Baterai Yang Digunakan Pada Sistem UPS Statis

          Baterai yang digunakan dalam sistem UPS statis berfungsi untuk menyediakan daya listrik dc darurat yang handal secara instan ke inverter ketika terajdi kegagalan atau degradasi daya listrik normal. Dari sekian banyak jenis baterai yang tersedia, dua jenis baterai berikut ini umumnya digunakan dalam sistem UPS statis, yaitu baterai lead acid (asam timbal) dan baterai  nikel kadmium (nicad).

1. Baterai Lead Acid (Asam Timbal)

          Sebuah sel baterai lead acid pada dasarnya terdiri dari sebuah spons timbal sebagai elektroda negatif, timbal dioksida sebagai elektroda positif, dan larutan asam sulfat sebagai elektrolit. Sebagai pengosongan sel, dua bahan aktif yauitu elektroda positif dan negatif dikonversi agar sulfat timbal dan elektrolit menghasilkan air, sedangkan ada pengisian sel tindakan sebaliknya terjadi. Di akhir proses pengisian, terjadinya elektrolisis air akan memproduksi hidrogen pada elektroda negatif dan oksigen pada elektroda positif.

a. Desain Baterai Lead Acid

          Desain yang paling umum dari baterai lead acid adalah konstruksi sel kalsium timbal dimana bahan aktif untuk masing-masing elektroda disiapkan sebagai pasta yang menyebar ke kisi-kisi paduan kalsium timbal. Kisi-kisi memberikan daya hantar listrik dan struktur untuk memegang bahan aktif. Plat-plat resultan disolder dan dihubungkan dengan tali pemegang untuk membentuk kelompok positif dan negatif yang disisipkan. Separator ditempatkan antara plat-plat dan rakitan ditempatkan dalam wadah atau kotak. Baterai ini dapat bertahan dengan durasi lebih pendek jika siklus pengosongan dangkal dan durasi lebih panjang jika siklus pengosongan dalam.

b. Tegangan Baterai Lead Acid

          Tegangan nominal tiap sel lead acid adalah 2 volt sedangkan jika rangkaian terbuka tegangan sekitar 2,05 volt. Pada umumnya tegangan minimal yang digunakan atau tegangan pengosongan adalah sekitar 1.75 volt. Berat jenis elektrolit dengan sel diisi penuh dapat berkisar antara nominal 1,210 s/d 1,300 pada suhu 25° C  atau 77° F.

c. Desain Rate Baterai Lead Acid

          Baterai ini memungkinkan untuk didesain dengan rate tinggi, rate menengah atau rate rendah. Baterai yang dirancang dengan rate tinggi untuk memberikan sejumlah besar arus lebih dalam waktu lebih pendek yaitu sekitar 15 menit. Hal ini dapat dicapai dengan merancang baterai menggunakan plat-plat tipis. Desain inilah yang paling umum digunakan untuk aplikasi UPS. Sedangkan baterai yang dirancang dengan rate menengah biasanya untuk penggunaan secara massal. Baterai rate menengah memberikan sejumlah sedang arus lebih dalam waktu sedang sekitar 1 s/d 3 jam. Desain ini terdiri dari plat dengan lebar sedang, dan biasanya dengan menggunakan switchgear dan apilkasi kontrol. Sementara baterai yang dirancang dengan rate rendah umumnya untuk memberikan daya listrik dalam waktu yang panjang sekitar 8 jam. Desain baterai ini terdiri dari plat-palt tebal,  umumnya untuk aplikasi seperti penerangan darurat dan telekomunikasi.

d. Baterai Vented (Flooded) Lead Acid

          Sel vented (flooded) lead acid dibangun dengan cairan elektrolit yang sepenuhnya menutupi plat-plat dengan jarak yang berdekatan. Elektrolit itulah yang memelihara hubungan secara seragam dengan plat-plat. Baterai ini membutuhkan perawatan secara reguler, pemeriksaan berat jenis elektrolit dan tambahan air. Baterai ini sangat cocok untuk aplikasi industri karena bisa tahan hidup (masa pakai) lebih panjang (sekitar 20 tahun) dan kehandalan yang tinggi dengan perawatan yang tepat. Tanpa perawatan yang tepat, masa pakai baterai bisa menjadi sangat berkurang. Baterai ini juga lebih murah sekitar setengah dari harga baterai nikel cadmium dan baterai yang paling umum digunakan untuk aplikasi UPS industri.

e. Baterai Valve Regulated Lead Acid (VRLA)

          Baterai VRLA disegel dengan katup yang memungkinkan ventilasi pada tekanan internal yang berlebihan. Sel-sel ini menyediakan sarana untuk rekombinasi oksigen yang dihasilkan secara internal dan penekanan evolusi gas hidrogen untuk mengurangi kebutuhan penambahan air. Desain baterai ini tidak memerlukan perawatan, pemeriksaan berat jenis dan penambahan elektrolit seperti halnya pada baterai vented (flooded) lead acid. Baterai ini memiliki masa pakai sekitar 5 s/d 6 tahun. Masa pakai baterai ni secara substansial lebih pendek dari masa pakai baterai vented (flooded) lead acid (20 tahun) dan desain baterai nikel cadmium, sehingga baterai ini memerlukan penggantian 3 s/d 4 kali agar dapat memberikan pelayanan yang sama seperti bataerai vented (flooded) lead acid dan desain baterai nikel cadmium. Unit baterai ini kadang-kadang mengalami kegagalan yang disebut "kegagalan kematian mendadak " dimana deposit terbentuk pada plat-plat yang menyebabkan hubung singkat. Jenis kegagalan ini sulit untuk dideteksi, sehingga membuat baterai ini kurang dapat diandalkan dibandingkan dengan desain baterai vented (flooded) lead acid dan desain baterai nikel cadmium. Baterai VRLA harganya lebih murah sekitar setengah dari harga baterai vented (flooded) lead acid dan seperempat dari harga baterai nikel cadmium. Unit baterai ini sangat cocok untuk sistem UPS yang menyediakan back up pada sistem komputer karena perawatannya ringan, biaya ringan dan emisi juga rendah. Untuk aplikasi industri yang membutuhkan kehandalan lebih tinggi dan masa pakai lebih lama, desain baterai vented (flooded) lead acid dan baterai nikel cadmium lebih disukai.

2. Baterai Nikel  Cadmium (Nicad)

          Stationary baterai nicad dirancang untuk aplikasi daya darurat yang digunakan dalam sistem UPS statis. Baterai ini memiliki masa pakai yang panjang (25 tahun). Namun, karena biaya awal yang cukup tinggi maka penggunaannya tidak umum seperti halnya baterai jenis vented (flooded) lead acid.

a. Desain Baterai Nicad

          Sel baterai nicad pada dasarnya terdiri dari nikel hidroksida sebagai elektroda positif, kadmium hidroksida sebagai elektroda negatif, dan larutan kalium hidroksida sebagai elektrolit. Sebagai sel pengosongan, oksida nikel pada elektroda negatif berubah menjadi bentuk yang berbeda dari oksida dan nikel pada elektroda positif teroksidasi, sedangkan pada pengisian berlangsung aksi sebaliknya.   Hidrogen dan oksigen dihasilkan oleh elektroda positif dan negatif, jika berturut-turut sel mencapai pengisian penuh. Namun sedikitpun tidak ada perubahan  berat jenis pada elektrolit.

b. Tegangan Baterai Nicad

          Tegangan nominal tiap sel nicad adalah 1,2 volt sedangkan dalam rangkaian terbuka tegangannya adalah 1,4 volt. Berat jenis elektrolit adalah sekitar 1,180 pada suhu 25° C  atau 77° F.

c. Desain Rate Baterai  Nicad

          Baterai Nicad juga tersedia dalam salah satu dari tiga desain rate yaitu tinggi, sedang, atau rendah rate pengiriman dayanya. Baterai dengan rate tinggilah yang paling umum digunakan dalam aplikasi sistem UPS.

d. Keuntungan

          Baterai ini tahan terhadap kesalahan pemakaian baik mekanik maupun listrik, dan mampu beroperasi dengan baik pada rentang temperatur yang cukup luas mulai dari -20° C hingga 50° C. Disamping itu, mereka dapat mentolerir pengosongan secara lengkap walupun terjadi sedikit kerusakan pada kapasitas baterai.

3. Baterai Lead Acid VS Baterai Nicad

          Baterai lead acid sekitar 50% lebih murah daripada baterai nicad, baterai nicad menunjukkan masa pkai yang lebih panjang dan lebih kasar konstruksinya. Baterai nicad juga membutuhkan perawatan lebih ringan dibanding dengan baterai lead kalsium. Namun, baterai nicad membutuhkan sekitar 53% lebih banyak sel dibanding dengan baterai lead acid pada tegangan yang sama. Baterai lead acid lebih rentan terhadap suhu tinggi daripada baterai nicad. Masa pakai baterai lead acid berkurang sebesar 50% untuk setiap kenaikan 15° F pada suhu elektrolit, sementara baterai nicad kehilangan sekitar 15% dari masa pakianya. Disamping itu juga perlu dicatat bahwa baterai lead acid melepaskan lebih banyak hidrogen selama pengisian dibanding dengan baterai  nicad.