Baterai Seri vs Paralel: Kapan Tegangan Naik dan Kapan Kapasitas Naik (Contoh Hitungan)

Oleh Suhinar El · Seri Motor Academy: Listrik Dasar, Lesson 03: Listrik Arus (artikel 2 dari 7)

Sambung baterai secara seri kalau yang dibutuhkan tegangan lebih tinggi, dan secara paralel kalau yang dibutuhkan kapasitas lebih besar. Seri berarti kutub positif satu sel disambung ke kutub negatif sel berikutnya, dan tegangannya dijumlahkan: empat sel 1,5 volt menghasilkan 6 volt. Paralel berarti semua kutub positif disatukan dan semua kutub negatif disatukan, tegangannya tetap, tetapi kapasitas dan kemampuan arusnya yang bertambah.

Berderet berarti seri, bertumpuk dengan dua rel berarti paralel. Bentuknya saja sudah membedakan.

Sambungan Seri: Tegangan Dijumlahkan

Aturan pemasangannya satu kalimat: kutub positif sel pertama ke kutub negatif sel kedua, positif sel kedua ke negatif sel ketiga, dan seterusnya sampai sel terakhir. Dua ujung yang tersisa di kedua ujung rantai itulah terminal keluarannya.

Tegangannya dijumlahkan begitu saja:

V total = V₁ + V₂ + V₃ + …

Empat sel kering masing-masing 1,5 volt yang dirangkai seri menghasilkan 4 × 1,5 = 6 volt. Itu sebabnya senter dan alat ukur yang butuh 6 volt memakai empat baterai, bukan karena butuh empat kali tenaganya.

Yang tidak bertambah pada susunan seri adalah kemampuan arusnya, karena arus yang sama persis harus melewati keempat sel satu demi satu secara berurutan, sehingga sel terlemah di sepanjang rantai itulah yang menentukan batas arus untuk seluruh rangkaian.

Sambungan Paralel: Kapasitas Dijumlahkan

Di sini kebalikannya. Semua kutub positif disatukan menjadi satu titik, semua kutub negatif disatukan menjadi titik yang lain, dan kedua titik itu menjadi terminal keluarannya.

Tegangannya tidak berubah sama sekali. Empat sel 1,5 volt yang diparalel tetap memberi 1,5 volt, bukan 6 volt.

Yang bertambah adalah kapasitas dan kemampuan arusnya. Kalau tiap sel berkapasitas 2.000 mAh, maka empat sel paralel memberi 1,5 volt dengan kapasitas 4 × 2.000 = 8.000 mAh.

Gampangnya begini. Seri menambah tinggi dorongannya, paralel menambah lama bertahannya. Soal mengubah kapasitas mAh menjadi energi dalam watt-hour sudah dibahas terpisah di artikel 1 mAh berapa watt.

Gabungan Seri dan Paralel

Kalau yang dibutuhkan tegangan tinggi sekaligus kapasitas besar, dua cara tadi digabung.

Urutan berpikirnya selalu sama. Tentukan dulu berapa sel yang harus diseri untuk mencapai tegangan yang diinginkan, lalu hitung berapa kelompok seri seperti itu yang harus diparalel agar kapasitasnya tercapai, dan jumlah sel keseluruhan adalah hasil perkalian kedua angka itu.

Susunan seperti ini ditulis dengan notasi singkat. Angka di depan huruf S adalah jumlah sel yang diseri dalam satu kelompok, dan angka di depan huruf P adalah jumlah kelompok yang diparalel. Susunan 4S3P berarti empat sel diseri menjadi satu kelompok, lalu tiga kelompok itu diparalel.

Susunan	Jumlah sel	Tegangan	Kapasitas
1 sel	1	1,5 V	2.000 mAh
4S	4	6,0 V	2.000 mAh
4P	4	1,5 V	8.000 mAh
4S2P	8	6,0 V	4.000 mAh
4S3P	12	6,0 V	6.000 mAh

Perhatikan baris 4S dan 4P. Jumlah selnya sama, bahan selnya sama, bahkan harganya sama, tetapi yang keluar dari keduanya adalah dua benda yang sama sekali berbeda kegunaannya. Yang membedakan cuma cara menyambungnya.

Perluasan: Paket Baterai Motor Listrik

Bagian ini di luar modul, karena modul ditulis sebelum baterai litium umum dipakai. Tetapi logikanya persis sama, dan di bengkel motor listrik inilah bentuk yang paling sering ditemui.

Satu sel litium-ion silindris punya tegangan nominal sekitar 3,6 volt, jauh lebih tinggi daripada 1,5 volt sel kering. Untuk mencapai tegangan paket 72 volt, dibutuhkan 72 dibagi 3,6 sama dengan 20 sel yang diseri.

Kalau tiap sel berkapasitas 5 ampere-hour dan dibutuhkan 15 ampere-hour, maka tiga kelompok 20 sel itu diparalel. Susunannya ditulis 20S3P, dan jumlah selnya 20 × 3 = 60 buah.

Energi total paket itu adalah tegangan dikali kapasitas, yaitu 72 × 15 = 1.080 watt-hour. Angka inilah yang menentukan jarak tempuh, bukan tegangan atau kapasitas sendiri-sendiri.

Satu catatan penting. Paket litium tidak boleh disusun begitu saja seperti baterai senter, karena ia membutuhkan sistem pengaman elektronik yang memantau tegangan tiap kelompok sel, menyeimbangkannya, dan memutus rangkaian begitu ada kelompok yang keluar dari batas aman. Angka-angka di atas contoh perhitungan, dan spesifikasi sel yang sebenarnya harus diambil dari lembar data pabrikan.

Tiap baris bertanggung jawab atas tegangan, jumlah barisnya yang menentukan kapasitas.

Cara Menyusun Empat Baterai AA Menjadi 6 Volt

Langkah ringkasnya begini, dan berlaku untuk pemegang baterai apa pun.

1. Siapkan empat sel sejenis. Pakai empat baterai AA 1,5 volt dengan merek, jenis, dan umur yang sama, sebaiknya dari satu kemasan.
2. Periksa tegangan tiap sel. Ukur satu per satu dengan multimeter dan pastikan selisihnya kecil. Sel yang jauh lebih rendah disisihkan, jangan dipaksakan masuk.
3. Pasang sel pertama. Masukkan ke pemegang baterai sesuai tanda polaritas yang tercetak di dasar slot.
4. Pasang sel berikutnya berselang arah. Pada pemegang baterai berjalur, slot dibuat bergantian arah supaya kutub positif satu sel bertemu kutub negatif sel berikutnya. Ikuti tanda di dasar slot, jangan ikuti arah sel sebelumnya.
5. Ukur keluarannya. Tempelkan probe multimeter ke kedua kabel pemegang baterai. Angkanya harus mendekati 6 volt.
6. Periksa bila angkanya meleset. Hasil sekitar 3 volt berarti ada satu sel terbalik, dan hasil 0 volt berarti ada dua sel terbalik atau jalur pemegangnya putus.

Kesalahan yang Sering Terjadi

Empat hal berikut yang paling sering merusak baterai atau alatnya.

• Mencampur sel baru dan sel lama. Pada susunan seri, sel yang lebih lemah habis lebih dulu, lalu sel-sel yang masih kuat memaksa arus mengalir mundur melewatinya. Sel yang dibalik paksa seperti ini memanas dan bocor.
• Mencampur jenis yang berbeda. Alkaline, seng-karbon, dan isi ulang punya tegangan dan perilaku yang berbeda meski bentuknya sama persis.
• Memparalel sel yang tegangannya berbeda. Begitu disambung, sel bertegangan lebih tinggi langsung mengisi sel yang lebih rendah lewat jalur berhambatan sangat kecil. Arus yang mengalir bisa sangat besar dan tidak ada yang membatasinya.
• Memasang terbalik satu sel. Pada empat sel seri, satu sel terbalik bukan mengurangi 1,5 volt melainkan 3 volt, karena sel itu berubah dari menambah menjadi melawan.

Kesalahan terakhir itu paling membingungkan. Orang mengira hasil 3 volt berarti dua sel mati, padahal yang terjadi cuma satu sel terpasang terbalik.

Sudut Pandang Workshop

Di bengkel motor listrik, susunan seri-paralel bukan lagi urusan baterai senter. Ia urusan paket yang tegangannya ratusan volt dan arus hubung singkatnya bisa mencapai ribuan ampere, dan itu mengubah taruhannya sepenuhnya.

Yang paling sering saya tekankan ke teknisi bukan rumusnya, melainkan satu kebiasaan: ukur sebelum menyambung, bukan sesudahnya.

Alasannya ada di sifat sambungan paralel. Dua kelompok sel yang tegangannya berbeda sedikit saja, misalnya 3,9 volt dan 3,6 volt, kelihatan hampir sama di layar multimeter. Tetapi begitu keduanya disambung paralel, satu-satunya yang membatasi arus penyeimbang di antara keduanya adalah tahanan dalam sel dan tahanan kabel, dan keduanya sangat kecil. Arusnya bisa melonjak jauh di atas kemampuan sel.

Pada susunan seri masalahnya berbeda bentuk tetapi sama akarnya. Satu kelompok yang lebih lemah akan selalu habis lebih dulu, lalu dipaksa dibalik polaritasnya oleh kelompok-kelompok lain yang masih penuh dan terus mendorong arus lewat jalur yang sama. Di paket litium, kejadian seperti ini bukan cuma merusak sel.

Karena itu aturan di tempat saya untuk pekerjaan paket baterai ada tiga. Sel atau modul yang akan disatukan harus dari jenis dan kapasitas yang sama. Tegangan tiap kelompok diukur dan dicatat sebelum disambung, bukan setelah. Dan paket yang dirakit ulang tidak boleh dipakai tanpa sistem pemantau selnya terpasang dan berfungsi.

Satu catatan terakhir yang kelihatan sepele. Kunci pas dan perhiasan logam tidak boleh ada di meja kerja paket baterai, sama seperti aturan di area aki. Perbedaannya, paket litium tidak memberi peringatan apa pun sebelum terjadi, karena ia tidak mengeluarkan gas yang berbau lebih dulu.

Cek Pemahaman

1. Empat sel 1,5 volt yang dirangkai seri menghasilkan berapa volt?
   Jawaban: 6,0 volt.
2. Kalau elektroda positif satu sel disambung ke negatif sel berikutnya, sel itu tersambung secara apa?
   Jawaban: seri.
3. Apa yang bertambah pada susunan paralel?
   Jawaban: kapasitas dan kemampuan arusnya, sedangkan tegangannya tetap.
4. Apa arti susunan 4S3P?
   Jawaban: empat sel diseri menjadi satu kelompok, lalu tiga kelompok itu diparalel.
5. Berapa tegangan terbaca kalau satu dari empat sel seri terpasang terbalik?
   Jawaban: sekitar 3 volt, karena sel itu berubah dari menambah menjadi melawan.

Baca Juga

• Sel dan Baterai: Kenapa Aki 12 V Terdiri dari 6 Sel
• Cara Kerja Aki Timbal-Asam dan Bahaya Saat Mengisi
• 1 mAh Berapa Watt?
• Cara Menggunakan Multimeter untuk Pemula
• 6 Cara Menghasilkan Listrik

Ringkasan

• Susunan seri menyambung positif satu sel ke negatif sel berikutnya dan menjumlahkan tegangan.
• Empat sel 1,5 volt yang diseri menghasilkan 6 volt.
• Susunan seri tidak menambah kemampuan arus, dan sel terlemah menentukan batasnya.
• Susunan paralel menyatukan semua kutub sejenis dan menjumlahkan kapasitas.
• Empat sel 2.000 mAh yang diparalel memberi 1,5 volt dengan 8.000 mAh.
• Notasi 4S3P berarti empat sel diseri lalu tiga kelompok itu diparalel.
• Contoh paket motor listrik 20S3P memberi 72 volt, 15 Ah, dan 1.080 watt-hour.
• Jangan mencampur sel baru dengan sel lama pada susunan seri.
• Jangan memparalel sel yang tegangannya berbeda karena arus penyeimbangnya tidak terbatas.
• Satu sel terbalik pada empat sel seri menurunkan hasil menjadi sekitar 3 volt, bukan 4,5 volt.

Pertanyaan yang Sering Muncul

Apa beda baterai seri dan paralel?

Pada susunan seri, kutub positif satu sel disambung ke kutub negatif sel berikutnya sehingga tegangan semua sel dijumlahkan sementara kemampuan arusnya tetap. Pada susunan paralel, semua kutub positif disatukan dan semua kutub negatif disatukan sehingga tegangannya tidak berubah sama sekali tetapi kapasitas dan kemampuan arusnya yang bertambah.

Susunan mana yang menaikkan tegangan?

Susunan seri yang menaikkan tegangan, karena dorongan tiap sel bertumpuk satu sama lain di sepanjang rantai sehingga tegangan totalnya adalah jumlah tegangan semua sel. Susunan paralel tidak menaikkan tegangan sama sekali, dan yang bertambah di situ adalah berapa lama paket itu sanggup bertahan serta berapa besar arus yang bisa dikeluarkan.

Berapa tegangan empat baterai 1,5 volt yang disusun seri?

Hasilnya 6 volt, dari perhitungan 4 dikali 1,5 volt, dan itulah sebabnya banyak senter serta alat ukur yang membutuhkan 6 volt memakai empat baterai AA. Kapasitasnya tidak ikut bertambah, jadi empat baterai 2.000 mAh yang diseri tetap berkapasitas 2.000 mAh, hanya pada tegangan yang empat kali lebih tinggi.

Apakah boleh memparalel baterai yang tegangannya berbeda?

Sebaiknya tidak, karena begitu disambung, sel yang tegangannya lebih tinggi langsung mengisi sel yang lebih rendah melalui jalur yang hambatannya sangat kecil. Arus penyeimbang yang mengalir bisa jauh melampaui kemampuan sel dan tidak ada komponen apa pun yang membatasinya, sehingga sel bisa memanas, bocor, atau rusak permanen dalam waktu singkat.

Apa arti notasi seperti 20S3P pada paket baterai?

Angka di depan huruf S menunjukkan berapa sel yang dirangkai seri dalam satu kelompok untuk mencapai tegangan yang diinginkan, dan angka di depan huruf P menunjukkan berapa kelompok seperti itu yang diparalel untuk mencapai kapasitas yang diinginkan. Susunan 20S3P berarti 20 sel diseri lalu tiga kelompok itu diparalel, total 60 sel, dan dengan sel 3,6 volt 5 Ah hasilnya 72 volt dengan kapasitas 15 Ah.

Sumber

• TPC Training, Basic Electricity and Electronics, Course 201, Lesson 3, bagian Batteries (modul internal Motor Academy).
• Kunci kuis modul nomor 3 (empat sel 1,5 V seri menghasilkan 6,0 V) dan nomor 5 (positif ke negatif berarti seri).
• Contoh paket litium 20S3P adalah perluasan di luar modul; tegangan nominal dan kapasitas sel yang sebenarnya harus diambil dari lembar data pabrikan.