DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Data Diri
Nama : Henri Wijaksana
Tempat, Tanggal Lahir : Bandung, 19 Agustus 1992
Jenis Kelamin : Laki-laki
Agama : Islam
Alamat : Jalan Batik Ayu no.17
Kecamatan Cibeunying Kaler Kota Bandung, Jawa Barat 40123
Email : henri.nst19@gmail.com
Pendidikan
1998-2004 : SD Negeri 061 Balikpapan
2004-2007 : SMP Negeri 7 Bandung
2007-2010 : SMA Negeri 14 Bandung
2010-2015 : Universitas Komputer Indonesia Bandung
Kegiatan Akademis
2013 : Kerja praktek selama 1 bulan di PT. Mentari Solusi Teknologi sebagai staf administrasi
2014-2015 : Asisten Laboratorium Mikrokontroller UNIKOM
Bandung, 13 Agustus 2015
v
DAFTAR ISI
Abstrak ... i
Abstract ... ii
Kata Pengantar ... iii
Daftar Isi ... v
Daftar Gambar ... vii
Daftar Tabel ... ix
Daftar Singkatan ... x
Daftar Lampiran ... xi
BAB I.Pendahuluan ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah... 1
1.2 Maksud dan Tujuan ... 2
1.3 Rumusan Masalah ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Metode Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II. Teori Penunjang ... 5
2.1 Sistem Utama Kendaraan listrik ... 5
2.2 Sistem Baterai ... 5
2.2.1 Baterai ... 5
2.2.2 Sistem Pengisian (Charging System) ... 8
2.2.3 Sistem Manajemen Baterai ... 11
2.3 Sistem Kelistrikan ... 12
2.3.1 Sistem Penerangan dan Tanda ... 13
2.4 Overcharged dan Overdischarged ... 13
2.5 Perangkat Keras ... 14
2.5.1 Mikrokontroller ... 14
2.5.2 Relay ... 15
2.5.3 LCD (Liquid Crystal Display) ... 17
2.5.4 LED (Light Emitting Diode) ... 20
vi
2.5.6 Sensor Arus ACS712 ... 21
2.5.7 Sensor Tegangan ... 21
2.5.8 Saklar Toggle ... 22
2.5.9 Power Supply ... 22
2.6 Tentang Listrik ... 23
2.7 Hukum Ohm ... 23
BAB III.Perancangan Sistem... 25
3.1 Perancangan Perangkat Keras ... 26
3.1.1 Desain Perangkat Keras Sistem Pengisian ... 27
3.1.2 Desain Perangkat Keras BMS ... 27
3.1.3 Cara Kerja Alat ... 28
3.2 Spesifikasi Sistem ... 29
3.2.1 Sistem Baterai ... 29
3.2.2 Sistem Kelistrikan ... 30
3.3 Sistem Baterai ... 30
3.3.1 Sistem Pengisian ... 30
3.3.2 Sistem Manajemen Baterai ... 32
3.4 Sistem Kelistrikan ... 34
3.5 Perancangan Perangkat Lunak ... 35
3.5.1 Diagram Alir Prosedur Pengisian ... 36
3.5.2 Diagram Alir Prosedur Pemakaian ... 36
BAB IV.Pengujian dan Analisa ... 38
4.1 Pengisian Baterai ... 38
4.2 Pengujian Lampu ... 40
4.2.1 Lampu Depan ... 40
4.2.2 Lampu Sein Kanan ... 40
4.2.3 Lampu Sein Kiri... 41
4.3 Pengujian Indikator Led Baterai ... 41
BAB V.Kesimpulan dan Saran ... 43
5.1 Kesimpulan... 43
5.2 Saran ... 43
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT., Pencipta dan Pemelihara alam semesta, shalawat serta salam semoga terlimpah bagi Muhammad SAW., keluarga dan para pengikutnya yang setia hingga akhir masa.
Atas rahmat Allah SWT., akhirnya Penulis dapat menyelesaikan Tugas
Akhir dengan judul “Rancang Bangun Sistem Kelistrikan dan Sistem Manajemen Baterai pada Kendaraan Listrik” , meskipun proses belajar sesungguhnya tak akan pernah berhenti. Tugas Akhir ini sesungguhnya bukanlah sebuah kerja individual dan akan sulit terlaksana tanpa bantuan banyak pihak. Oleh karena itu Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada :
1. Kedua Orang Tua, kakak dan adik tercinta yang senantiasa tidak
henti-hentinya berdo’a mencurahkan kasih sayang, perhatian, nasihat, serta
motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. H. Denny Kurniadie, Ir., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer Universitas Komputer Indonesia.
3. Bapak Ayub Subandi, S.Si., MT selaku dosen pembimbing yang telah memberikan waktu, pikiran dan tenaga dalam membimbing penulis untuk menyelesaikan laporan tugas akhir ini.
4. Dr. Wendi Zarman, M.Si. selaku Ketua Program Studi Teknik Komputer. 5. Bapak Hidayat, M.T., selaku dosen wali penulis.
6. Seluruh dosen pengajar Jurusan Teknik Komputer yang telah memberikan ilmu kepada penulis.
7. Rekan-rekan seperjuangan di jurusan Teknik Komputer, khususnya kelas 10 TK-1 yang selalu saling memberi semangat dan bantuan. Semoga kebersamaan ini tetap terjaga.
iv
sumbangsih yang bermanfaat bagi dunia sains dan teknologi di Indonesia, khususnya disiplin keilmuan yang Penulis dalami.
Bandung, Agustus 2015
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Kendaraan bermotor tidak dapat dilepaskan dari aktivitas sehari-hari karena manfaatnya yang dapat menghemat waktu dan tenaga manusia. Tetapi, banyak dari kendaraan beermotor yang menggunakan mesin berbahan bakar minyak sebagai sumber energinya, sehingga diperlukan proses pembakaran untuk dapat menggerakkan kendaraan tersebut. Proses pembakaran ini akan menghasilkan emisi gas buang yang mengandung unsur-unsur berbahaya seperti Karbon Monoksida (CO), Sulfur Oksida (SOx) , Nitrogen Oksida (NOx) dan lainnya [3]. Hal ini menyebabkan dampak negatif seperti polusi udara beracun yang dapat menyebabkan berbagai penyakit dan juga mengakibatkan pemanasan global.
Selain itu, bahan bakar minyak merupakan energi tak terbarukan yang kian menipis dan akan menyebabkan krisis energi. Sehingga diperlukan alternatif energi yang lebih ramah lingkungan, tidak langka, dan mudah diperoleh. Oleh karena itu, kendaraan listrik merupakan salah satu pemecahan masalah ini [4].
Kendaraan listrik merupakan kendaraan tanpa bahan bakar yang digerakkan oleh motor listrik dan baterai. Sesuai namanya, sumber energi dari kendaraan ini adalah baterai. Tidak ada pembakaran yang diperlukan untuk menggerakkan kendaraan ini, melainkan hanya sejumlah arus listrik yang dikeluarkan oleh baterai. Oleh karena itu, bisa dikatakan kendaraan ini bebas emisi dibandingkan kendaraan bahan bakar minyak.
dari baterai tersebut akan bergantung juga dari cara penggunaan dan perawatan yang dilakukan seperti bagaimana pengisian ulang dilakukan dan lamanya pengisian yang dilakukan.
Sistem kelistrikan pada kendaraan listrik umumnya sama dengan sistem kelistrikan pada kendaraan lainnya, seperti lampu utama, panel display dan lainnya. Panel pada kendaraan listrik akan menunjukkan kondisi dari baterai dan kondisi lampu.
1.2 Maksud dan Tujuan
Maksud yang ingin dicapai dalam perancangan ini adalah rancang bangun BMS dan sistem kelistrikan sederhana yang bisa diterapkan pada kendaraan listrik.
Tujuan yang diharapkan, diantaranya :
1. Dapat mengatasi masalah overcharged dan overdischaged pada baterai. 2. Menampilkan kondisi baterai dan instrumen lainnya pada display.
1.3 Rumusan Masalah
1. Merancang sistem manajemen baterai;
2. Merancang sistem kelistrikan pada kendaraan listrik;
3. Merancang panel sederhana untuk kontrol lampu dan kondisi kendaraan listrik.
1.4 Batasan Masalah
1. Sistem yang akan dirancang tidak termasuk sistem penggerak, rangka dan instrumen aksesoris lainnya;
2. Menggunakan mikrokontroller Arduino MEGA 2560;
3. Baterai yang digunakan merupakan empat buah akumulator 12V yang dirangkai seri menjadi 48V dengan kapasitas masing-masing akumulator adalah 16Ah;
3
1.5 Metode Penelitian
Pembuatan tugas akhir ini menggunakan beberapa metode yaitu berupa studi literatur :
1. Studi Pustaka
Merupakan metode pengumpulan data yang dilakukan dengan cara mencari referensi, membaca, mempelajari buku-buku yang berhubungan dengan masalah dalam pembuatan penelitian.
2. Analisis dan Perancangan Sistem
Mengumpulkan komponen-komponen yang akan digunakan dalam pembuatan alat yang akan dibuat sesuai dengan kebutuhan dan hasil bimbingan dengan dosen pembimbing dalam kegiatan ini.
3. Implementasi
Menerapkan alat yang telah dirancang serta dianalisis sistemnya untuk dibuktikan kecocokannya dan diverifikasikan dengan perancangan yang diperkirakan.
4. Pengujian dan Analisa
Hal ini dilakukan dengan merealisasikan perancangan hardware, kemudian melakukan percobaan dan menganalisa kerja hardware tersebut. 5. Kesimpulan
Merupakan hasil dari apa yang telah dilakukan selama perancangan alat sampai uji coba serta analisa yang telah didapatkan dari penelitian ini.
1.6 Sistematika Penulisan
Penelitian ini disusun berdasarkan kerangka penulisan sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan secara singkat mengenai latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, metodologi dan sistematika penulisan dengan maksud memberikan gambaran tentang isi tugas akhir ini.
BAB II DASAR TEORI
BAB III PERANCANGAN SISTEM
Bab ini menjelaskan tentang blok-blok sistem yang dirancang dan diimplementasikan seperti parameter-parameter sistem, blok diagram, diagram alir sistem dan spesifikasi sistem.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini membahas tentang hasil penelitian dan hasil pengujian dari alat yang telah dirancang.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
25
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Bab ini membahas semua perancangan sistem dari yang dibuat guna memenuhi maksud dan tujuan penelitian tugas akhir yaitu “Rancang Bangun Sistem Kelistrikan dan Sistem Manajemen Baterai pada Kendaraan Listrik”. Subsistem utama pada kendaraan listrik ditunjukkan pada gambar III.1 berikut [13]:
Gambar III.1. Sub sistem utama kendaraan listrik
Perancangan dalam tugas akhir ini yaitu subsistem (b) dan subsistem (c) seperti yang telah disebutkan pada subbab (2.1). Jelas bahwa terdapat banyak komponen yang perlu dirancang dan dibangun untuk membuat seluruh sistem bekerja. Oleh karena itu, selanjutnya akan dijabarkan lebih dalam mengenai hal-hal apa saja yang akan dirancang.
Kedua subsistem ini terbagi lagi menjadi beberapa sistem seperti gambar III.2. Dalam Subsistem Baterai terdiri beberapa bagian yaitu baterai, Sistem Manajemen Baterai dan sistem pengisian. Begitu juga dengan Sistem Kelistrikan ada sistem penerangan dan tanda serta instrumen elektronika lainnya.
Gambar III.2. Sub sistem pada sistem baterai dan sistem kelistrikan
Kendaraan Listrik
Berikutnya pada subbab ini akan membahas mengenai proses perancangan aktual dari perangkat keras dan perangkat lunak.
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Diagram blok sistem kontrol secara keseluruhan ditunjukkan seperti gambar III.3 :
Gambar III.3. Perancangan sistem secara keseluruhan
Penjelasan singkat mengenai diagram blok di atas adalah sebagai berikut :
1. Input
Pada bagian input ada beberapa sensor dan switch toggle. Sensor tegangan dan sensor arus berguna untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus pada masing-masing akumulator.
2. Proses
Mikrokontroller ini akan berperan dalam sistem baterai dan sistem kelistrikan. Data-data analog dari berbagai sensor akan dikonversikan menjadi data digital oleh mikrokontroller dan akan di proses lebih lanjut sesuai program yang dibuat.
3. Output
27
dan peringatan baterai. Sedangkan lampu dioperasikan berdasarkan kondisi pada switch toggle.
3.1.1 Desain Perangkat Keras Sistem Pengisian
Gambar III.4. Desain sistem pengisian
3.1.2 Desain Perangkat Keras BMS
Gambar III.6. Gambar tampak samping BMS
Gambar III.7. Gambar tampak belakang BMS
3.1.3 Cara Kerja Alat
Pada gambar III.4 merupakan bentuk sistem pengisian yang dibangun. Toggle switch berguna untuk memilih kecepatan pengisian yang diinginkan, cepat atau lambat. Indikator LED (merah) yang menyala menandakan bahwa sistem pengisian sudah dapat mengalirkan arus ke baterai, sedangkan jika LED padam menandakan bahwa sistem pengisian dalam keadaan mati. Masing-masing kutub negatif dan positif pada sistem pengisian harus dihubungkan menuju masing-masing kutub negatif dan positif pada BMS yang sesuai.
29
dikonfigurasikan untuk diisi, maka kabel yang dihubungkan dari baterai ke BMS
adalah kabel yang ada pada label “PENGISIAN”. Sedangkan ketika baterai
dikonfigurasikan untuk digunakan, maka kabel yang dihubungkan dari baterai ke BMS adalah kabel yang ada pada label “PEMAKAIAN”, yang kemudian diikuti
dengan menyalakan tombol ON pada label “ON-OFF”. Tombol “ON-OFF” ini berfungsi agar tidak ada percikan api yang terjadi sesaat konektor baterai dihubungkan ke BMS.
3.2 Spesifikasi Sistem
Ada beberapa spesifikasi sistem berbeda pada sistem-sistem yang dibangun pada tugas akhir ini. Berikut akan dijabarkan spesifikasi untuk masing-masing sistem.
3.2.1 Sistem Baterai
a. Baterai yang digunakan adalah akumulator sebanyak empat buah dengan tegangan 12V dan kapasitas 16AH yang disusun seri menjadi 48V 16AH. Akumulator yang digunakan merupakan jenis deep cycle.
b. Sistem pengisian yang digunakan adalah konfigurasi paralel empat buah baterai.
c. Terdapat dua kecepatan pengisian (normal dan cepat). Pengisian normal merupakan pengisian dengan batasan arus sebesar ±1.6Ampere sedangkan pengisian cepat memiliki batasan arus sebesar ±3Ampere.
d. Tegangan penuh pengisian untuk setiap akumulator ditetapkan sebesar 14,5V, yaitu akumulator sebagai sumber utama.
e. Jika LED merah menyala maka menandakan pengisian sedang berlangsung. Jika LED hijau menyala maka menandakan pengisian baterai sudah penuh.
f. Pengisian otomatis berhenti ketika tegangan baterai sudah mencapai 14,5V. g. Sumber arus pengisian menggunakan listrik jala-jalan PLN (listrik rumah). h. BMS dapat mengukur tegangan pada masing-masing baterai. Selain itu
j. Relay 1,2,3 dan 4 bertugas sebagai pemutus arus pada sistem pengisian menuju baterai untuk menghindari kelebihan pengisian atau overcharged. Kondisi ini ditetapkan pada saat masing-masing baterai memiliki tegangan >14,5V.
k. Relay 5 bertugas sebagai pemutus arus yang menuju sistem kelistrikan dan sistem penggerak untuk menghindari kelebihan pemakaian atau
overdischarged. Kondisi ini ditetapkan pada saat baterai memiliki tegangan < 44V.
l. Kapasitas baterai penuh (100%) ketika tegangan baterai ≥58V dan baterai
kosong (0%) ketika tegangan akumulator ≤ 44V.
m. Ada beberapa tahap peringatan ketika baterai akan habis. Led akan menyala ketika kapasitas berada pada < 20% dan buzzer akan berbunyi ketika kapasitas berada pada <10%.
3.2.2 Sistem Kelistrikan
a. Tegangan baterai akan ditampilkan pada LCD.
b. Lampu yang digunakan adalah lampu depan dan lampu sein. c. Kondisi penggunaan lampu akan ditampilkan pada LCD.
3.3 Sistem Baterai 3.3.1 Sistem Pengisian
Gambar III.8 adalah bentuk diagram pada sistem pengisian :
31
Power Supply
Power supply yang digunakan pada bagian ini adalah power supply yang harus mampu menghasilkan tegangan lebih besar atau sama dengan tegangan penuh pada akumulator. Selain itu, power supply tersebut harus memiliki arus >12Ampere. Perkiraan ini berdasarkan perhitungan maksimal arus yang akan dibutuhkan jika menggunakan pengisian cepat (±3Ampere/Akumulator).
Current Limiter
Current limiter atau pembatas arus merupakan rangkaian yang berguna untuk membatasi arus maksimal yang dihantarkan ke beban. Dalam kasus ini,
current limiter berperan dalam membatasi arus maksimal yang keluar pada pengaplikasian pengisian normal dan pengisian cepat. Jenis pengisian dipilih menggunakan switch toggle.
3.3.2 Sistem Manajemen Baterai
Diagram pada Sistem Manajemen Baterai ditunjukkan seperti pada gambar III.10 :
Gambar III.10. Diagram Sistem Manajemen Baterai
Sensor Arus dan Sensor Tegangan
33
Gambar III.11. Rangkaian sensor tegangan
Gambar III.12. Rangkaian sensor arus
Relay
Relay digunakan sebagai penghubung dan pemutus jalur arus listrik dari akumulator ke sistem penggerak dan sistem kelistrikan (relay 5) serta dari sistem pengisian ke akumulator (relay 1,2,3,4). Relay 1,2,3,4 akan cut off apabila kondisi baterai dianggap akan overcharged sedangkan relay 5 akan cut off apabila kondisi baterai dianggap akan overdischarged.
Buzzer dan LED
kapasitas akumulator habis (0%) maka relay 5 akan cut off dan kendaraan akan mati total.
LCD
Informasi yang ditampilkan pada LCD adalah tegangan masing-masing akumulator. Diharapkan dengan selalu dimonitoring tegangan setiap baterai maka dapat diketahui apabila ada salah satu baterai yang rusak. Serta untuk memastikan bahwa BMS bekerja sesuai dengan semestinya tanpa harus diperiksa menggunakan multimeter. Selain itu juga LCD akan menampilkan informasi baterai dan status lampu..
Mikrokontroller
Mikrokontroller akan berperan sebagai pemroses sensor tegangan dan sensor arus. Selain itu juga sebagai pemicu relay-relay dan indikator dalam sistem BMS. Nilai tegangan dan sensor akan diproses melalui ADC (Analog to Digital Converter) kemudian hasilnya akan ditampilkan pada LCD. Hasil perhitungan ini juga akan digunakan sebagai penentu tindakan-tindakan yang akan dilakukan pada kondisi tertentu seperti overcharged dan overdischarged.
3.4 Sistem Kelistrikan
Diagram pada sistem kelistrikan ditunjukkan seperti pada gambar III.13 berikut :
Gambar III.13. Diagram Sistem Kelistrikan Switch Toggle
35
Lampu
Lampu yang digunakan hanya lampu depan dan lampu sein. Lampu depan terdiri dari lampu led 12V warna putih sedangkan lampu sein terdiri dua buah led senja 12V warna jingga. Lampu sein akan berkedap-kedip ketika aktif sedangkan lampu depan akan terus menyala selama diaktifkan.
Mikrokontroller
Pada bagian ini mikrokontroller berperan sebagai pemberi informasi lampu yang sedang aktif pada kendaraan dan menampilkan hasilnya di LCD.
3.5 Perancangan Perangkat Lunak
Pada Tugas Akhir ini, terdapat beberapa diagram alir yang akan menerangkan perancangan perangkat lunak. Diagram alir program utama secara keseluruhan ditunjukkan sepereti pada gambar III.14 :
Gambar III.14. Diagram alir program secara umum
Pada gambar III.14 menjabarkan tentang alur program ketika akan memilih program mana yang akan dieksekusi berdasarkan kondisi kendaraan. Jika baterai dikonfigurasikan untuk pengisian, maka program yang akan di jalankan
adalah prosedur “pengisian”, sedangkan jika baterai dikonfigurasikan untuk dipakai, maka program yang akan dijalankan adalah prosedur “pemakaian”.
3.5.1 Diagram Alir Prosedur Pengisian
Pada program ini, mikrokontroller akan membaca data-data sensor terlebih dahulu pada masing-masing baterai. Selanjutkan baterai akan mengecek baterai mana yang kondisinya sudah penuh untuk segera memutuskan pengisian dengan mengaktifkan relay. Setelah itu informasi data tegangan dan arus akan ditampilkan pada LCD. Alur program ini ditunjukkan pada gambar III.15.
Gambar III.15. Diagram alir program prosedur pengisian
3.5.2 Diagram Alir Prosedur Pemakaian
37
indikator led saja yang menyala. Jika menyala hingga warna hijau, menandakan baterai setengah penuh. Jika warna hijau padam dan kuning menyala, menandakan kapasitas baterai sudah di bawah 50% (51 Volt).Selanjutnya jika yang menyala hanya warna merah maka kapasitas baterai sudah berada pada 20% (46,8 Volt). Ketika baterai sudah mendekati habis (45 Volt) maka buzzer akan berbunyi dan
relay akan aktif ketika baterai dianggap sudah habis (44 Volt).
38
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini membahas tentang pengujian-pengujian yang dilakukan beserta analisanya, antara lain :
4.1 Pengisian Baterai
Grafik pengujian pengisian pada semua baterai hingga baterai penuh ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Data dicatat setiap interval 30 menit.
120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600
39
Gambar IV.1. Grafik pengisian baterai 1 – 4 (tegangan)
Dari hasil gambar IV-1 menunjukkan bahwa pada awal-awal pengisian terjadi kenaikan tegangan yang paling signifikan kemudian mulai stabil hingga akhir pengisian. Pada awal pengisian juga nilai tegangan yang terbaca oleh sensor tegangan terlihat berbeda, tetapi perlahan-lahan pada akhir pengisisan nilai yang terbaca pada sensor tegangan mendekati dengan nilai pada multimeter. Dari keempat baterai di atas ada tiga baterai yang cut off ketika baterai sudah berada pada tegangan penuh (14.5Volt), sedangkan satu baterai lagi sudah cut off ketika tegangan baterai mendekati penuh.
Gambar IV.2. Grafik pengisian baterai 1 – 4 (arus)
Grafik arus yang masuk ke setiap baterai ditampilkan pada gambar IV-2 , terlihat pada awal-awal pengisian arus yang masuk melonjak tinggi, namun lama-kelamaan menurun secara perlahan. Bila dibandingkan dengan grafik IV-1 maka diketahui bahwa semakin turun arus yang masuk ke baterai, semakin naik tegangan pada baterai. Perlu diketahui juga ketika baterai sudah penuh dan pengisian terhenti, arus pengisian tidak mencapai nol (0) ampere. Hal ini dikarenakan tegangan input yang di-set pada rangkaian memiliki nilai lebih tinggi
11
Arus pada baterai (1-4)
Baterai 1
Baterai 2
Baterai 3
daripada 14.5V. Karena masih adanya perbedaan potensial inilah arus dari rangkaian tetap terus mengalir ke baterai.
4.2 Pengujian Lampu
Pada pengujian ini diharuskan dapat menyalakan lampu depan, sein kiri dan sein kanan. Selain itu informasi lampu mana yang diaktifkan harus ditampilkan pada LCD.
4.2.1 Lampu Depan
(a) (b)
Gambar IV.3. (a) Lampu on dan (b) Lampu off
Terlihat pada gambar IV.3 ketika lampu depan menyala maka tampilan pada LCD “lampu : on” , sedangkan ketika lampu depan dipadamkan tampilan
pada LCD “lampu : off”.
4.2.2 Lampu Sein Kanan
(a) (b)
Gambar IV.4. (a) Lampu sein kanan on dan (b) Lampu sein kanan off
41
maka pada LCD akan menampilkan kata “kanan” (gambar a), sedangkan jika
tidak maka LCD tidak akan menampilkan informasi apapun (gambar b). Lampu sein ini ketika aktif akan menyala dan padam secara bergantian tetapi tidak merubah informasi pada LCD menjadi off.
4.2.3 Lampu Sein Kiri
(a) (b)
Gambar IV.5. (a) Lampu sein kiri on dan (b) Lampu sein kiri off
Pada Gambar IV.5 menunjukkan bahwa lampu kiri dapat menyala dan memberikan informasi yang sesuai ke layar LCD. Ketika lampu ini diaktifkan maka
pada LCD akan menampilkan kata “kiri” (gambar a), sedangkan jika tidak maka LCD tidak akan menampilkan informasi apapun (gambar b). Lampu sein ini ketika aktif akan menyala dan padam secara bergantian tetapi tidak merubah informasi pada LCD menjadi off.
4.3 Pengujian Indikator Led Baterai
Indikator LED berfungsi sebagai informasi mengenai kapasitas baterai. Ada tiga lampu LED yaitu hijau, kuning, dan merah.
Gambar IV.7. Indikator ketika baterai setengah penuh
Gambar IV.8. Indikator ketika baterai hampir habis
43
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan pada penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa :
BMS yang dibangun berhasil menghindari pengisian berlebih
(overcharged), hal ini diketahui dengan otomatis berhentinya pengisian ketika tegangan baterai ±14,5V , dimana baterai dianggap sudah penuh.
Sistem kelistrikan lampu dan display berfungsi dengan baik karena dapat
menampilkan kondisi baterai dan lampu pada panel LCD.
Masih kurang presisinya sensor tegangan ketika pengisian dilakukan, yaitu
error ± 0,4V dari pengukuran menggunakan multimeter.
Rata-rata nilai arus yang masih mengalir ketika pengisian dihentikan
adalah ±250mA.
5.2 Saran
Untuk memperbaiki kekurangan yang ada pada penelitian ini dan mengembangkannya lebih lanjut, penulis memberikan beberapa saran, yaitu :
1. Gunakan rangkaian sensor tegangan yang lebih sempurna.
2. Memastikan sensor ACS712 mendapat tegangan referensi tepat 5V atau menggunakan sensor arus lainnya yang lebih handal.
3. Menggunakan rangkaian pengisian dengan regulator switching, karena memiliki efisiensi yang lebih baik daripada regulator linier.
4. Menggunakan rangkaian current limiter atau pembatas arus yang lebih akurat lagi.
5. Menggunakan metode pengisian berupa tegangan konstan/arus konstan. 6. Mengembangkan lagi sistem pada BMS, seperti mengganti relay dan
menambahkan sensor lainnya agar lebih detail lagi dalam memantau kondisi baterai.
44
DAFTAR PUSTAKA
[1] Daryanto,Dalam. (2011). Sistem Kelistrikan Motor. Bandung: Satu Nusa. [2] Santoso, D., & Setianto, H. H. (2013). Teori Dasar Rangkaian Listrik.
Yogyakarta: Aswaja Pressindo.
[3] Tugaswati, A. T. (2004, 01 27). Emisi Gas Buang Bermotor & Dampaknya Terhadap Kesehatan. Diakses 03 29, 2015, dari www.kpbb.org/makalah_ind/Emisi Gas Buang Bermotor & Dampaknya Terhadap Kesehatan.pdf
[4] Wibowo, A. D., & Wahyudi, D. (2012). Desain Perangkat Pengisian Baterai Mobil Listrik Dengan Pendekatan Efisiensi Lahan dan Fleksibilitas Produk. Jurnal Tingkat Sarjana Senirupa dan Desain, 1. Institut Teknologi Bandung.
[5] Nurhuda , M. (2013, Juni 02). Desain Penyaklaran untuk Perlindungan Baterai pada Prototipe Battery Management System Mobil Listrik Nasional. Diakses Maret 29, 2015, dari https://www.academia.edu: https://www.academia.edu/8015368/Presentasi_skripsi
[6] Charging Methods. (2003, April 04). Diakses April 06, 2015, dari Panasonic: http://industrial.panasonic.com/lecs/www-data/pdf/ACD4000/ ACD4000PE4.pdf
[7] Charging Valve Regulated Lead Acid Batteries. (2012, November 28). Diakses 03 29, 2015, dari C&D Technologies: https://www.cdtechno.com /pdf/ref/41_2128_0212.pdf
[8] Pengertian LED (Light Emitting Diode) dan Cara Kerjanya. (2014, Desember 08). Diakses April 06, 2015, dari http://teknikelektronika.com/ pengertian-led-light-emitting-diode-cara-kerja/
[9] Purnama, A. (2012, Juni 29). Elektronika Dasar. Diakses April 3, 2015, dari http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/teori-relay -elektro-mekanik/
45
[11] Sistem Kelistrikan Body Pada Mobil. (2014, Juni 21). Diakses Maret 29, 2015, dari http://www.depoindonesia.com/en/sistem-kelistrikan-body-pada -mobil/
[12] Sulistiono, A. (2010, Juni 21). Sistem Manajemen Baterai. Diakses Maret 29, 2015, dari http://www.arisulistiono.com/2010/06/sistem-manajemen-baterai.html
[13] Mobil listrik baterai. (2012, Juli 30). Diakses Maret 29, 2015, dari http://elkimkor.com/2012/07/30/mobil-listrik-baterai/
1
Henri Wijaksana1, Ayub Subandi2
1,2
Sistem Komputer UNIKOM, Bandung
1
henri.nst19@gmail.com, 2kangayub@gmail.com
Abstrak
Kendaraan listrik merupakan kendaraan tanpa bahan bakar yang digerakkan oleh motor listrik dan baterai. Baterai menjadi hal yang sangat penting karena merupakan sumber utama kendaraan listrik, sehingga diharapkan baterai pada kendaraan listrik dapat awet dan dapat dipakai untuk jangka waktu yang panjang. Oleh karena itu, diperlukan sebuah sistem manajemen baterai pada kendaraan listrik sehingga baterai terhindar dari penyebab kerusakan yang sering terjadi yaitu pengisian atau penggunaan baterai yang tidak terkontrol. Hal dasar pada suatu Sistem Manajemen Baterai (Battery Management System, BMS) adalah menghindari pengisian dan pemakaian yang berlebih pada baterai. BMS yang dibangun dapat memantau masing-masing baterai saat diisi secara paralel dan memantau baterai ketika dikoneksi serial saat digunakan. Relay digunakan sebagai pemutus arus dari sumber arus, nilai tegangan baterai didapat melalui sensor pembagi tegangan, sedangkan nilai arus didapat menggunakan sensor ACS 712. Pada sistem ini dilengkapi juga dengan sistem kelistrikan sederhana seperti lampu depan, lampu sein dan panel LCD (Liquid Crystal Display). Berdasarkan beberapa pengujian yang dilakukan menunjukkan bahwa BMS berfungsi dengan baik karena pengisian otomatis terhenti ketika baterai penuh yaitu pada saat tegangan setiap baterai mencapai 14,5 Volt. Begitupun ketika baterai digunakan hingga habis (44 Volt), relay akan aktif dan memutus arus dari baterai. Indikator kapasitas baterai berupa LED dan sistem peringatan buzzer yang menandakan baterai akan habis juga berfungsi dengan baik sesuai dengan nilai tegangan yang ditetapkan. Selain itu, kondisi lampu depan dan lampu sein dapat ditampilkan pada panel LCD ketika digunakan. Dengan demikian maka tujuan pembangunan BMS dan sistem kelistrikan pada kendaraan listrik dapat tercapai.
Kata Kunci : Kendaraan Listrik, Manajemen Baterai, Kelistrikan.
I. Pendahuluan
Kendaraan listrik merupakan kendaraan tanpa bahan bakar yang digerakkan oleh motor listrik dan baterai. Tidak ada pembakaran yang diperlukan untuk menggerakkan kendaraan ini, melainkan hanya sejumlah arus listrik yang dikeluarkan oleh baterai. Oleh karena itu, bisa dikatakan kendaraan ini bebas emisi dibandingkan kendaraan bahan bakar minyak. Tetapi lamanya masa pakai dari baterai merupakan masalah yang sering terjadi dikarenakan kurang terkontrolnya pengisian ataupun penggunaan baterai. Oleh karena itu diperlukan sebuah sistem untuk mengontrol lalu lintas arus pada baterai sehingga diharapkan
2
II. Landasan Teori
Sistem Utama Kendaraan listrik Kendaraan listrik terdiri dari tiga sub-sistem utama :
a) Sistem Penggerak Motor Listrik - pengendali mobil, konverter elektronika daya, motor listrik dan transmisi
b) Sistem Baterai – baterai, Sistem Manajemen Baterai dan sistem pengisian;
c) Sistem Kelistrikan –pemanas/ pendingin, pompa elektronika dan pembantu elektronika lainnya.
Dalam penelitian tugas akhir ini sistem yang akan di rancang merupakan sub-sistem Sistem Baterai (b) dan Sistem Kelistrikan (c).
Gambar 1 Subsistem pada sistem baterai dan
sistem kelistrikan
Sistem Baterai
Sistem baterai terdiri dari baterai, sistem pengisian dan Sistem Manajemen Baterai. Baterai yang digunakan dalam penelitian ini adalah akumulator karena merupakan salah satu tipe baterai dengan sel sekunder yang mampu mengembalikan fungsi baterai dengan cara pengisian kembali muatan listrik.
Gambar 2 Jenis-jenis baterai akumulator
Secara umum ada dua jenis akumulator, yaitu Starting Battery dan Deep Cycle Battery.
Akumulator yang di gunakan dalam penelitian ini adalah jenis Deep Cycle Battery yang dirancang untuk menghasilkan energi (arus listrik) yang stabil untuk waktu yang lama.
Koneksi Baterai
Koneksi yang digunakan untuk kendaraan listrik adalah koneksi serial. Sehingga 48Volt dapat dicapat dengan mengkoneksikan empat buat baterai 12V.
Gambar 3 Koneksi baterai serial
Berbeda dengan koneksi diatas, pada saat pengisian dilakukan baterai akan dikoneksikan secara paralel. Dengan cara ini proses pengisian bisa dilakukan dengan tegangan output yang mempunyai tegangan yang sama pada setiap baterai. Namun demikian, pengisian arusnya adalah gabungan dari masing-masing arus ke baterai.
Gambar 4 Pengisian secara paralel
Tegangan pengisian akan ditentukan sedikit lebih besar dibandingkan tegangan penuh baterai (±14.5V)
Sistem Manajemen Baterai (BMS)
3
Gambar 5 Diagram suatu sistem dengan
menerapkan BMS
BMS akan berlaku sebagai pusat kontrol lalu lintas arus yang keluar atau masuk dari baterai.
Gambar 6 Diagram suatu sistem tanpa
menerapkan BMS
Sistem Kelistrikan
Sistem kelistrikan adalah instalasi dari berbagai rangkaian penerangan dan komponen elektronika lainnya pada kendaraan.
Lampu utama dan belok merupakan bagian dari sistem kelistrikan. Lampu depan biasanya diletakkan di depan kendaraan dan berfungsi untuk menerangi jalan. Lampu tanda belok biasanya diletakkan di sudut kendaraan. Lampu ini berguna sebagai isyarat pengendara jika hendak berbelok.
Overcharged dan Overdischarged
Overcharged atau kelebihan pengisian merupakan kondisi dimana pengisian baterai sudah melewati waktu yang diperlukan untuk mengisi penuh baterai, atau pengisian baterai pada kapasitas yang berlebihan. Overdischarged atau kelebihan pemakaian merupakan kondisi dimana baterai terus menerus dipakai hingga melewati batas yang disarankan atau sampai habis. Kedua kondisi diatas merupakan kondisi yang sering terjadi dan sama-sama berakibat
III. Perancangan
Perancangan Perangkat Keras
Berikut ini diagram blok sistem perangkat keras yang akan dibangun :
Gambar 7 Diagram umum sistem
Penjelasan diagram pada gambar 7 :
Pada bagian input ada beberapa sensor dan switch toggle. Sensor tegangan dan sensor arus berguna untuk mendapatkan nilai tegangan dan arus pada masing-masing akumulator.
Mikrokontroller ini akan berperan dalam sistem baterai dan sistem kelistrikan. Data-data analog dari berbagai sensor akan dikonversikan menjadi data digital oleh mikrokontroller dan akan di proses lebih lanjut sesuai program yang dibuat.
4
Gambar 8 Diagram Sistem Manajemen Baterai
Gambar 8 merupakan diagram dari Sistem Manajemen Baterai. Sensor arus dan sensor tegangan digunakan untuk mengetahui arus yang dikeluarkan dari akumulator dan mendapatkan nilai tegangan pada masing-masing akumulator. Tegangan akumulator di monitor untuk mengantisipasi kemungkinan terjadinya overcharged dan overdischarged yang dapat berdampak buruk pada masa pakai akumulator.
Relay digunakan sebagai penghubung dan pemutus jalur arus listrik dari akumulator ke sistem penggerak dan sistem kelistrikan (relay 5) serta dari sistem pengisian ke akumulator (relay 1,2,3,4). Relay 1,2,3,4 akan cut off apabila kondisi baterai dianggap akan overcharged sedangkan relay 5 akan cut off apabila kondisi baterai dianggap akan overdischarged.
Ada beberapa tahap sistem peringatan sebagai indikator kapasitas baterai, yaitu buzzer dan led. Pada tahap pertama, indikator yang akan aktif adalah led sebagai penanda bahwa kapasitas
baterai berada >= 100% (led 1,2 dan 3) , <50% (led 1 dan 2), < 20%(led 1), kemudian pada tahap kedua indikator yang aktif adalah buzzer yang menandakan kapasitas akumulator berada < 10%. Jika kapasitas akumulator habis (0%) maka relay 5 akan cut off dan kendaraan akan mati total.
5
Gambar 9 Diagram sistem pengisian
Power supply yang digunakan pada bagian ini adalah power supply yang harus mampu menghasilkan tegangan lebih besar atau sama dengan tegangan penuh pada akumulator. Selain itu, power supply tersebut harus memiliki arus >12Ampere. Perkiraan ini berdasarkan perhitungan maksimal arus yang akan dibutuhkan jika menggunakan pengisian cepat (3Ampere/Akumulator).
Current limiter atau pembatas arus merupakan rangkaian yang berguna untuk membatasi arus maksimal yang dihantarkan ke baterai. Dalam kasus ini, current limiter berperan dalam membatasi arus maksimal yang keluar pada pengaplikasian pengisian normal dan pengisian cepat. Jenis pengisian dipilih menggunakan switch toggle.
Gambar 10 Diagram sistem kelistrikan
Perancangan Perangkat Lunak
Dibagian ini merupakan algoritma atau program yang disimpan dalam mikrokontroller.
Diagram Alir Program Utama
Pada diagram alir program utama ini berisikan tentang garis besar hal yang dikerjakan
Gambar 11 Diagram Alir Program Utama
Diagram Alir Prosedur Pengisian
Pada diagram alir prosedur pengisian berisikan tentang memonitor tegangan dan arus yang masuk ke masing - masing baterai pada saat pengisian berlangsung. Jika tegangan suatu baterai sudah melebihi batas yang ditetapkan, maka pengisian akan terputus dengan mengaktifkan relay yang terhubung.
6
Diagram Alir Prosedur Pemakaian
Gambar 13 Diagram Alir Prosedur Pemakaian
Pada diagram alir ini selain memonitor tegangan dan arus baterai, ditambahkan juga penghitung kecepatan kendaraan. Selain itu juga ada pengecekan lampu, sehingga akan diketahui lampu mana yang sedang digunakan.
IV. Pengujian
Pengujian Pengisian
Berikut adalah bentuk grafik dari data tabel pengisian baterai dalam rentang tiap 30 menit :
Gambar 14 Grafik pengisian baterai 1-4
Gambar 15 Grafik pengisian arus pada
baterai 1-4
7
tiga baterai yang cut off ketika baterai sudah berada pada tegangan penuh (14.5Volt), sedangkan satu baterai lagi sudah cut off ketika tegangan baterai sangat mendekati penuh.
Grafik arus yang masuk ke setiap baterai di tampilkan pada gambar IV-2 , terlihat pada awal-awal pengisian arus yang masuk melonjak tinggi, namun lama-kelamaan menurun secara perlahan. Bila dibandingkan dengan grafik IV-1 maka diketahui bahwa semakin turun arus yang masuk ke baterai, semakin naik tegangan pada baterai. Perlu diketahui juga ketika baterai sudah penuh dan pengisian terhenti, arus pengisian tidak mencapai nol (0) ampere. Hal ini dikarenakan tegangan input yang di-set pada rangkaian memiliki nilai lebih tinggi daripada 14.5V. Karena masih adanya perbedaan potensial inilah arus dari rangkaian tetap terus mengalir ke baterai.
Pengujian Lampu
Pada pengujian ini diharuskan dapat menyalakan lampu depan, belok kiri dan belok kanan. Selain itu itu informasi lampu mana yang diaktifkan harus ditampilkan pada LCD.
Lampu Depan
Gambar 14 Pengujian lampu depan on (kiri)
dan off (kanan)
Terlihat pada gambar 14 ketika lampu depan menyala maka tampilan pada LCD “lampu : on” , sedangkan ketika lampu depan dipadamkan tampilan pada LCD “lampu : off”.
Gambar 15 Pengujian lampu belok kanan
Gambar 16 Pengujian lampu belok kiri
Pada gambar Gambar 15 dan Gambar 16 menunjukkan bahwa lampu kanan dan kiri dapat menyala dan memberikan informasi yang tepat ke layar LCD. Ketika lampu ini diaktifkan maka pada LCD akan menampilkan kata “kanan” (gambar 15), dan kata “kiri” (gambar 16), sedangkan jika tidak ada yang aktif maka LCD tidak akan menampilkan informasi apapun. Lampu belok ini ketika aktif akan menyala dan padam secara bergantian tetapi tidak merubah informasi pada LCD menjadi off.
Pengujian Indikator Led
Indikator led berfungsi sebagai informasi mengenai kapasitas baterai. Ada tiga lampu led yaitu hijau, kuning, dan merah.
8
Gambar 18 Indikator baterai setengah penuh
Gambar 19 Indikator baterai hampir habis
Dari gambar 17 diketahui bahwa ketika baterai penuh maka ada tiga lampu LED yang menyala yaitu 58,2V. Lalu pada gambar 18 lampu LED merah dan kuning saja yang menyala menandakan baterai setengah penuh yaitu 49,5V, kemudian pada gambar 19 hanya lampu merah saja yang menyala menandakan baterai sudah habis yaitu 46,7V.
V. Penutup
Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian yang dilakukan pada penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa sistem yang dibangun memberikan hasil yang cukup baik dan sesuai dengan yang diharapkan. Tetapi meski begitu, masih terdapat beberapa kekurangan-kekurangan seperti :
BMS yang dibangun berhasil menghindari pengisian berlebih (overcharged), hal ini diketahui dengan otomatis berhentinya pengisian ketika tegangan baterai ±14.5V , dimana baterai dianggap sudah penuh.
Sistem kelistrikan lampu dan display berfungsi dengan baik karena dapat
menampilkan kondisi baterai dan lampu pada panel LCD.
Masih kurang presisinya sensor tegangan ketika pengisian dilakukan, yaitu error ± 0.4V dari pengukuran menggunakan multimeter.
Rata-rata nilai arus yang masih mengalir ketika pengisian dihentikan adalah ±250mA.
Saran
Untuk memperbaiki kekurangan ini dan mengembangkannya lebih lanjut, penulis memberikan beberapa saran, yaitu :
1. Gunakan rangkaian sensor tegangan yang lebih baik, seperti ditambahkannya filter atau rangkaian sensor tegangan lainnya.
2. Memastikan sensor ACS712 mendapat tegangan referensi tepat 5V atau menggunakan sensor lainnya yang lebih handal.
3. Menggunakan rangkaian pengisian dengan regulator switching, karena memiliki efisiensi yang lebih baik daripada regulator linier. 4. Menggunakan rangkaian current limiter atau
pembatas arus yang lebih baik lagi.
5. Menggunakan metode pengisian berupa tegangan konstan/arus konstan.
6. Mengembangkan lagi sistem pada BMS, seperti mengganti relay sebagai saklar dan menambahkan sensor lainnya agar lebih detail lagi dalam memantau kondisi baterai.
7. Menambahkan kelengkapan pada sistem kelistrikan seperti lampu hazard, jendela, Air Conditioning, kunci, sistem wiper dan sistem lainnya.
[2] Lead-Acid Battery: Mengenal Jenis-Jenis Aki. (2013, September). Dipetik April 6,
2015, dari http:
9
http://www.depoindonesia.com/en/ sistem-kelistrikan-body-pada-mobil/.
[4] Charging Valve Regulated Lead Acid Batteries. (2012, November 28). Dipetik 03 29, 2015, dari C&D Technologies:
[5] https://www.cdtechno.com/pdf/ref/41_2128 _0212.pdf.
Pemrogramannya menggunakan