5
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mobil Listrik
Mobil listrik adalah mobil yang digerakkan oleh motor listrik dan menggunakan energi listrik yang disimpan dalam baterai. Torsi pada motor listrik yang digunakan pada mobil listrik memberikan torsi yang instan, dan menciptakan percepatan yang kuat dan halus. Mobil listrik pertama diproduksi pada tahun 1880- an. Mobil listrik memiliki beberapa keunggulan potensial jika dibandingkan dengan mobil konvensional lainnya. Yang utama adalah mobil listrik tidak menghasilkan emisi seperti pembakaran kendaraan bermotor. Selain itu, mobil listrik juga mengurangi emisi gas rumah kaca karena mereka tidak membutuhkan bahan bakar fosil sebagai pendorong utama (Binus.ac.id, 2018).
Secara umum, mobil listrik dapat dikategorikan menjadi tiga jenis, yaitu Pure Electric Vehicle (PEV) yang sering disebut sebagai Baterry Electric Vehicle (BEV), Hybrid Electric Vehicle (HEV), dan Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV). PEV/BEV memiliki kapasitas penyimpanan energi sepenuhnya tergantung pada kekuatan dan teknologi baterai. Contoh mobil listrik PEV/BEV ditunjukkan pada Gambar 2.1.
PEV/BEV juga memiliki keuntungan yang signifikan terutama mengingat tidak ada emisi gas buang yang dilepaskan. Ini karena semua energi yang digunakan untuk menggerakan mobil listrik adalah daya dari baterai yang dipasang di mobil listrik.
Baterai yang memiliki kapasitas besar umumnya memiliki karakteristik yang membutuhkan pengisian daya baterai yang sangat lama. Masalah yang dihadapi oleh BEV/PEV adalah jarak tempuh yang terbatas, investasi yang relatif besar dan kurangnya infrastruktur lokasi pengisian baterai. Dalam praktiknya, dimensi dan penempatan baterai pada mobil listrik harus distandarisasi, sehingga diperoleh tingkat efisiensi yang optimal (Budisusila, 2018).
6
Gambar 2.1 Mobil Listrik Lowo Ireng .
2.2 Komponen Utama Mobil Listrik
Mobil listrik mempunyai komponen yang sama dengan mobil konvensional atau mobil dengan mesin pembakaran dalam. Komponen yang membedakan antara mobil listrik dan mobil konvensional adalah komponen dari sistem penggerak pada mobil listrik menggunakan motor listrik, baterai dan controller.
2.2.1 Motor Listrik
Motor listrik adalah komponen elektronik yang terdiri dari beberapa gulungan kawat tembaga untuk membentuk sebuah kumparan dan ditempatkan diantara dua magnet atau lebih. Ketika kumparan dialiri arus listrik, akan ada gaya magnet diarah yang berlawanan atau sebaliknya dengan magnet permanen, oleh karena itu gerakan pada inti kumparan dan kemudian kekuatan gerak yang muncul dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Motor listrik adalah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk memutar turbin, cooling fan, dan lainnya (Muhammad, 2018).
Salah satu jenis motor listrik adalah motor listrik Brushless Direct Current (BLDC). Motor BLDC memiliki keunggulan dibandingkan dengan tipe lain dari mesin penggerak bertenaga listrik. Keuntungan dari motor listrik BLDC adalah efisiensi yang lebih tinggi dari pada motor induksi, dimensi yang lebih kecil dari motor arus searah konvensional, responnya yang lebih cepat, masa pakai lebih lama dan memiliki rentang kecepatan yang luas (Muhammad, 2018).
7 Sistem motor BLDC mengacu pada konsep sistem sirkuit elektromekanis yang responsif dan hemat energi. Sistem ini dibangun melalui kombinasi elektromekanis, sirkuit elektronik, sistem sensor dan sirkuit logika atau algoritma kontrol mikro. Fitur elektromekanis menekankan konsep keunggulan motor DC konvensional dalam hal kontrol, dan keunggulan motor 3 fase dalam hal efisiensi.
Bagian elektronik terdiri dari saklar statis menggunakan komponen transistor untuk mengubah tegangan langsung ke tegangan bolak-balik. Pengaturan tegangan keluaran dilakukan dengan menyesuaikan lebar switching inverter yang disesuaikan dengan kebutuhan kecepatan atau torsi beban (Muhammad, 2018).
Motor BLDC yang menggunakan sikat untuk mengalirkan arus ke rotor seringkali menimbulkan masalah yaitu ausnya ‘sikat’. Maka dikembangkan motor listrik DC tanpa sikat atau Motor BLDC yang mempunyai kelebihan yaitu efisiensi tinggi, umur yang panjang, konsumsi energi yang kecil. Karakteristik yang dimiliki Motor BLDC, yaitu torsi yang dikeluarkan akan menurun seiring dengan meningkatnya kecepatan putaran dari motor seperti pada Gambar 2.2 (Larminie, James & Lowry, 2003).
Gambar 2.2 Kurva Karakteristik Kecepatan Torsi Motor BLDC (Fawaid, 2019).
Cara kerja motor BLDC adalah magnet pada poros motor akan tertarik dan digerakkan oleh gaya elektromagnetik yang diatur oleh pengemudi pada motor BLDC. Dimana motor BLDC menggunakan sikat mekanik yang ada di komutator untuk diberi waktu dan memberikan medan magnet ke kumparan. Motor BLDC ini
Torsi puncak
Torsi Rating
Kecepatan
Kecepatan Rating Torsi
Kecepatan
8
juga menggunakan siklus tenaganya sendiri untuk memberikan waktu dan memberikan daya pada belitan. Komponen dalam motor BLDC yaitu:
1. Stator merupakan komponen yang menentukan kinerja motor listrik, sehingga dapat dikatakan sebagai komponen utama dalam motor listrik.
Fungsi stator adalah menghasilkan medan listrik di sekitar rotor. Stator adalah lilitan tembaga yang menghubungkan poros utama. Besar kinerja yang dihasilkan oleh stator sebanding dengan jumlah kumparan yang melilit stator, semakin banyak jumlah kumparan, semakin besar medan magnet yang dihasilkan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2 adalah contoh gambar stator pada motor BLDC (Muhammad, 2018).
2. Rotor adalah magnet permanen yang menyebabkan kecepatan pada motor BLDC menjadi lebih maksimal. Rotor dapat berputar karena gaya tarik dan gaya tolak yang dihasilkan oleh medan magnet yang ada di stator dalam bentuk kumparan. Stator merupakan bagian dari motor listrik yang diam sedangkan rotor merupakan bagian dari motor listrik yang bergerak. Poros pada rotor berfungsi sebagai tenaga penggerak keluaran. Kecepatan yang dihasilkan oleh rotor ini akan sebanding dengan jumlah lilitan kawat.
Semakin besar jumlah lilitan kawat, semakin besar rotasi yang dihasilkan oleh motor listrik. Kawat email kecil juga digunakan untuk mendapatkan panjang kawat maksimum sehingga putaran yang dihasilkan juga akan lebih besar (Muhammad, 2018).
Gambar 2.3 Stator BLDC Motor (Muhammad, 2018).
9 2.2.2 Baterai
Baterai atau akumulator adalah sel listrik yang dimana didalamnya terdapat proses elektrokimia reversibel dengan efisiensi tinggi. Reaksi elektrokimia reversibel adalah proses mengubah bahan kimia menjadi listrik dan sebaliknya dari listrik menjadi daya kimia melalui proses regenerasi elektroda yang digunakan adalah untuk melewatkan arus listrik di polaritas yang berlawanan di dalam sel. Ada dua jenis baterai berdasarkan proses yang terjadi, yaitu baterai primer dan baterai sekunder. Baterai primer adalah baterai yang hanya dapat digunakan sekali dan dibuang atau bahan elektroda tidak dapat dibalik saat dilepaskan. Baterai sekunder adalah baterai yang dapat digunakan dan diisi ulang beberapa kali, proses kimia yang terjadi pada baterai bersifat reversibel, dan bahan aktif dapat kembali ke kondisi aslinya dengan mengisi sel (Afif, 2015).
Baterai adalah bagian penting dari kendaraan listrik dalam hal menyimpan energi listrik untuk digunakan sebagai energi penggerak dari motor listrik. Baterai adalah proses kimia yang dimana saat pengisian energi listrik diubah menjadi bahan kimia dan ketika pemakaian energi kimia diubah menjadi energi listrik. Elektroda, yang juga disebut pelat baterai, terdiri dari pelat positif dan negatif. Pelat itu sendiri terdiri dari bingkai yang terbuat dari timah dan di dalamnya adalah timah coklat.
Timbal ini adalah periode aktif dari elektroda dan dapat dilewati oleh elektrolit karena berongga. Dalam pelat negatif periode aktif terdiri dari timah berpori dan abu-abu (Zumain, 2009).
Salah satu jenis baterai sekunder yang telah banyak digunakan adalah baterai lithium ion phosphate (LiFePO4). LiFePO4 telah diperkenalkan sebagai bahan untuk katoda dalam baterai lithium-ion sejak 1997, karena memiliki keuntungan biaya rendah, tidak reaktif, dan ramah lingkungan. LiFePO4 dipelajari sebagai fabrikasi berbiaya rendah, tidak beracun, ramah lingkungan, katoda stabilitas termal, aman, dibentuk dari banyak elemen alami dan memiliki kepadatan energi yang tinggi. Namun, LiFePO4 memiliki kelemahan dari kapasitas spesifik yang lebih rendah dibandingkan dengan baterai lain. Untuk meningkatkan kapasitas spesifik dengan menambah bahan lain seperti Mn dan Ni. LiFePO4 adalah bahan katoda baru yang digunakan dalam baterai lithium ion. LiFePO4 sebagai bahan pembentuk katoda menunjukkan bahwa keduanya memenuhi kriteria sebagai bahan
10
katoda pada baterai lithium ion yang keduanya memiliki reversibilitas yang baik untuk pasangan redoks. Berbagai metode telah dikembangkan untuk membuat bahan katoda LiFePO4, yaitu metode pemanasan padat, sol-gel, dan gelombang mikro (Sarwono, 2018). Baterai yang digunakan pada mobil listrik Enggang Evo3 adalah baterai LiFePO4, dengan jumlah cell sebanyak 252 cell baterai dengan rangkaian permodule sebanyak 18 paralel dan setiap modul di rangkai secara seri sebanyak 14. Dengan spesifikasi tegangan 46 volt, kapasitas 45.65 Ah, dan daya 2.1 Kw yang seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.4 Baterai LiFePO4 pada Mobil Listrik Enggang Evo3 (Itk.ac.id, 2019).
2.2.3 Controller
Pada dasarnya controller adalah komponen pengendali utama sebuah mobil listrik. Controller mengintegrasikan kecepatan putaran motor listrik dan tingkat konsumsi baterai yang diperkirakan akan mencapai tingkat kepadatan energi yang diperlukan. Controller yang cocok dengan motor akan menghasilkan nilai tegangan yang sesuai. Secara umum, komponen pengontrol terdiri dari Electronic Control Unit (ECU) yang berfungsi menerima sinyal input dan output. Regulator daya yang berfungsi untuk menyediakan daya sehingga ECU dapat bekerja sesuai dengan tegangan kerja. Pengemudi berfungsi untuk meneruskan sinyal dari ECU ke kutub motor listrik, interface berfungsi untuk memeriksa kondisi kerja controller. Sinyal input yang diterima oleh controller termasuk sensor efect hall dan throttle. Sinyal output yang dihasilkan adalah sinyal Pulse Width Modulation (PWM) dan sinyal
11 analog dalam bentuk kecepatan putar dari motor listrik untuk menjalankan mobil listrik (Seprahmana, 2019).
Throttle atau pedal gas adalah salah satu sinyal yang diterima oleh controller dan output yang dihasilkan adalah sinyal analog dari kecepatan motor listrik.
Respon throttle dari mobil listrik akan berbeda dari mobil yang menggunakan mesin pembakaran dalam atau mobil konvensional yang menggunakan bahan bakar minyak. Respon throttle dari mobil listrik akan sepenuhnya diteruskan ke motor listrik. Motor listrik tidak memerlukan putaran idle, jadi jika trhottle atau pedal gas diinjak, motor akan dalam kondisi mati listrik. Contoh pengontrol pada mobil listrik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 (Seprahmana, 2019).
Gambar 2.5 Controller Mobil Listrik (Kuswardana, 2016).
2.3 Sprocket
Sprocket merupakan elemen mesin yang dapat mentransmisikan daya yang lebih besar, putaran yang lebih tinggi dan tepat bila dibandingkan dengan belt dan pulley. Dalam proses pembuatannya, pemasangannya dan perawatannya memerlukan ketelitian yang lebih tinggi. Sprocket adalah roda bergerigi yang berpasangan dengan rantai, track, atau benda panjang yang bergerigi lainnya.
Sprocket berbeda dengan roda gigi; sproket tidak pernah bersinggungan dengan sprocket lainnya dan tidak pernah cocok. Sprocket juga berbeda dengan pulley di mana sprocket memiliki gigi sedangkan puli pada umumnya tidak memiliki gigi.
Sprocket yang digunakan pada sepeda, sepeda motor, mobil, kendaraan roda rantai, dan mesin lainnya digunakan untuk mentransmisikan gaya putar antara dua poros
12
di mana roda gigi tidak mampu menjangkaunya. Sprocket pada sepeda merubah rasio kecepatan putar secara keseluruhan dilakukan dengan memvariasikan diameter dari sproket. Perubahan diameter sprocket akan mengubah jumlah gigi dari sprocket. Rasio kecepatan yang rendah menguntungkan pengguna sepeda di jalan yang menanjak, sedangkan rasio kecepatan yang tinggi memudahkan untuk bergerak cepat di jalan yang datar. Sprocket pada sepeda motor, tidak ada pengubahan diameter sprocket ketika bergerak. Namun perubahan diameter sproket secara manual mampu mengubah tingkat akselerasi dan kecepatan tertinggi dari sepeda motor. Contoh sprocket ditunjukkan pada Gambar 2.6 (Luthfianto, 2017).
Gambar 2.6 Sprocket (Khurmi, R. S. & Gupta, 2005).
2.4 Rantai
Rantai adalah komponen mesin yang kuat dan bisa diandalkan dalam menyalurkan daya melalui gaya tarik dari sebuah mesin. Rantai terutama digunakan
13 dalam power transmission dan sistem konveyor. Rantai paling sering digunakan sebagai komponen hemat biaya dari mesin power transmission untuk beban berat dan kecepatan rendah. Rantai lebih sesuai untuk aplikasi tanpa henti dengan masa operasional jangka panjang dan penyaluran daya dengan fluktuasi torsi terbatas.
Bagaimanapun juga, rantai juga bisa digunakan dalam kondisi berkecepatan tinggi, misalnya, di sepeda motor dan di penggerak camshaft mesin mobil. Contoh rantai ditunjukkan pada Gambar 2.7 (Luthfianto, 2017).
Gambar 2.7 Rantai (Khurmi, R. S. & Gupta, 2005).
2.5 Transmisi Sprocket and Chain
Transmisi merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk mentransmisikan daya. Sejauh ini transmisi telah mengalami berbagai perkembangan, baik dari segi desain maupun jenis material yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari suatu mesin. Transmisi mempunyai banyak jenis model dan fungsinya karena berkembang seiring bertambahnya kebutuhan terhadap penyalur daya (Luthfianto, 2017).
Transmisi sprocket and chain merupakan transmisi yang sangat memiliki nilai efisiensi yang tinggi dibandingkan dengan transmisi pulley and belt. Berbeda dengan jenis pulley and belt yang menggunaka sabuk untuk mentransmisikan daya melalui pulley, transmisi sprocket and chain menggunakan rantai untuk mentransmisikan daya melalui roda gigi. Salah satu keuntungan atau keunggulan menggunakan transmisi sprocket and chain adalah tidak mudah untuk terjadinya
14
slip yang dikarenakan transmisi sprocket and chain ini menggunakan rantai untuk mentransmisikan daya. Adapun rantai yang digunakan terdiri dari sejumlah sambungan kaku yang berengsel dan disambungkan dengan pi untuk mendapatkan fleksibilitas saat penggunaannya. Contoh transmisi sprocket and chain ditunjukkan pada Gambar 2.8 (Khurmi, R. S. & Gupta, 2005).
Dalam penggunaan transmisi sprocket and chain memiliki keuntungan sebagai berikut:
1. Mampu meneruskan daya yang besar karena kekuatan yang besar.
2. Tidak memerlukan tegangan awal.
3. Keausan kecil pada bantalan rantai.
4. Mudah salam pemasangannya.
Disamping keuntungan-keuntungan yang dimiliki oleh transmisi sprocket and chain, dipihak lain transmisi sprocket and chain juga memiliki kekurangan, yaitu:
1. Variasi kecepatan yang tak dapat dihindari karena lintasan busur pada sprocket yang mengait pada mata rantai.
2. Suara dan getaran karena tumbukan antara rantai dan dasar gigi sprocket.
3. Perpanjangan rantai karena keausan yang diakibatkan oleh gesekan rantai dengan sprocket.
Gambar 2.8 Transmisi Sprocket and Chain (Khurmi, R. S. & Gupta, 2005).
2.6 Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)
Gerak lurus berubah beraturan (GLBB) adalah gerak benda dalam lintasan garis lurus yang memiliki percepatan tetap. Pada gerak lurus berubah beraturan, gerak benda dapat mengalami percepatan atau perlambatan. Gerak benda yang mengalami percepatan disebut gerak lurus berubah beraturan dipercepat, sedangkan
15 gerak yang mengalami perlambatan disebut gerak lurus berubah beraturan diperlambat. Benda yang bergerak semakin cepat dapat dikatakan bahwa benda tersebut mengalami percepatan. Contoh grafik jarak terhadap waktu dan grafik kecepatan terhadap waktu ditunjukkan pada Gambar 2.9 (Karyono, 2009).
Gambar 2.9 (a) Grafik Jarak Terhadap Waktu (b) Grafik Kecepatan Terhadap Waktu (Karyono, 2009).
Berdasarkan gambar 2.7, Waktu (t) memiliki pengaruh terhadap kecepatan dan jarak tempuh. Gambar 2.7 (a) menunjukkan pengaruh jarak terhadap waktu, dimana semakin jauh jarak tempuh maka waktu tempuh akan semakin meningkat. Gambar 2.7 (b) menunjukkan pengaruh kecepatan terhadap waktu tempuh, dimana kecepatan akan seiring meningkat terhadap waktu tempuh (Karyono, 2009).
2.7 Kecepatan
Kecepatan adalah perbandingan jarak tempuh dan waktu yang digunakan untuk menempuhnya. Jarak adalah suatu besaran skalar, sedangkan perpindahan adalah suatu besaran vektor. Jika kita mengendarai mobil selama tiga jam perjalanan dan menempuh jarak 180 km maka dapat dikatakan bahwa kelajuan rata- rata adalah 180 km/3 jam atau 60 km/jam (Karyono, 2009).
𝑣 =𝑠
𝑡 (2.1) dimana, v = kecepatan (𝑚⁄𝑠)
s = total jarak tempuh (m) t = waktu yang diperlukan (s)
(Karyono, 2009)
16
2.8 Percepatan
Percepatan merupakan perubahan kecepatan yang terjadi karena adanya perubahan gaya total yang bekerja pada suatu benda (Karyono, 2009). Jika suatu objek memiliki kecepatan awal yang tetap atau konstan kemudian kecepatan objek tersebut mengalami pertambahan kecepatan dari kecepatan awal maka hal tersebut dinamakan dengan percepatan (Kuswardana, 2016).
𝑎⃗ =∆𝑣⃗⃗
∆𝑡 (2.2) dimana, 𝑎⃗ = percepatan (𝑚
𝑠2
⁄ )
∆𝑣⃗ = perubahan kecepatan (𝑚
⁄𝑠)
∆𝑡 = Perubahan waktu (s)
(Karyono, 2009).
2.9 Penelitian Terdahulu
Berikut adalah rangkuman hasil penelitian terdahulu yang memiliki keterkaitan dengan penelitian yang telah dilakukan.
Tabel 2.1 Penelitian Terdahulu Nama dan
Tahun Publikasi
Judul Referensi Hasil
Zumain, 2009
Prototipe Mobil Listrik Dengan Menggunakan
Motor DC Magnet Permanen 0,37 HP Metode Pengujian:
Eksperimen
1. Mobil listrik yang dibuat ini pada kecepatan maksimum mampu menempuh jarak sejauh 44,224 meter dalam satu menit.
Prasetyoso, 2013
Rancang Bangun Sistem transmisi Sprocket Chain Pada Mobil Listrik Garnesa
Metode Pengujian:
Rancang Bangun
1. Semakin besar perbandingan gigi sprocket maka semakin besar percepatan yang dihasilkan, tetapi semakin kecil perbandingan gigi sprocket maka semakin besar kecepatan yang dihasilkan.
Luthfianto, 2017
Perencanaan Ulang Sistem Transmisi Rantai Mobil Nogogeni
Evo 3 Metode Pengujian:
Eksperimen
1. Kecepatan pada mobil listrik Nogogeni masih rendah dan tidak memenuhi syarat.
Besarnya kecepatan yaitu 1,7145m/s yang masih dibawah kecepatan izin yaitu 4 s/d 10m/s.
17 Nama dan
Tahun Publikasi
Judul Referensi Hasil
Sebaiknya untuk meningkatkan kecepatan mobil dilakukan penggantian diameter sprocket depan lebih besar karena kecepatan ini nantinya akan berpengaruh terhadap kecepatan maksimal mobil.
Paisal, 2018
Analisa Perbedaan Ratio Sprocket Pada
Sistem Transmisi Rantai Metode Pengujian:
Eksperimen
1. Penggunaan sistem transmisi rantai dengan jumlah gigi sprocket depan yang lebih banyak dibandingkan dengan jumlah gigi sprocket belakang yang lebih sedikit, membutuhkan daya dan beban rantai lebih besar, jika dibandingkan dengan penggunaan transmisi dengan jumlah gigi pada sprocket depan lebih kecil dari jumlah gigi sprocket belakangnya.
2. Sistem transmisi dengan jumlah gigi sprocket depan yang lebih sedikit dari jumlah gigi sprocket
belakangnya, hanya
membutuhkan daya yang lebih kecil, tetapi kecepatan yang diperoleh juga kecil, jika dibandingkan dengan menggunakan transmisi dengan jumlah gigi sprocket depan yang lebih banyak dari jumlah gigi sprocket belakangnya.
Seprahmana, 2019
Studi Eksperimental Performa Mobil Listrik
Enggang Evo2 Pada Lintasan Lurus 100
Meter Metode Pengujian:
Eksperimen
1. Kecepatan rata-rata pada variasi penekanan gas 100% sebesar 7,80 m/s dan percepatan rata- rata pada variasi penekanan gas 100% sebesar 1,00 m/s2
