Koneksi paralel meningkatkan kapasitas.

Untuk sel yang cocok dan terhubung secara paralel:

• Tegangan tetap kurang lebih sama

• Kapasitas Ah meningkat

• Kemampuan saat ini mungkin meningkat

• Total energi meningkat karena kapasitas meningkat

Contoh: Paket Baterai 1S2P

Asumsikan setiap sel memiliki:

• Tegangan nominal: 3,7V

• Kapasitas: 1000mAh

Paket 1S2P berisi dua sel secara paralel.

Tegangan paket:

3,7V

Kapasitas paket:

1000mAh × 2 = 2000mAh

Paket energi:

3,7V × 2Ah = 7,4Wh

Oleh karena itu, paket baterai 1S2P kira-kira:

3,7V, 2000mAh, 7,4Wh

Tabel Konfigurasi Paralel

Perhitungan kapasitas paralel mengasumsikan bahwa sel-sel memiliki model, kapasitas, kondisi dan karakteristik kelistrikan yang sama.

4. Cara Menghitung Baterai Seri-Paralel

Paket baterai seri-paralel menggabungkan kedua metode koneksi.

Rumus umumnya adalah:

Tegangan paket = Tegangan sel × S

Kapasitas paket = Kapasitas sel × P

Jumlah sel total = S × P

Di mana:

• S = jumlah sel secara seri

• P = jumlah sel secara paralel

Contoh: Paket Baterai 2S2P

Asumsikan setiap sel memiliki:

• Tegangan nominal: 3,7V

• Kapasitas: 1000mAh

Untuk paket 2S2P:

Tegangan paket:

3,7 V × 2 = 7,4 V

Kapasitas paket:

1000mAh × 2 = 2000mAh

Jumlah total sel:

2 × 2 = 4 sel

Paket energi:

7,4 V × 2 Ah = 14,8 Wh

Hasilnya adalah:

7,4V, 2000mAh, 14,8Wh

Contoh: Paket Baterai 3S2P

Menggunakan sel 3,7 V, 1000 mAh yang sama:

Tegangan paket:

3,7 V × 3 = 11,1 V

Kapasitas paket:

1000mAh × 2 = 2000mAh

Jumlah total sel:

3 × 2 = 6 sel

Paket energi:

11,1V × 2 Ah = 22,2Wh

Hasilnya adalah:

11,1V, 2000mAh, 22,2Wh

Untuk penjelasan lebih luas tentang pengaruh konfigurasi ini terhadap kompatibilitas perangkat, lihat Paket Baterai Seri vs. Paralel.

5. Cara Menghitung Jumlah Paralel yang Dibutuhkan

Jika kapasitas target dan kapasitas sel individual diketahui, jumlah sel paralel yang diperlukan dapat diperkirakan dengan:

Jumlah paralel = Kapasitas paket target Kapasitas sel

Contoh: 7,4 V, Target 3000 mAh

Menganggap:

• Tegangan nominal target: 7,4 V

• Kapasitas sasaran: 3000mAh

• Tegangan nominal sel: 3,7 V

• Kapasitas sel: 1500mAh

Langkah 1: Tentukan jumlah seri.

7,4V 3,7V = 2S

Langkah 2: Tentukan hitungan paralel.

3000mAh 1500mAh = 2P

Konfigurasi awal adalah:

2S2P

Jumlah total sel:

2 × 2 = 4 sel

Contoh: 11,1 V, Target 5000 mAh

Menganggap:

• Tegangan nominal target: 11,1 V

• Kapasitas sasaran: 5000mAh

• Tegangan nominal sel: 3,7 V

• Kapasitas sel: 2500mAh

Jumlah seri:

11,1V 3,7V = 3S

Hitungan paralel:

5000mAh 2500mAh = 2P

Konfigurasi awal adalah:

3S2P

Jumlah total sel:

3 × 2 = 6 sel

Perhitungan ini memberikan konfigurasi awal. Desain akhir masih perlu memverifikasi permintaan saat ini, ruang yang tersedia, kemampuan pelepasan sel, persyaratan perlindungan, dan kelayakan produksi.

6. Cara Menghitung Energi Baterai dalam Wh

Kapasitas amp-hour berguna untuk membandingkan baterai dengan voltase yang sama. Watt-jam lebih berguna ketika membandingkan paket dengan level voltase berbeda.

Rumusnya adalah:

Energi paket (Wh) = Tegangan paket nominal (V) × Kapasitas paket (Ah)

Contoh Perbandingan

Nilai mAh sama dalam contoh ini, namun energi total berubah seiring tegangan.

Inilah sebabnya mengapa tim OEM tidak boleh membandingkan paket baterai hanya dengan menggunakan mAh. Jika tegangannya berbeda, bandingkan juga watt-jam.

7. Kapasitas Terukur vs. Kapasitas yang Dapat Digunakan

Kapasitas yang tercetak pada baterai biasanya merupakan kapasitas terukur atau nominal yang diukur pada kondisi pengujian tertentu.

Kapasitas sebenarnya yang dapat digunakan mungkin lebih rendah karena:

• Arus pelepasan

• Tegangan potong

• Suhu

• Penuaan sel

• Resistensi internal

• Batas perlindungan PASI

• Konversi daya perangkat

• Cadangan masa pakai yang diperlukan

Rumus konseptual sederhananya adalah:

Kapasitas yang dapat digunakan ≈ Kapasitas terukur × Faktor penurunan daya yang berlaku

Faktor penurunan peringkat bukanlah angka universal. Ini harus ditetapkan sesuai dengan lembar data sel, kondisi pelepasan dan persyaratan aplikasi.

Misalnya, paket 2000 mAh mungkin tidak menghasilkan tepat 2000 mAh di setiap aplikasi jika:

• Bebannya tinggi;

• Perangkat berhenti sebelum sel mencapai tegangan minimum;

• Suhunya rendah;

• Paket itu sudah tua;

• BMS memutus beban untuk perlindungan.

Oleh karena itu, paket tersebut harus ditentukan dengan keduanya:

• Kapasitas terukur

• Diperlukan kapasitas yang dapat digunakan dalam kondisi yang ditentukan

8. Mengapa Pencocokan Sel Itu Penting

Rumus kapasitas dasar mengasumsikan bahwa semua sel cocok.

Sel yang digunakan dalam paket yang sama harus kompatibel dalam hal:

• Kapasitas

• Voltase

• Resistensi internal

• Model sel

• Kelompok produksi

• Kondisi penuaan

• Status pengisian daya

Jika sel mempunyai karakteristik yang sangat berbeda, sel terlemah mungkin mencapai batas tegangannya lebih awal dibandingkan sel lainnya. Hal ini dapat mengurangi kapasitas yang dapat digunakan dari paket lengkap dan meningkatkan kebutuhan keseimbangan.

Untuk diskusi lebih dalam tentang inkonsistensi sel, lihat Mengapa Paket Baterai Lithium-Ion Menjadi Tidak Konsisten dan Apa yang Harus Dilakukan.

Dalam spesifikasi OEM, lebih baik menentukan model sel yang diperlukan dan persyaratan yang cocok daripada hanya menyatakan kapasitas baterai target.

9. Bagaimana Kapasitas Sel Mempengaruhi Ukuran Paket

Sel berkapasitas lebih tinggi dapat mengurangi jumlah sel paralel yang dibutuhkan, namun mungkin juga secara fisik lebih besar atau memiliki karakteristik pelepasan yang berbeda.

Insinyur OEM harus mengevaluasi:

• Dimensi sel

• Tata letak paket

• Ruang yang tersedia

• Kapasitas sasaran

• Permintaan saat ini

• Berat

• Kondisi termal

• Ketersediaan sel

Misalnya, sel 3000 mAh memungkinkan jumlah paralel yang lebih kecil dibandingkan sel 1500 mAh. Namun, jika sel 3000 mAh terlalu besar atau tidak dapat memenuhi arus yang dibutuhkan, ini mungkin bukan pilihan terbaik.

Oleh karena itu perhitungan kapasitas harus dikombinasikan dengan tinjauan kelayakan mekanik dan listrik.

10. Contoh Perhitungan Kapasitas untuk Paket OEM Kustom

Asumsikan perangkat OEM memerlukan:

• Tegangan nominal: sekitar 7,4 V

• Kapasitas sasaran: 4000mAh

• Tegangan nominal sel: 3,7 V

• Kapasitas sel: 2000mAh

Langkah 1: Hitung jumlah seri.

7,4V 3,7V = 2S

Langkah 2: Hitung jumlah paralel.

4000mAh 2000mAh = 2P

Langkah 3: Hitung jumlah sel total.

2S × 2P = 4 sel

Langkah 4: Hitung energi nominal.

7,4V × 4Ah = 29,6Wh

Spesifikasi paket awal adalah:

2S2P, nominal 7,4 V, 4000 mAh, sekitar 29,6 Wh

Sebelum konfigurasi ini disetujui, OEM dan produsen baterai harus memverifikasi:

• Apakah sel dapat menyuplai arus yang dibutuhkan;

• Apakah paket tersebut sesuai dengan ruang yang tersedia;

• Apakah PASI dengan penyeimbang diperlukan;

• Apakah pengisi dayanya kompatibel;

• Apakah konektor dan kabel mendukung beban;

• Apakah kapasitas target diukur dalam kondisi pengujian yang disyaratkan.

11. Kesalahan Umum Perhitungan Kapasitas Baterai

Kesalahan 1: Menambah Kapasitas secara Seri

Paket 2S1P yang terbuat dari dua sel 1000 mAh bukanlah paket 2000 mAh. Ini sekitar 7,4 V dan 1000 mAh.

Kesalahan 2: Mengabaikan Hitungan Paralel

Jika paket menggunakan beberapa jalur paralel, kapasitasnya harus dikalikan dengan jumlah sel paralel.

Kesalahan 3: Membandingkan mAh Tanpa Membandingkan Tegangan

Paket 2000 mAh pada 3,7 V dan paket 2000 mAh pada 7,4 V tidak mengandung jumlah energi yang sama.

Kesalahan 4: Menggunakan Tegangan Pengisian Penuh untuk Perhitungan Energi

Energi nominal biasanya dihitung menggunakan tegangan nominal, bukan tegangan pengisian maksimum.

Kesalahan 5: Mengasumsikan Kapasitas Terukur Sama dengan Kapasitas yang Dapat Digunakan

Kapasitas sebenarnya yang dapat digunakan tergantung pada pengaturan arus, suhu, tegangan cutoff, penuaan dan perlindungan.

Kesalahan 6: Mencampur Model Sel yang Berbeda

Sel dengan kapasitas, ketahanan internal, atau kondisi penuaan yang berbeda tidak boleh digabungkan begitu saja dalam kemasan yang sama.

Kesalahan 7: Mengabaikan Permintaan Daya Perangkat

Perhitungan kapasitas saja tidak menentukan waktu proses. Waktu pengoperasian juga bergantung pada daya perangkat dan efisiensi sistem.

Untuk metode perhitungan runtime terpisah, lihat Cara Menghitung Waktu Proses untuk Paket Baterai Lithium.

12. Daftar Periksa Perhitungan Kapasitas untuk Pembeli OEM

Sebelum meminta penawaran paket baterai, konfirmasikan:

• Tegangan nominal sasaran

• Tegangan perangkat minimum dan maksimum

• Kapasitas target dalam mAh atau Ah

• Energi yang dapat digunakan yang dibutuhkan dalam Wh

• Tegangan nominal sel

• Kapasitas pengenal sel

• Jumlah seri yang diperlukan

• Hitungan paralel yang diperlukan

• Jumlah sel total

• Arus terus menerus

• Arus puncak

• Suhu pengoperasian

• Ruang baterai yang tersedia

• Metode pengisian daya

• BMS atau persyaratan perlindungan

• Kondisi uji kapasitas

• Waktu proses yang diharapkan

• Prototipe dan kuantitas produksi

Angka kapasitas harus selalu dihubungkan dengan kondisi pengujian yang ditentukan. Kutipan yang menyatakan hanya 'paket baterai 4000 mAh' tidak lengkap kecuali pemasok juga mengidentifikasi voltase, model sel, konfigurasi, dan kondisi pengukuran.

Pertanyaan Umum

Bagaimana cara menghitung kapasitas paket baterai lithium-ion?

Kalikan kapasitas satu sel dengan jumlah sel yang terhubung secara paralel. Misalnya, empat sel 1000 mAh dalam konfigurasi 2S2P menyediakan kapasitas sekitar 2000 mAh.

Apakah sambungan seri meningkatkan kapasitas baterai?

Tidak. Sambungan seri meningkatkan tegangan. Kapasitas amp-jam biasanya tetap kira-kira sama dengan kapasitas satu grup paralel.

Apakah koneksi paralel meningkatkan kapasitas baterai?

Ya. Koneksi paralel meningkatkan kapasitas amp-jam sesuai dengan jumlah sel paralel.

Berapa kapasitas baterai 2S2P?

Jika setiap sel diberi nilai 3,7 V dan 1000 mAh, paket 2S2P berukuran sekitar 7,4 V dan 2000 mAh, dengan total empat sel.

Bagaimana cara menghitung watt-jam baterai?

Kalikan voltase paket nominal dengan kapasitas dalam amp-jam. Paket 7,4 V, 2 Ah berisi energi nominal sekitar 14,8 Wh.

Apakah baterai 3,7 V, 2000 mAh sama dengan baterai 7,4 V, 2000 mAh?

Tidak. Paket 7,4 V, 2000 mAh berisi kira-kira dua kali lipat energi nominal paket 3,7 V, 2000 mAh.

Mengapa kapasitas baterai sebenarnya lebih rendah dari nilai nominalnya?

Hasilnya dapat dipengaruhi oleh arus pelepasan, suhu, tegangan pemutusan, penuaan sel, resistansi internal, pengaturan BMS, dan kondisi pengukuran.

Berapa banyak sel yang saya perlukan untuk paket baterai khusus?

Jumlah total sel adalah:

Total sel = Jumlah seri × Jumlah paralel

Penghitungan akhir juga harus memenuhi persyaratan tegangan, kapasitas, arus, ukuran, berat dan perlindungan.

Kesimpulan

Menghitung kapasitas paket baterai lithium-ion dimulai dengan memahami perbedaan antara koneksi seri dan paralel.

Rumus intinya adalah:

Tegangan paket = Tegangan sel × Jumlah seri

Kapasitas paket = Kapasitas sel × Jumlah paralel

Total sel = Jumlah seri × Jumlah paralel

Energi paket = Tegangan paket × Kapasitas paket dalam Ah

Misalnya, menggunakan sel 3,7 V, 1000 mAh:

• 1S1P = 3,7V, 1000mAh

• 2S1P = 7,4V, 1000mAh

• 1S2P = 3,7V, 2000mAh

• 2S2P = 7,4V, 2000mAh

Perhitungan ini memberikan titik awal untuk desain paket baterai. Baterai akhir masih harus diperiksa untuk kebutuhan saat ini, kecocokan sel, kapasitas yang dapat digunakan, persyaratan BMS, kesesuaian mekanis, kompatibilitas pengisian daya, dan kelayakan produksi.

Jika Anda mengembangkan paket baterai lithium-ion khusus, bagikan voltase target, kapasitas, permintaan saat ini, ruang yang tersedia, persyaratan waktu pengoperasian, dan kuantitas yang diharapkan dengan tim teknis ZERNE. ZERNE menyediakan solusi paket baterai lithium khusus untuk proyek OEM dan ODM dan dapat membantu mengubah target kapasitas awal menjadi konfigurasi baterai praktis.