SKRIPSI ANALISIS SPESIFIKASI PADA RANCANG BANGUN SEPEDA MOTOR LISTRIK MENGGUNAKAN BLDC 3 KW

MOTOR LISTRIK MENGGUNAKAN BLDC 3 KW

Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik

Oleh :

JOSUA RISKI SILAEN NIM : 140402007

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2018

Telah dilakukan perancangan sepeda motor listrik menggunakan BLDC 3 KW.

Perancangan sepeda motor listrik dilakukan dari awal sampai akhir yaitu mulai dari membuat dudukan motor, kontroler, baterai hingga sampai penyatuan seluruh komponen lainnya hingga menjadi sepeda motor listrik. Pada pengujian telah didapat spesifikasi yaitu berat total kendaraan 176 kg. Pada kecepatan 30 km/jam, jarak tempuh maksimum pada keadan berbeban (berat pengendara 68kg) adalah 8,2 km dan pada saat tidak berbeban (roda tidak menyentuh lintasan) adalah 40 km. Lamanya baterai menyuplai dalam kondisi penuh pada saat berbeban 20 menit dan pada saat tidak berbeban 1 jam 36 menit. Berat dari pengedara sangat mempengaruhi kempampuan jarak tempuh dari sepeda motor listrik. Dan pengujian ini juga membuktikan hematnya pemakaian energi dibandingkan dengan sepeda motor berbahan bakar minyak.

Kata Kunci : sepeda motor listrik, BLDC, kontroler, baterai

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

“ANALISIS SPESIFIKASI PADA RANCANG BANGUN SEPEDA MOTOR LISTRIK MENGGUNAKAN BLDC 3 KW”

Penulis mengetahui bahwa suksesnya pengerjaan Tugas Akhir ini adalah berkat dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, yaitu :

1. Bapak Drs. Hasdari Helmi Rangkuti, M.T. selaku Dosen Pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Dr. Fahmi, S.T, M.Sc, Ph.D selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Arman Sani, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

4. Bapak Raja Harahap, M.T. dan Bapak Muhammad Safril, M.T. selaku dosen penguji penulis yang banyak memberikan masukan dan arahan selama proses Tugas Akhir ini..

5. Bapak Ir. Syahrawardi dan Bapak Ir. Surya Hardi, MS, Ph.D selaku dosen wali yang selalu mengawasi, membimbing dan menyemangati penulis selama masa perkuliahan.

6. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

saudaraku Kristian Silaen, S.T dan Pahotan Silaen serta saudariku Rindang Silaen S.Kom dan Suci Silaen S.E, yang telah memberikan dukungan financial, motivasi, semangat, dan nasihat kepada saya.

9. Kelfin Silitonga, Laurencius Sitorus, dan Merlyn Gultom selaku sahabat penulis yang banyak memberikan semangat dan penghiburan dikala penulis sedang kelelahan dalam mengerjakan Tugas Akhir.

10. Ruth Natalia Simanjuntak yang selalu mendukung dan memberi semangat pada penulis sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

11. Teman-teman stambuk 2014 yang telah banyak memberikan masukan, doa dan semangat selama pengerjaan Tugas Akhir ini.

12. Seluruh abang dan kakak senior serta adik-adik junior yang telah memberikan dukungan dan bantuan selama penyelesaian Tugas akhir ini.

13. Serta untuk semua yang telah mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis dangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.

Medan, 20 Agustus 2018 Penulis

Josua Riski Silaen NIM. 140402007

DAFTAR ISI

ABSTRAK………...…… i

KATA PENGANTAR ……… ii

DAFTAR ISI……… iv

DAFTAR GAMBAR ……… . vi

DAFTAR TABEL……… viii

BAB I PENDAHULUAN……….. 1

1.1 Latar Belakang……….……. . 1

1.2 Rumusan Masalah……….. 2

1.3 Tujuan Penulisan……… 3

1.4 Batasan Masalah………... . 3

1.5 Metodologi Penelitian………. ... 4

1.6 Sistematika Penulisan………. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Tinjauan Umum ……….……… ... 6

2.2 Cara Kerja Sepeda Motor Listrik ……….. 6

2.3 Sejarah Motor BLDC ……… 8

2.4 Motor Listrik BLDC …….……….. ... 8

2.5 Kontroler Motor BLDC ……….. 13

2.6 Pengaruh Watt pada Motor BLDC ... 15

2.7 Kecepatan dan Torsi Motor BLDC ... 15

2.7.1 Kecepatan ………. ... ... 16

2.7.2 Torsi ………. ... ... 16

2.8 Baterai ... 16

2.9 Roda Gigi ... 21

2.9.1 Jenis Roda Gigi Menurut Bentuk Gigi ... 23

2.9.2 Fungsi Roda Gigi ... 24

BAB III PERENCANAAN SISTEM KESELURUHAN ... 25

3.1 Umum……… ... 25

3.2 Waktu dan Pelaksanaan……….. 25

3.3 Alat dan Bahan………...……… 25

3.4 Prosedur Pelaksanaan … ... 26

3.5 Perancangan Kerangka Sepeda Motor Listrik... 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 32

4.1 Pemilihan Bahan dan Komponen... 32

4.2 Proses Perakitan Sepeda Motor Listrik ... 33

4.3 Hasil Perancangan ………. 35

4.4 Data-data Dasar Sepeda Motor Listrik BLDC 3KW ………. ... 37

4.5 Gaya Tahanan Gelinding ... 38

4.6 Gaya Tahanan Arerodinamik ……… ... 38

4.7 Pengujian dan Pengukuran Penggunaan Energi ... 39

4.7.1 Pengujian Pengunnaan Energi dengan Jarak 3 Km…………... 39

4.7.2 Pengujian Pengunnaan Energi dengan Jarak 6 Km……… 39

4.7.3 Pengujian Pengunnaan Energi dengan Jarak 8,2 Km …………. 40

4.8 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban ... 40

4.9 Perbandingan Pengujian Tanpa Beban dan Pakai Beban ……… 41

4.10 Perbandingan Hemat Energi dan Biaya Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW dengan Sepeda motor Berbahan Bakar Minyak ……… 42

4.11 Pengujian dengan Variable Kondisi Jalan dan Berat Pengendara …... 44

BAB V PENUTUP ……….. 47

5.1 Kesimpulan……….……… 47

5.2 Saran………...……… 48

DAFTAR PUSTAKA ……… 49

LAMPIRAN ………... 51

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi Motor BLDC ………..………..…….. 9

Gambar 2.2 Motor BLDC 3KW ………...……… 10

Gambar 2.3 Controller motor BLDC ………...………… 14

Gambar 2.4 Baterai ion litium (Li-ion atau LIB) .……….. 18

Gambar 2.5 Baterai Lithium Polymer (Li-Po) ………... 19

Gambar 2.6 Baterai Lead Acid (Accu) ……….…….. 20

Gambar 2.7 Baterai Nickel-Metal Hydride (Ni-MH) ..……….… 21

Gambar 3.1 Kerangka Sepeda Motor Listrik ………. 28

Gambar 3.2 Gear Pada Sisi Kanan Sepeda Motor Listrik ……….………. 29

Gambar 3.3 Gear Pada Sisi Kiri Sepeda Motor Listrik...……… 29

Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian ………….………...….. 30

Gambar 3.5 One Line Diagram Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW ………… 31

Gambar 4.1 Pengelasan Besi Kedudukan Baterai ……….. 33

Gambar 4.2 Sambungan Kabel Motor ke Kontroler ……… 34

Gambar 4.3 Sambungan Kabel Handle Gas ke Kontroler………... 35

Gambar 4.4 Sepeda Motor Listrik Tampak Samping Kanan ………….………. 36

Gambar 4.5 Sepeda Motor Listrik Tampak Samping Kiri ……...……….…36

Gambar 4.6 Sepeda Motor Listrik Tampak Samping Depan ……...…………. 37

Gambar 4.7 Sepeda Motor Listrik Tampak Samping Belakang ...……….. 37

Gambar 4.8 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban …….. 41

Gambar 4.9 Perbandingan Hemat Energi dan Biaya Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW dan Sepeda Motor CB 100……… 43

Gambar A.1 kWh Meter DC pada Pengujian Tanpa Beban ……… 51 Gambar A.2 Penyambungan Rangkaian dari Baterai ke Kontroler

oleh Penulis……….. 51 Gambar A.3 Pengujian Berbeban dengan Berat Pengendara 55 kg

oleh Yohannes (140402029) ………..……. 52 Gambar A.4 Pengujian Berbeban dengan Berat Pengendara 62 kg

oleh Laurencius (140402020) ……….… 52

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Pemakaian Energi Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Berbeban … 40 Tabel 4.2 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban ……….. 41 Tabel 4.3 Perbandingan Pengujian Tanpa Beban dan Pakai Beban ……… 42 Tabel 4.4 Pemakain Bahan Bakar Minyak CB 100 ………. 42

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Transportasi adalah alat yang sangat di butuhkan masyarakat dari dulu sampai sekarang. Oleh sebab itu transportasi saat ini merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam kehidupan manusia. Seiring dengan berjalannya waktu alat transportasi di dunia ini semangkin banyak dan tak terhitung lagi jumlahnya dan energi yang di gunakan yakni energi fosil yang jumlahnya terbatas dari hari ke hari jumlahnya terus berkurang. Hal ini dapat menyebabkan suatu kelangkaan.

Salah satu cara mengurangi penggunaan bahan bakar fosil ialah dengan mengganti bahan bakar kendaraan fosil dengan Listrik, listrik yang di simpan dalam baterai digunakan sebagai sumber energi pada transportasi yang dimana dalam penilitian ini adalah sepeda motor listrik.

Cara kerja sepeda motor listrik pada dasarnya sama dengan cara kerja sepeda motor bertenaga bahan bakar minyak di mana kendaraan itu didorong oleh sebuah mesin, dan mesin tersebut membutuhkan bahan bakar. Perbedaan utama adalah bahan bakar minyak di motor konvensional diganti dengan baterai atau fuel cell dalam bentuk energi listrik.

Pada tahun 2017 telah dibuat sepeda motor listrik menggunakan BLDC dengan daya 350 W menggunakan baterai 48V 11 Ah oleh senior Jandriko Manalu yang juga

2

merupakan mahasiswa teknik elektro USU. Didapat hasil dengan top speed 30km/jam.

Harga yang di keluarkan dalam sekali perjalan sejauh 4 km mengelurkan uang sebesar Rp. 209,- Rupiah dan Harga yang di keluarkan dalam sekali perjalan sejauh 10 km mengelurkan uang sebesar Rp. 516,- Rupiah.

Pada penelitian ini penulis merancang sepeda motor listrik menggunakan BLDC dengan kapasitas daya 3KW dengan bantuan baterai Lithium Baterai 48 V 5 Ah sebagai sumber energi listrik sehingga motor BLDC dapat berputar dan di hubungkan ke roda belakang menggunakan gir rantai dan akan dilakukan pengujian untuk mengetahui spesifikasi sepeda motor listrik BLDC 3 KW. Selanjutnya akan dibandingkan antara spesifikasi sepeda motor listrik dengan menggunakan BLDC 3KW dan sepeda motor berbahan bakar minyak. Hal ini saat dibutuhkan untuk mengetahui batasan atau kemampuan peforma dari sepeda motor listrik ini.

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari judul yang diajukan :

1. Bagaimana tahapan dalam pembuatan satu unit sepeda motor listrik.

2. Bagaimana spesifikasi sepeda motor pada rancang bangun sepeda motor listrik BLDC 3KW.

3. Bagaimana perbandingan hemat energi sepeda motor listrik BLDC 3KW dengan sepeda motor berbahan bakar minyak.

1.3 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Membuat sepeda motor listrik menggunakan BLDC 3 KW 2. Menentukan spesifikasi dari motor listrik

3. Menentukan perbandingan energi dan biaya dari sepeda motor listrik BLDC 3 KW dengan sepeda motor berbahan bakar minyak.

1.4 Batasan Masalah

Mengingat begitu luasnya masalah yang menyangkut pembuatan sepeda motor listrik yang meliputi sistem kerangka, sistem rem, sistem gerigi, sistem penggerak, sistem pengukur kecepatan dan sistem kelistrikan, maka ruang lingkup perlu dibatasi.

Batasan dalam proyek akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Merancang dan membangun sepeda motor listrik dengan BLDC 3KW.

2. Menguji sepeda motor listrik untuk mendapatkan spesifikasi.

3. Hanya motor listrik BLDC yang akan dipelajari.

4. Dalam melakukan pengujian untuk mendapatkan spesifikasi pada penelitian ini, kondisi lintasan datar bebas hambatan.

5. Berat total pada pengujian berbeban adalah berat motor ditambah berat pengendara yaitu 168 kg.

6. Koefisien tahanan gelinding yang digunakan pada perhitungan besar tahanan

4

1.5 Metodologi Penelitian

Metode Penulisan yang di gunakan dalam mengumpulkan data-data adalah sebagai berikut :

1. Metode referensi

Metode ini adalah mencari dan mengumpulkan interview pada semua pihak yang mengerti dan memahami perencanaan dan rancang bangun alat ini.

2. Metode observasi

Metode ini adalah mencari dan menggandakan pengamatan tentang alat-alat sejenis yang ada, seperti informasi bahan-bahan yang di gunakan baik dari jenis maupun harganya serta segala sesuatu yang berhubungan dengan perencanaan dan rancang bangun alat ini.

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Adapun sistematika dalam penulisan tugas akhir ini adalah:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode dan sistematika penulisan.

BAB II : LANDASAN TEORI

Bab ini berisi penjelasan tentang sepeda motor listrik, prinsip kerja, komponen seperti motor BLDC, kontroler, dan baterai.

BAB III : PERANCANGAN SISTEM KESELURUHAN Bab ini berisi penjelasan tentang perancangan sepeda motor listrik.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi tentang hasil pengijian atau pengambilan data spesifikasi sepeda motor.

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Umum

Sepeda motor listrik adalah kendaraan sepeda motor tanpa bahan bakar minyak yang digerakkan oleh dinamo dan akumulator.^[9] Seiring dengan adanya isu masalah pemanasan global dan kelangkaan BBM maka kini produsen kendaraan berlomba- lomba menciptakan Kendaraan Hybrid, dan sepeda motor listrik termasuk salah satu di dalamnya. Sepeda motor listrik memiliki beberapa kelebihan, antara Lain ramah lingkungan, minim perawatan, bebas tune-up, suara senyap dan baterai dapat diisi ulang berkali-kali. Namun terapat beberapa kelemahan dari suatu kendaraan listrik seperti umur baterai terbatas, laju rendah, jarak tempuh sekali cas terbatas, dan waktu cas untuk baterai cukup lama.^[1]

2.2 Cara Kerja Sepeda Motor Listrik

Cara kerja sepeda motor listrik pada dasarnya sama dengan cara kerja sepeda motor bertenaga BBM, kendaraan ini didorong oleh sebuah mesin, dan mesin tersebut menbutuhkan bahan bakar. Perbedaan pertama adalah bahan bakar bensin di motor konvensional diganti dengan baterai atau fuel cell dalam bentuk listrik.

Tenaga yang dihasilkan sepeda motor listrik tergantung pada jenis baterai yang digunakan, baterai dalam sepeda motor listrik dapat bertahan antara 1,5 -10 tahun. Jenis baterai meliputi: lithium ion, lithium phosphate, lithium ion fosfat, lead acid, dan nickel

metal hydride. Tenaga yang di gunakan pada sepeda motor listrik adalah motor listrik yang direduksikan ke spoket rantai rol melalui roda gigi. Pereduksian ini di lakukan agar dapat mentransfer tenaga yang ada pada motor litrik tersebut ke roda gigi agar sproket rantai rol bisa menggerakkan sepeda motor listrik.^[3]

Salah satu kelemahan yang dirasakan dari sepeda motor listrik adalah rentang pengisian. Sebagian besar sepeda motor listrik yang tersedia dipasaran dapat menempuh kisaran 65km – 160km sekali isi ulang baterai. Kebanyakan sepeda motor bertenaga BBM akan melebihi jarak tersebut, meskipun hal ini tergantung pada ukuran tangki mesin.

Lama pengisian baterai menjadi kekawatiran lain pada sepeda motor bertenaga listrik, mengingat waktu pengisian ulang akan mencapai minimal 2-3jam berbeda dengan pengisian tangki sepeda motor bertenaga BBM yg membutuhkan waktu kurang lebih 10 menit.^[1]

Kendaraan listrik adalah salah satu langkah untuk mengurangi ketergantungan kita terhadap energi fosil karena jenis kendaraan ini digerakkan menggunakan motor listrik, yang di suplai menggunakan energi listrik yang disimpan dalam baterai dan tempat penyimpan energi lainnya. Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini dapat digunakan unuk penggerak sepeda motor listrik. Motor listrik memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).

8

2.3 Sejarah Motor BLDC

Motor BLDC (Brushless Direct Current) merupakan motor listrik yang dikembangkan dari motor DC. Motor DC pertama kali diciptakan pada tahun 1840.

Selama perkembangan perangkat elektronika daya dan material magnet permanen, motor BLDC berhasil dirancang. Pada tahun 1915, seorang Amerika, Langmuir, menciptakan sebuah converter DC-AC. Pada tahun 1930, beberapa peneliti memulai untuk mengembangkan motor BLDC dengan menggunakan komutasi elektronik. Pada saat itu, perangkat elektronika daya masih dalam tahap awal pengembangan yang membuat para peneliti tidak dapat menemukan perangkat komutasi yang sesuai. Jenis motor ini memliki keandalan dan efisiensi yang rendah dan motor hanya digunakan didalam laboratorium. Pada 1955, Harrison dan Rye mengklaim hak paten untuk rangkaian komutasi dengan menggunakan thyristor yang dapat digunakan untuk mengganti komutasi mekanik. Namun penggunaan komutasi elektronik thyristor pada motor BLDC, motor memiliki torsi awal yang rendah dan penggunaan daya yang besar.

Setelah melakukan berbagai penelitian, pada tahun 1960, komutasi elektronik motor BLDC dikembangkan menjadi lebih baik dengan bantuan Hall elements, juga menjadi era baru dalam penggunaan motor BLDC. ^[2]

2.4 Motor listrik BLDC

BLDC (BLDC) motor adalah pilihan ideal untuk aplikasi yang memerlukan keandalan yang tinggi, efisiensi tinggi, dan tinggi power-to-volume rasio.^[4] Secara umum, motor BLDC dianggap motor performa tinggi yang mampu memberikan torsi pada rentang kecepatan yang luas. Secara performa BLDC motor dapat menghasilkan

torsi maksimal pada RPM yang rendah dan secara bertahap akan menurun seiring meningkatnya RPM motor.^[4]

Mesin penggerak bertenaga elektrik yang populer adalah motor arus searah tanpa sikat (motor BLDC), karena memiliki kelebihan dibanding dengan jenis mesin penggerak bertenaga elektrik lainnya. Kelebihan motor BLDC adalah efisiensi lebih tinggi daripada motor induksi, dimensi lebih kecil daripada motor arus searah konvensional. Selain itu, dengan tidak adanya sikat, maka perawatan menjadi ringan, hampir tidak ada derau/noise, dan bisa dioperasikan pada lingkungan yang mudah terbakar. Kelebihan lain dibanding mesin induksi adalah tanggapannya lebih cepat, umur pakai lebih lama, dan mempunyai rentang kecepatan yang lebar.

Motor BLDC sudah banyak digunakan digunakan di industri seperti industri otomotif, konsumsi, kesehatan, otomasi industri dan instrumentasi. Dengan adanya keperluan pemakaian motor BLDC di berbagai bidang tersebut, maka perlu diatur kecepatannya agar sesuai dengan tanggapan kecepatan yang diharapkan.

Gambar 2.1 Konstruksi Motor BLDC ^[7]

10

Gambar 2.2 Motor BLDC 3KW

Perancangan motor listrik pada penelitian ini dimulai dari menghitung massa sistem dan menentukan torsi minimal untuk menggerakkan sepeda dengan menggunakan pendekatan aerodynamic drag dan rolling resistance yang diperlihatkan pada persamaan berikut,^[9]

a. Massa Sistem [Kg]

Msepeda = M1 + M2 + M3 (2.1)

Dimana:

M1 = massa motor [Kg]

M2 = massa pengendara [Kg]

M3 = massa baterai [Kg]

b. Gaya Aerodinamik [N]

𝐹𝑎 = ¹

2 𝜌 𝐴 𝐶𝑑 𝑉² (2.2)

Dimana:

Fa = tahanan aerodinamik [N]

ρ = massa jenis udara [kg/m³] = 1.202 kg/m³ A = luas permukaan [m²]

Cd = koefisien gesekan = 1,1 V = bike velocity [m/s]

c. Gaya gesek Gelinding [N]

𝐹𝑟 = 𝐶_𝑟 𝑊_𝑡 (2.3)

Dimana:

Cr = koefisien tahanan gelinding

Wt = berat total ( berat sepeda motor listrik + berat pengendara) d. Gaya Total [N]

𝐹_{𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙} = 𝐹_𝑎+ 𝐹_𝑟 (2.4)

e. Torsi minimal untuk menggerakkan sepeda motor listrik [Nm]

𝜏 = 𝐹_{𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙} 𝑥 𝑅_{𝑟𝑜𝑑𝑎} (2.5)

Sama seperti motor listrik pada umumnya, motor BLDC juga memiliki kelebihan dan kekurangan. Adapun kelebihan motor BLDC adalah sebagai berikut :

12

Effisiensi tinggi dikarenakan tidak ada kehilangan tegangan oleh cincin komutator dan brushes.

 Hemat Biaya Perawatan

Hal ini dikarenakan brushes seperti pada motor konvensional tidak digunakan lagi.

 Perbandingan Torsi Lebih Besar

Hal ini disebabkan medan tarik yang dihasilkan oleh stator sepenuhnya diterima oleh rotor karena rotor terbuat dari medan magnet permanen.

 Polusi Suara yang Lebih Rendah

Hal ini dikarenakan gesekan yang dihasilkan brushes pada motor konvensional dapat dieliminasi.

 Tidak Terjadi Bunga Api

Hubungan antara brush dan komutator yang longgar menyebabkan terjadinya percikan api, hal ini berbahaya jika motor digunakan pada industri yang sensitive terhadap percikan api, tetapi dengan menggunakan BLDC motor, dengan tidak adanya komutator dan brush menyebabkan tidak adanya percikan api yang dirimbulkan.

Adapun kekurangan motor BLDC adalah sebagai berikut :

 Biaya Pembuatan Mahal

Motor BLDC mempunyai banyak komponen mahal.

 Sistem Pengendalian yang Rumit dan Mahal

Hal ini dikarenakan penggunaan komutator elektronik yang menggantikan komutator mekanik. Selain itu, pengontrol kecepatan motor BLDC juga lebih rumit daripada motor DC konvensional, sehingga juga ikut menaikkan harga.

 Kontroler Mahal

Seringkali, kontroler motor BLDC justru lebih mahal daripada motor itu sendiri.

2.5 Kontroler motor BLDC

Kontroler pada motor BLDC berperan sangat penting dapat dikatakan sebagai penunjang utama operasi motor BLDC karena motor BLDC membutuhkan suatu trigger pulsa yang masuk ke bagian elektromagnetik (stator) motor BLDC untuk memberikan pengaturan besarnya arus yang mengalir sehingga putaran motor dapat diatur secara akurat.^[4]

Efek menggunakan kontroler yang lebih besar: ini justru sesuatu yang bagus.

Torsi akan meningkan, kontroler lebih awet dan top speed sama aja, karena top speed adalah karakter dari motor BLDC.^[1]

Efek menggunakan kontroler yang lebih kecil: ini tidak recomended, karena kontroler akan cepat panas dan riskan terhadap kerusakan MOSFET.^[1]

14

Gambar 2.3 Controller motor BLDC ^[6]

Hubungan antara putaran motor yang diatur oleh controller dan kecepatan sepeda motor listrik ^[5] diperlihatkan pada persamaan berikut,

a. Kecepatan maksimum sepeda motor listrik yang dapat tercapai [m/s]

𝑷_{𝒎𝒐𝒕𝒐𝒓} = 𝝉 𝝎 (2.6)

𝑽_{𝒎𝒂𝒌𝒔}= 𝝎 𝑹_{𝒓𝒐𝒅𝒂} (2.7)

Dimana:

Pmotor = daya motor [watt]

𝜔 = kecepatan angular [rad/s]

Vmaks = kecepatan translasi maksimum [m/s]

b. Jarak tempuh [m]

S = V . t (2.8)

S = jarak tempuh sepeda [m]

V = kecepatan sepeda [m/s]

t = waktu tempuh sepeda [sec]

2.6 Pengaruh Watt pada Motor BLDC

Dari sekian faktor penentu watt/daya yang paling berpengaruh adalah : lebar magnet (kekuatan magnet permanen) ,resistansi kumparan dan besarnya kekuatan induksi.

Kekuatan magnet yang semakin besar akan membuat request daya tolak semakin besar, selinier dengan itu motor akan request arus listrik yang lebih. Resistansi kumparan yang semakin rendah dalam rumus hokum ohm I=V/R, maka semakin rendah nilai R maka akan menjadikan I semakin besar, semakin besar arus akan menyebabkan watt meningkat pula.

Besarnya kekuatan induksi adalah korelasi dari pernyataan sebelumnya, semkain besar daya dan arus yang mengalir ke kumparan maka induksi akan semakin besar pula. Motor BLDC yang request arus dalam jumlah kecil sudah pasti itu adalah motor BLDC dengan spesifikasi watt yang kecil, begitupula sebaliknya.^[1]

2.7 Kecepatan dan Torsi Motor BLDC

2.7.1 Kecepatan

Semakin sedikit jumlah pole pair maka semakin cepat putaran rpm motor BLDC. Dalam jumlah pole pair yang sama maka BLDC yang memiliki resistansi kumparan lebih rendah akan memiliki top speed rpm yag lebih tinggi. Dalam resistansi kumparan dan pole pair yang sama BLDC yang diberikan Voltase yang lebih tinggi akan memiliki top speed yang lebih tinggi. Hal ini juga sesuai hukum ohm, jika R tetap

16

namun V semain besar, maka I akan semakin besar pula, sehingga bias dikatakan daya motor BLDC juga akan meningkat.^[1]

2.7.2 Torsi

Struktur kumparan sangat berpengaruh terhadap torsi, tipe kumparan segitiga delta dan kumparan tipe star tentunya memiliki torsi yang berbeda. Semakin banyak jumlah pole pair akan memiliki torsi yang semakin besar. Semakin lebar dan semakin kuat daya induksi magnet makan semakin besar pula torsi motor BLDC. Torsi disebut juga momen gaya dan merupakan besaran vektor. Yang terakhir adalah kemampuan kontroler, unutk memenuhi kebutuhan torsi yang besar diperlukan ampere yang besar pula, maka kontroler harus support dan mampu mengalirkan arus yang besar. ^[1]

2.8 Baterai

Kendaraan listrik pasti memerlukan baterai sebagai sumber tenaga penggerak kompone-komponen listrik, seperti: motor starter, penerangan (lampu), klakson, dan lain sebagainya. Baterai sangat penting sebagai pemasok energi ke seluruh komponen kelistrikan yang ada pada kendaraan listrik, hal ini menjdikan baterai sangat vital sebagai sumber tenaga kompone-komponen listrik. Baterai ditemukan oleh ahli fisika dari Perancis bernama Gaston Plante pada tahun 1859.

Baterai atau akkumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat berkebalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan reaksi elektrokimia reversibel adalah

didalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan) dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia (proses pengisian) dengan cara proses regenerasi dari elektroda - elektroda yang dipakai yaitu, dengan melewatkan arus listrik dalam arah polaritas yang berlawanan didalam sel.

Baterai menghasilkan listrik melalui proses kimia. Terdapat 2 jenis baterai berdasakan pada proses yang terjadi, yaitu:

1. Primary battery

Baterai yang hanya dapat digunakan sekali saja dan dibuang. Material elektrodanya tidak dapat berkebalikan arah ketika dilepaskan.

2. Secondary battery

Baterai yang dapat digunakan dan diisi ulang beberapa kali, proses kimia yang terjadi di dalam baterai ada reversibel, dan baha aktif dapat kembali ke kondisi semula dengan pengisian sel. Baterai sekunder sendiri terdapat banyak jenisnya di pasaran, antara lain:

a) Baterai ion litium (Li-ion atau LIB)

Di dalam baterai ini, ion litium bergerak dari elektroda negatif ke elektroda positif saat dilepaskan, dan kembali saat diisi ulang. Baterai Li-ion memakai senyawa litium interkalasi sebagai bahan elektrodanya, berbeda dengan litium metalik yang dipakai di baterai litium non-isi ulang. Baterai ion litium umumnya dijumpai pada barang-barang elektronik konsumen. Baterai ini merupakan jenis baterai isi ulang yang paling populer untuk peralatan elektronik portabel, karena memiliki salah satu kepadatan energi terbaik, tanpa

18

Selain digunakan pada peralatan elektronik konsumen, LIB juga sering digunakan oleh industri militer, kendaraan listrik, dan dirgantara. Sejumlah penelitian berusaha memperbaiki teknologi LIB tradisional, berfokus pada kepadatan energi, daya tahan, biaya, dan keselamatan intrinsik.

Gambar 2.4 Baterai ion litium (Li-ion atau LIB)

b) Baterai Lithium Polymer (Li-Po)

Hampir sama dengan baterai Li- Ion akan tetapi baterai Li-Po tidak menggunakan cairan sebagai elektrolit melainkan menggunakan elektrolit polimer kering yang berbentuk seperti lapisan plastik film tipis. Lapisan film ini disusun berlapis-lapis diantara anoda dan katoda yang mengakibatkan pertukaran ion. Dengan metode ini baterai LiPo dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran. Diluar dari kelebihan arsitektur baterai LiPo, terdapat juga kekurangan yaitu lemahnya aliran pertukaran ion yang terjadi melalui elektrolit polimer kering. Hal ini menyebabkan penurunan pada charging dan discharging rate. Masalah ini sebenarnya bisa diatasi dengan memanaskan baterai sehingga menyebabkan pertukaran ion menjadi lebih cepat, namun metode ini dianggap

tidak dapat untuk diaplikasikan pada keadaan sehari-hari. Seandainya para ilmuwan dapat memecahkan masalah ini maka risiko keamanan pada batera jenis lithium akan sangat berkurang.

Gambar 2.5 Baterai Lithium Polymer (Li-Po)

c) Baterai Lead Acid (Accu)

Baterai Lead Acid atau biasa disebut aki merupakan salah satu jenis baterai yang menggunakan asam timbal (lead acid) sebagai bahan kimianya. Secara umum terdapat dua jenis baterai lead-acid, yaitu : (a). Starting Battery, dan (b).

Deep Cycle Battery.

20

d) Baterai Nickel-Metal Hydride (Ni-MH)

Baterai jenis ini dibuat engan komponen yang lebih terjangkau dan ramah lingkungan. Baterai Ni-MH menggunakan ion hidrogen untuk menyimpan energi, tidak seperti baterai lithium ion yang menggunakan ion lithium. Baterai Ni-MH terdiri dari campuran nikel dan logam lain seperti titanium. Baterai ini biasanya mengandung pula komponen logam lain seperti mangan, aluminium, kobalt, zirconium, dan vanadium. Logam-logam tersebut pada umunya berfungsi sebagai penangkap ion hidrogen yang dilepaskan untuk memastikan tidak mencapi fase gas.

Gambar 2.7 Baterai Nickel-Metal Hydride (Ni-MH)

Banyaknya jenis baterai sekunder yang ada dipasaran maka diperlukan kajian untuk mendapatkan jenis baterai terbaik dan sesuai dengan kebutuhan untuk mobil listrik. Menurut Albright, (2012) dalam penelitiannya mengenai perbandingan antara Lead Acid dan Lithium-Ion dalam aplikasi penyimpanan stasionari menyebutkan bahwa pada saat ini baterai Lithium-Ion merupakan baterai yang lebih baik untuk

digunakan dalam berbagai situasi, khususnya pada iklim panas, meskipun memiliki biaya awal yang lebih tinggi. Selain itu, baterai Lithium-Ion memiliki efisiensi yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan baterai Lead Acid.

Menurut Fendy, (2012) dalam penelitiannya tentang karakteristik Baterai Lithium-Polymer menyebutkan bahwa bateri jenis Lithium-Polymer memiliki standar yang lebih baik bila dibandingkan dengan baterai NiMH sepeti memiliki massa yang lebih ringan dan tersedia dalam berbagai macam bentuk, memiliki kapasitas penyimpanan energi listrik yang besar, serta memiliki tingkat discharge rate energi yang tinggi .

Menurut Suppo, (2014) dalam jurnalnya mengenai perbandingan antara baterai Lithium-Ion dengan Baterai Nickel-Metal Hydrade menjelaskan bahwa baterai Li-on merupakan pilihan terbaik apabila dilihat dari segi massa baterai karena memiliki massa yang ringan. Sedangkan apabila dilihat dari segi keamanan dan ekonomi baterai Ni-MH merupakan pilihan yang terbaik.

Berdasarkan uraian di atas baterai merupakan sebuah perangkat yang vital bagi kendaraan listrik, dan terdapat berbagai jenis baterai yang ada dipasaran terutama pada baterai sekunder. Sehingga penulis akan mereview perbandingan antara baterai Lithium-Ion, baterai Lithium-Polymer, baterai Lead- Acid, dan baterai Nickel-Metal Hydride pada penggunaannya dalam kendaraan listrik.

2.9 Roda Gigi

Roda gigi pada umumnya dimaksudkan adalah suatu benda dari logam atau non

22

memindahkan gaya dari suatu roda gigi ke gigi yang lain. Pada umumnya roda gigi dibuat dari bahan logam untuk memindahkan beban yang berat, kalau gaya yang dipindahkan tidak berat dapat digunakan roda gigi dari bahan non logam. Transmisi yang berubah – ubah berangsur-angsur juga dapat diperoleh menggunakan roda-roda gigi. Salah satu maksud tersebut adalah dipergunakan pada perkakas pemindah kecepatan, dan merubah beban yang berat menjadi seringan mungkin. Roda gigi dipergunakan pada kendaraan atau mesin yang memiliki gerakan putar.

Penggunaan roda gigi dapat digolongkan sesuai kedudukan yang diambil oleh poros yang satu terhadap poros yang lain. Penggunaan roda gigi ada tiga golongan yaitu; 1) Poros sejajar satu sama lain. Roda gigi yang dipergunakan bentuk dasarnya adalah dua buah silinder yang saling bersinggungan menurut sebuah garis lukis. Roda gigi yang dipergunakan dapat sejajar dengan garis lukis silinder, atau membuat sudut dengan garis lukis. 2) Poros saling memotong. Roda gigi yang dipergunakan adalah roda gigi kerucut dengan puncak gabungan yang saling menyinggung menurut sebuah garis lukis. Gigi ini dapat lurus, garis lukis gigi saling berpotongan di puncak kerucut.

3) Poros saling menyilang, gigi yang dipergunakan berbentuk roda ulir.

2.9.1 Jenis roda gigi menurut bentuk gigi

 Roda gigi lurus. Pada roda gigi jenis ini pemotongan giginya searah dengan poros gigi. Untuk permukaan memanjang pemotongan giginya kadang-kadang dilakukan dengan arah membentuk sudut terhadap batang gigi rack.

 Roda gigi helix. Jenis gigi ini pemotongan giginya tidak lurus tetapi sedikit miring membentuk sudut di sepanjang badan gigi yang bentuknya silinder.

 Roda gigi payung. Pada jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya pada

bagian ujung yang berbentuk konis. Gigi-giginya dibentuk dengan arah lurus, searah degan poros roda gigi.

 Roda gigi cacing. Jenis roda gigi ini biasanya merupakan suatu pasangan yang terdiri dari batang berulir cacing dan roda gigi cacing.

 Roda gigi dalam. Pada jenis roda gigi ini pemotongan gigi-giginya adalah pada

bagian dalam dari permukaan ring / lubang. Pada umumnya bentuk gignya adalah lurus seperti roda gigi lurus.

2.9.2 Fungsi Roda Gigi

Secara umum fungsi roda gigi yaitu untuk meneruskan gaya dari poros penggerak ke poros yang digerakkan, mengubah putaran tinggi ke putaran rendah atau sebaliknya, dapat juga memindahkan cairan dari suatu tempat ke tempat yang lain, seperti yang digunakan pada pompa roda gigi. Roda gigi dikelompokan menjadi tiga kelompok, sesuai kedudukan yang diambil oleh poros yang dipergunakan dalam industri, yaitu posisi poros yang satu terhadap poros yang lain.

BAB III

PERANCANGAN SISTEM KESELURUHAN

3.1 Umum

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan perangkat-perangkat yang digunakan dalam pembuatan sepeda motor listrik (electric motorcycle) yang meliputi sistem kerangka, motor BLDC, kontroler, baterai. Dengan demikian perancangan sepeda motor listrik ini dapat menghasilkan kesimpulan yang dapat dipertanggung jawabkan. langkah-langkah yang telah ditetapkan adalah penetapan tempat dan waktu penelitian, penetapan alat dan bahan, penetapan prosedur percobaan dan membuat diagram alur pengujian.

3.2 Waktu dan Pelaksanaan

Perancangan dan pembuatan alat telah di mulai pada bulan Maret 2018 di lab teknik tegangan tinggi USU dan pengujian data telah dilaksanakan pada bulan Agustus 2018 di lab konversi energi USU dan stadion mini USU.

3.3 Alat dan Bahan

Untuk melakukan perancangan dan pengujian maka diperlukan peralatan- peralatan sebagai berikut:

1. Rangka Sepeda Motor Bekas 2. Motor BLDC

3. kontroler motor BLDC 4. Baterai 48 volt 25 ah 5. Charger 48 volt 6. Potensiometer

3.4 Prosedur Pelaksanaan

Adapun prosedur dalam pembuatan tugas akhir ini terdiri dari beberapa tahap pengerjaan yaitu:

1) Pemilihan Komponen Untuk Perakitan Sepeda Motor Listrik

Dalam pemilihan komponen untuk sistem pemindah tenaga sepeda motor listrik dilakukan dengan cara memilih spesifikasi sesuai kebutuhan seperti:

 Memilih besi profil L dan besi strip untuk kedudukan baterai.

 Memilih besi strip untuk kedudukan baterai.

 Memilih rangka motor sebagai kedudukan komponen sepeda motor listrik.

 Memilih motor listrik BLDC sebagai penggeraknya.

 Memilih kontroler motor BLDC sebagai pengatur motor BLDC.

 Memilih handle gas sebagai pengatur kecepatan yang keluar pada motor BLDC.

27

2) Perakitan

Proses perakitan sepeda motor listrik dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

 Membuat kedudukan baterai.

 Pengecatan rangka.

 Membuat kedudukan kontroler.

 Pemasangan baterai di serikan.

 Penyambungan kabel motor BLDC ke kontroler.

 Penyambungan kabel kontroler ke baterai.

 Penyambungan kabel handle gas kekontroler.

3.5 Perancangan Kerangka Sepeda Motor Listrik

Bentuk Sepeda Motor Listrik akan di rancang dan di bangun menggunakan rangka dasar Sepeda Motor CB100. Karena Suku cadang yang di gunakan pada cb100 tidak terlalu banyak jadi dapat mengurangi berat yang besar sehingga efisien di gunakan, mudah di rakit dan mudah pelepasan prangkat elektronik yang di pasang.

Oleh sebab itu Pada saat perakitan sepeda motor listrik ini tidak banyak perubahan dalam keaslian komponen dan mempertahankan model sepeda motor cb100.

Gambar 3.1 Kerangka Sepeda Motor Listrik

3.6 Sistem Gear pada Sepeda Motor Listrik

Gear adalah sebutan untuk roda gigi yang bekerja pada suatu mesin yang fungsinya adalah untuk mentransmisikan daya. Gear merupakan bagian mesin yang bentuk sederhananya bergerigi, dapat berputar dan biasanya terhubung dengan gear lain untuk mengirimkan torsi. Dua buah gear atau lebih yang bekerja bersama-sama akan menghasilkan tenaga mekanis melalui perputarannya merupakan definisi sederhana dari mesin.

Pada penelitian ini system gearnya adalah dihubungan mengunakan rantai.

Gear utama yang sebelah kanan menyatu langsung dengan bagian motor BLDC dihubungkan dengan gear lebih kecil seperti tampak pada gambar 3.2

29

Gambar 3.2 Gear Pada Sisi Kanan Sepeda Motor Listrik

Gear yang kecil yang sudah dapat transmisi daya langsung dari BLDC akan memutar gear yang sudah terhubung dengan as motor segingga memutar gear yg berada pada sisi kiri sepeda motor dan gear ini dihubung kan lagi menggunakan rantai untuk memutar roda belakang sepeda motor seperti ditunjukkan pada gambar 3.3

Gambar 3.3 Gear Pada Sisi Kiri Sepeda Motor Listrik

3.7 Diagram Alir Perencanaan Sepeda Motor Listrik

Diagram alir menujukkan tahapan-tahapan yang dilakukan dalam perancangan.

Diagram alir penelitian ditunjukkan oleh Gambar 3.4

Mulai

Mendesain, memimilih komponen

Membuat kerangka dan konstruksi sepeda motor listrik

Membuat dudukan baterai dan kontroler

Menyatukan seluruh komponen

Uji Coba

Selesai Pengumpulan

data

Analisis Data

Tidak

Ya

Gambar 3.4 Diagram Alir Penelitian

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pemilihan Bahan dan Komponen

Berikut adalah komponen serta bahan yang digunakan untuk merakit sepeda motor listrik:

1) Besi Profill L dan Besi Strip

Besi profil ini dipilih karena tidak terlalu berat dan besar saat dibuat untuk kedudukan aki dan besi strip ini dipilih karena tidak terlalu besar dan tidak berat yang mengakibatkan penambahan berat rangka tidak terlalu banyak.

2) Rangka Motor

Bentuk Sepeda Motor Listrik akan di rancang dan di bangun menggunakan rangka dasar Sepeda Motor CB100. Karena Suku cadang yang di gunakan pada cb100 tidak terlalu banyak jadi dapat mengurangi berat yang besar sehingga efisien di gunakan, mudah di rakit dan mudah pelepasan prangkat elektronik yang di pasang.

Oleh sebab itu Pada saat perakitan sepeda motor listrik ini tidak banyak perubahan dalam keaslian komponen dan mempertahankan model sepeda motor cb100.

3) Motor BLDC 3 KW

 Merek : QSmotor

 Tipe : Hub motor with permanent magnets

 Daya : 3KW

 Rate Voltage : 72 V (48-144 can be optional) 4) Kontroler 3 KW

 Power : 3KW

 Voltage : 72V 5) Handle gas

Handal gas dipilih sesuai dengan tegangan motor BLDC yaitu 48V dan ada indikator batrai dapat mengetahui sisa baterai yang ada.

4.2 Proses Perakitan Sepeda Motor Listrik

Adapun proses perakitan sepeda motor listrik sebagai berikut:

1) Proses Pembuatan Kedudukan Aki

Berikut adalah proses pembuatan kedudukan baterai:

a) Potong besi profil L 4 buah

b) Kemudian las untuk menyambungkan besi profil L yang telah dipotong tadi seperti gambar berikut:

Gambar 4.1 Pengelasan Besi Kedudukan Baterai

34

c) Gerinda bekas pengelasan.

2) Pembuatan Kedudukan Kontroler

Berikut adalah proses pembuatan kedudukan kontroler yaitu kontroler akan dipasang pada bagian bawah tangki motor yang sudah di angkat kemudian disambungkan pada rangka motor menggunakan baut dan mur.

3) Proses Pemasangan BLDC 3KW

Berikut adalah proses pemasangan motor BLDC :

a) Pasang motor BLDC pada pada bagian tengah bawah sepeda motor listrik.

b) Kemudian pasang mur ke as motor BLDC dan eratkan menggunakan kunci pas 21.

c) Sambungkan kabel besar tunggal hijau, biru, kuning skun ring pada motor BLDC ke kabel besar tunggal hijau, biru, kuning skun ring pada kontroler dengan baut heatsink atau bisa juga disambungkan melalu suatu terminal.

Gambar 4.2 Sambungan Kabel Motor ke Kontroler

d) Sambungkan kabel dari handle gas ke kontroler.

Gambar 4.3 Sambungan Kabel Handle Gas ke Kontroler

4.3 Hasil Perancangan

Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat yang selanjutnya akan di analisa, hal ini dimaksudkan untuk memperoleh data yang dibutuhkan dan untuk mengetahui kemampuan alat yang direncanakan apakah bekerja sesuai dengan yang diharapkan dan berjalan sesuai dengan teori yang direncanakan.

Dari hasil rancangan dan pembuatan sepeda motor listrik (electric motorcycle) ini mempunyai hasil yang tampak pada gambar berikut ini.

36

Gambar 4.4 Sepeda Motor Listrik Tampak Samping Kanan

Gambar 4.5 Sepeda mototor listrik tampak samping kiri

Gambar 4.6 Sepeda Mototr Listrik Gambar 4.7 Sepeda Motor Listrik Tampak Depan Tampak Belakang

4.4 Data-data Dasar Sepeda Motor Listrik BLDC 3KW

 Berat total kendaran : 108 kg

 Panjang : 1,20 m

 Lebar : 0,68 m

 Diameter roda : 0,56 m

 Kecepatan maksimum : 70 km/j

 Baterai : 48V 5 Ah

 Charger : 54,6 V 2A

38

4.5 Gaya Tahanan Gelinding

Tahanan guling/ tahanan gelincir / tahanan gelinding (Rolling Resistance, biasa disingkat RR) merupakan segala gaya-gaya luar yang berlawanan arah dengan arah gerak kendaraan yang sedang berjalan di atas suatu jalur. Untuk perhitungan tahanan gelinding yaitu :

Fr = Wt x Cr

= (berat total) x (koef tahanan gelinding = 5%) = (176 kg) x (9,8 m/s) x (5%) = 86,24 N

4.6 Gaya Tahanan Aerodinamik

Tahanan aerodinamik adalah tahanan yang di alami sepeda motor listrik akibat adanya gesekan terhadap udara. Besarnya tahanan aerodinamik (Fa) dapat di nyatakan dalam persamaan berikut :

Cd = 1,1

A = (1,2m) x (0,68m) = 0,816 m² V = 30 km/j = 8,33 m/s

𝜌 = 1.202 kg/m³

Berdasarkan data tersebut didapat hasil : Fa = 0,5 x Cd x A x V² x 𝜌

= (0,5) x (1,1) x (0,816 m²) x (8,33 m/s)² x (1.202 kg/m³)

= 37.43 N

4.7 Pengujian Penggunnaan Energi pada Sepeda Motor Listrik 3 KW

Pengujian Sepeda Motor Listrik di lakukan 3 kali dengan kondisi jalan bebas hambatan (stadion mini USU), berat pengendara yaitu 68 kg dan perhitungannya sesuai dengan harga listrik per ditahun 2018 yaitu Rp1.352/KWh dan spesifikasi sepeda motor sebagai berikut :

4.7.1 Pengujian Pengunnaan Energi dengan Jarak 3 Km

Jarak tempuh 3 km kemudian di charge hingga indikator menyala hijau pada charger, didapat waktu 40 menit menandakan baterai sudah dalam keadaan penuh dan tercatat pada KWh meter = 0,06 KWh.

Jadi Energi yang di habiskan dalam sekali perjalanan sejauh 3 km sebesar 0,06 KWh Harga listrik di tahun 2018 = Rp1.352/KWh

Maka Harga yang di keluarkan = 0,06 KWh x Rp1.352/KWh

= Rp 81,12 –

4.7.2 Pengujian Pengunnaan Energi dengan Jarak 6 Km

Jarak tempuh 6 km kemudian di charge hingga indikator menyala hijau pada charger, didapat waktu 1jam 23 menit menandakan baterai sudah dalam keadaan penuh dan tercatat pada KWh meter = 0,13 KWh.

Jadi Energi yang di habiskan dalam sekali perjalanan sejauh 6 km sebesar 0,13 KWh Harga listrik di tahun 2018 = Rp1.352/KWh

Maka Harga yang di keluarkan = 0,13 KWh x Rp1.352/KWh

= Rp 175,76 -

40

4.7.3 Pengujian Pengunnaan Energi dengan Jarak 8,2 Km

Jarak tempuh 8,2 km kemudian di charge hingga indikator menyala hijau pada charger, didapat waktu 1 jam 55 menit menandakan baterai sudah dalam keadaan penuh dan tercatat pada KWh meter = 0,20 KWh.

Jadi Energi yang di habiskan dalam sekali perjalanan sejauh 8,2 km sebesar 0,20 KWh Harga listrik di tahun 2018 = Rp1.352/KWh

Maka Harga yang di keluarkan = 0,20 KWh x Rp1.352/KWh

= Rp 270,4 -

Dalam pengujian dan pengukuran pemakaian energi diatas dengan berat pengendara 68 kg, dapat di muat dalam tabel 4.2.

Tabel 4.1 Pemakaian Energi Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Berbeban

Pengujian Jarak Waktu Tempuh KWh Harga dalam

Rupiah

1 3 km 8 menit 0,06 KWh Rp 81,12 -

2 6 km 18 menit 0,13 KWh Rp 175,76 -

3 8,2 km 21 menit 0,21 KWh Rp 283,9 -

4.8 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban

Hasil pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW tanpa beban ini dilakukan dengan cara mengatur kecepatan tetapi roda belakang diangkat sehingga tidak menyentuh lintasan.

Gambar 4.8 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban Tabel 4.2 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban Pembanding 30 km / jam 40 km / jam 50 km / jam 60 km/ jam

Arus 2,53 A 3,09 A 4,1 A 4,9 A

Tegangan 48,66 V 48,76V 48,14 V 46.62 V

Daya 123,1 W 150,6 W 197,4 W 230,3 W

Lama Baterai Bertahan

1 jam 36 menit 1 jam 13 menit 55 menit 47 menit

4.9 Perbandingan Pengujian Tanpa Beban dan Pakai Beban

Berikut perbandingan pengujian dari sepeda motor listrik menggunakan BLDC

42

Tabel 4.3 Perbandingan Pengujian Tanpa Beban dan Pakai Beban

Pembanding Tanpa Beban Pakai Beban

Kecepatan 30km/jam 30 km/jam

Jarak tempuh maksimum 40 km 8,2 km

Lama baterai bertahan 1 jam 36 menit 21 menit

4.10 Perbandingan Hemat Energi dan Biaya Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW dengan Sepeda motor Berbahan Bakar Minyak

Pada penelitian ini, penulis memakai sepeda motor berbahan bakar minyak yaitu jenis CB 100. Sepeda motor CB 100 dipilih karena memiliki kerangka yang sama dan bentuk yang tidak jauh berbeda dengan sepeda motor listrik BLDC 3 KW. Berikut data pemakaian bahan bakar minyak pada sepeda motor CB 100 ditujukkan pada tabel 4.4

Tabel 4.4 Pemakain Bahan Bakar Minyak CB 100 Pengujian Jarak Jumlah Bahan Bakar yang

Dihabiskan (liter)

Harga dalam Rupiah ( x Rp 7.800/ 1 liter

Pertalite)

1 3 km 0,15 liter Rp 1.170 -

2 6 km 0,30 liter Rp 2.340 -

3 8,2 km 0,41 liter Rp 3.196 -

Pada tabel 4.1 dan tabel 4.4 didapat perbandingan hemat energi dan biaya antara sepeda motor listrik BLDC 3 KW dan sepeda motor berbahan bakar minyak CB 100 ditunjukkan pada gambar 4.9

Gambar 4.9 Perbandingan Hemat Energi dan Biaya Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW dan Sepeda Motor CB 100

Berdasarkan data pada gambar 4.9 didapat bahwa sepeda motor listrik lebih hemat energi dan biaya dan dapat dinyatakan dalam % sebagai berikut :

% hemat energi dan biaya = harga pada CB 100

harga pada BLDC 3 KW x 100 %

 Pada jarak tempuh 3 km didapat hasil :

% hemat energi dan biaya = ^{Rp 1.170}

Rp 81,12 x 100 % = 1.442 %

Maka pada jarak tempuh 3 km sepeda motor listrik BLDC 3 KW menghemat biaya

1,170

2,340

3,196

81.12 175.76 270.4

0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500

3 6 8.2

Harga (Rupiah)

Jarak (km)

CB 100 BLDC 3 KW

44

 Pada jarak tempuh 6 km didapat hasil :

% hemat energi dan biaya = ^{Rp 2.340}

Rp 175,76 x 100 % = 1.331 %

Maka pada jarak tempuh 6 km sepeda motor listrik BLDC 3 KW menghemat biaya ± 13 kali dibanding dengan sepeda motor CB 100.

 Pada jarak tempuh 8,2 km didapat hasil :

% hemat energi dan biaya = ^{Rp 3.196}

Rp 270,4 x 100 % = 1.181 %

Maka pada jarak tempuh 8,2 km sepeda motor listrik BLDC 3 KW menghemat biaya ± 11 kali dibanding dengan sepeda motor CB 100.

4.11 Pengujian dengan Variable Kondisi Jalan dan Berat Pengendara

Pada pengujian ini dilakukan juga dengan variable kondisi jalan dan berat pengendara. Sepeda motor listrik dijalankan dengan kondisi baterai penuh dan dijalankan sampai baterai kosong dan didapat hasil yang ditunjukkan pada tabel 4.5

Tabel. 4.5 Pengujian dengan Variabel Kondisi Jalan dan Berat Pengendara Kondisi Jalan Berat

Pengendara

Jarak Tempuh

Waktu Tempuh

KWh

(pengisian baterai penuh) Bebas Hambatan

(lintasan stadion mini)

55 kg 15,2 km 45 menit

0,21 KWh

62 kg 12,8 km 33 menit Ada Hambatan

(Jl. TriDharma – Jl. Dr.

Sofian – Jl, Universitas) USU

55 kg 13,5 km 58 menit 62 kg 10,8 km 50 menit

Pada tabel 4.5 didapat grafik berat pengendara Vs Jarak antara kondisi lintasan bebas hambatan da nada hambatan.

Gambar 4.10 Grafik Berat Pengendara Vs Jarak antara Kondisi Lintasan Bebas Hambatan dan Ada Hambatan

Hasil pengujian yang ditunjukkan pada tabel 4.5 dipengaruhi beberapa faktor seperti besar gaya tahanan gelinding dan gaya tahanan aerodinamik sebesar :

Gaya tahanan gelinding

 Untuk berat pengendara 55 kg

Wt = 108 kg + 55 kg Fr = Wt x Cr

= (berat total) x (koef tahanan gelinding = 5%) = (163 kg) x (9,8 m/s) x (5%) = 79,87 N

15.2

13.5 12.8

10.8

0 2 4 6 8 10 12 14 16

55 62

Jarak (km)

Berat Pengendara (kg)

bebas hambatan ada hambatan

46

 Untuk berat pengendara 62 kg

Wt = 108 kg + 62 kg Fr = Wt x Cr

= (berat total) x (koef tahanan gelinding = 5%)

= (170 kg) x (9,8 m/s) x (5%) = 83,3 N

Gaya tahanan aerodinamik

 Untuk berat pengendara 55 kg V = ^𝑠

𝑡 = ^{15,2 km}

45 menit = 5,62 m/s Fa = 0,5 x Cd x A x V² x 𝜌

= (0,5) x (1,1) x (0,816 m²) x (5,62m/s)² x (1.202 kg/m³)

= 17.03 N

 Untuk berat pengendara 62 kg V = ^𝑠

𝑡 = ^{12,8 km}

33 menit = 6,46 m/s Fa = 0,5 x Cd x A x V² x 𝜌

= (0,5) x (1,1) x (0,816 m²) x (6,46 m/s)² x (1.202 kg/m³)

= 22.15 N

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengujian dan pembahasan data yang diperoleh maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1) Pada pengujian sepeda motor listrik 3 KW berbeban didapat hasil pemakaian energi dengan jarak 3 km yaitu 0,06 kWh seharga Rp 81,12 -. Jarak 6 km memakai energi sebesar 0,13 kWh seharga Rp 175,76 -. Jarak 8,2 km memakai energi sebesar 0,20 kWh seharga Rp 270,4 -

2) Pada pengujian sepeda motor listrik BLDC 3 KW tanpa beban yaitu pada kecepatan konstan 30 km/jam, 40 km/jam, 50 km/jam diperoleh penggunaan daya yang semakin besar dan waktu untuk baterai dapat bertahan semakin berkurang .

3) Pada jarak tempuh 3 km sepeda motor listrik BLDC 3 KW menghemat biaya

± 14 kali dibanding dengan sepeda motor CB 100. Pada jarak tempuh 6 km sepeda motor listrik BLDC 3 KW menghemat biaya ± 13 kali dibanding dengan sepeda motor CB 100. pada jarak tempuh 8,2 km sepeda motor listrik BLDC 3 KW menghemat biaya ± 11 kali dibanding dengan sepeda motor CB 100.

48

5.2 Saran

1) Untuk penelitian selanjutnya, perlu dilakukan perbandingan spesifikasi sepeda motor listrik BLDC 3 KW dengan BLDC 1 KW atau 5 KW dengan menggunakan baterai yang kapasitasnya sama.

2) Untuk meningkatkan kapasitas energi yang digunakan dapat menggunakan sistem hybrid.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Drs. Buntarto, M.Pd. “Sepeda Motor Listrik”, Pustakabarupress, Yogyakarta, 2016

[2] Xia, Chang-liang. 2012. Permanent Magnet Brushless DC Motor Drives And Controls. Singapore: John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd.

[3] Janriko B. Manalu, Hasdari Helmi Rangkuti, ‘Rancang Bangun Sepeda Motor Listrik’ , Jurnal Singuda Ensikom, Vol No.. /Agustus, 2017

[4] Purwadi Agus, Dozeno Jimmy, Heryana Nana, Testing Performance of 10 kW BLDC Motor and LiFePO4 Battery on ITB-1 Electric Car Prototype, Electrical Power Engineering, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2013.

[5] Vinod Kr Singh Patel, A.K.Pandey, Modeling and Simulation of Brushless DC Motor Using PWM Control Technique, International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), Vol. 3, Issue 3, May-Jun 2013, pp.612-620.

[6] Bitar Zeina, Sandouk Abbas, Al Jabi Samih,Testing the Performances of DC Series Motor Used in Electric Car, Faculty of Mechanical & Electrical Engineering, Damascus University, Syria, 2015.

[7] Djoko Achyanto Ir. M. Sc. EE, “Mesin-Mesin Listrik Edisi Keempat”, Erlangga, 1992.

[8] Roman Nadolski, Krzysztof Ludwinek, Jan Staszak, Marek Jaśkiewicz, Utilization Of BLDC Motor In Electrical Vehicles, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 88 NR 4a/2012.

50

[9] Benhur Nainggolan, Fadhilla Inaswara, Gilang Pratiwi dan Hirzan Ramadhan, Rancang bangun sepeda listrik menggunakan panel surya sebagai pengisi baterai, Politeknik Negeri Jakarta, POLITEKNOLOGI VOL. 15 No. 3 SEPTEMBER 2016

[10] https://id.wikipedia.org/wiki/Sepeda_motor_listrik

Gambar A.1 kWh Meter DC pada Pengujian Tanpa Beban

52

Gambar A.3 Pengujian Berbeban dengan Berat Pengendara 55 kg oleh Yohannes (140402029)

Gambar A.4 Pengujian Berbeban dengan Berat Pengendara 62 kg oleh Laurencius (140402020)