5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mobil Listrik
Mobil listrik adalah mobil yang digerakan oleh satu atau lebih motor listrik, menggunakan energi listrik yang disimpan dalam baterai yang dapat diisi ulang atau perangkat penyimpanan energi lainnya. Motor listrik memberi mobil listrik torsi yang instan, serta menciptakan akselerasi yang kuat dan halus. Mobil listrik praktis pertama diproduksi pada tahun 1880-an.
Mobil listrik memiliki beberapa kelebihan yang potensial jika dibandingkan dengan mobil konvensional lainnya, yang paling utama adalah mobil listrik tidak menghasilkan emisi seperti kendaraan bermotor bakar. Selain itu, mobil listrik juga mengurangi emisi gas rumah kaca karena tidak membutuhkan bahan bakar fosil sebagai penggerak utamanya (binusuniversity, 2018).
Berikut adalah Gambar 2.1 yang merupakan contoh dari Mobil Listrik yang tengah berkembang di Indonesia yang diberi nama Mobil Listrik Lowo Ireng.
Gambar 2.1 Mobil Listrik Lowo Ireng
6
2.2 Komponen Utama pada Mobil Listrik
Umumnya komponen pada mobil listrik sama dengan mobil bahan bakar, komponen utama pada mobil listrik adalah motor listrik, kontroler, baterai.
2.2.1 Motor Listrik
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat beban. Motor listrik juga digunakan pada peralatan rumah tangga seperti, mixer, bor listrik, kipas angin. Di industri, motor listrik kadang kala disebut “kuda kerja”nya industri sebab diperkirakan bahwa motor listrik menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri. Berikut adalah Gambar 2.2 yang menyebutkan jenis dari Motor Listrik.
Gambar 2.2 Macam-Macam Motor Listrik (Nugroho, 2006)
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama yaitu arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/torque untuk memutar kumparan. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamo untuk memberikan tenaga putaran yang lebih
7 seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan (BinusUniversity, 2018).
Berdasarkan Gambar 2.2, motor listrik jenis AC menggunakan prinsip induksi pada langkah kerjanya. Sedangkan motor DC perkembangan diawali oleh brushed DC motor, yang menggunakan sikat untuk mengalirkan arus ke rotor seringkali menimbulkan masalah ausnya ‘sikat’. Maka dikembangkan motor listrik DC tanpa sikat atau Brushless DC Motor yang mempunyai kelebihan yaitu efisiensi tinggi, umur panjang, konsumsi energi yang kecil. Karakteristik yang dimiliki Motor BLDC, yaitu torsi yang dikeluarkan akan menurun seiring dengan meningkatnya kecepatan putaran dari motor (Larminie & Lowry, 2003).
Berikut adalah Gambar 2.3 dan Gambar 2.4 yang merupakan bentuk konstruksi yang umum pada Brushless DC motorada dua yaitu Radial (silindris) BLDC motor dan Axial flux permanent magnetic (pancake) BLDC motor (Nurtriartono, 2014).
Gambar 2.3 Konstruksi Silindris Radial (a) Outside Rotor (b) Inside Rotor (Nurtriartono, 2014)
Gambar 2.4 Konstruksi Pancake Axial Flux PM Motor (a) Stator dan Rotor Tunggal (b) Stator dan Rotor Ganda (Nurtriartono, 2014)
8 Dalam penelitian ini, jenis motor listrik yang akan digunakan untuk penelitian adalah jenis motor Axial Flux PM BLDC motor sebagai penggerak utama mobil listrik Enggang Evo 3.
2.2.2 Baterai LiFePO4
Baterai adalah perangkat yang dapat mengkonversi energi kimia yang terkandung pada bahan aktif komponen penyusun baterai menjadi energi listrik melalui reaksi elektrokimia reduksi dan oksidasi. Reaksi reduksi adalah reaksi penambahan elektron dan penurunan bilangan oksidasi, sedangkan oksidasi adalah reaksi pelepasan elektron dan penambahan bilangan oksidasi.
Terdapat dua klasifikasi baterai, yaitu baterai primer dan baterai sekunder.
Baterai primer adalah baterai yang tidak dapat diisi ulang dan hanya dapat digunakan sekali pakai, sedangkan baterai sekunder adalah baterai yang dapat digunakan berkali- kali karena dapat diisi ulang. Kemampuan baterai sekunder untuk diisi ulang dikarenakan reaksi elektrokimianya yang bersifat reversible sehingga baterai sekunder dapat mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik pada proses dischargingdan mengkonversi energi listrik menjadi energi kimia pada proses charging.
Salah satu tipe baterai sekunder yang telah banyak digunakan adalah lithium- ion. Baterai lithium-ion memiliki densitas energi dan tegangan yang tinggi serta memiliki siklus hidup yang panjang. Bahan yang umum digunakan sebagai katoda pada baterai lithium-ion adalah lithium cobalt oxide (LiCoO2), tetapi unsur kobalt yang terkandung dalam LiCoO2 merupakan logam berat yang berbahaya untuk lingkungan, memiliki harga yang mahal, bersifat reaktif dan tidak stabil pada temperatur tinggi sehingga rentan terjadi ledakan. Bahan alternatif yang dapat dijadikan sebagai pengganti LiCoO2 adalah lithium ion phosphate (LiFePO4). LiFePO4 telah diperkenalkan sebagai bahan untuk katoda pada baterai lithium-ion sejak tahun 1997, karena memiliki keunggulan diantaranya memiliki biaya yang rendah, tidak bersifat reaktif, serta ramah lingkungan. Selain itu LiFePO4 memiliki kapasitas spesifik yang lebih tinggi (170 mAh/g) dibandingkan LiCoO2 (100mAh/g) (Satriyadi, 2016). Berikut adalah Gambar 2.5 yang merupakan contoh dari baterai LiFePO4.
9 Gambar 2.5 Baterai LiFePO4 (a123batteries.com, 2020)
Pada Gambar 2.5 adalah baterai yang digunakan pada mobil listrik Enggang Evo 3 dengan jenis baterai LiFePO4, dengan jumlah cell sebanyak 252 cell baterai dengan rangkaian permodul sebanyak 18 paralel dan setiap modul dirangkai secara seri sebanyak 14. Dengan spesifikasi tegangan 46V, kapasitas 45,65 Ah, dan daya 2,1 kW.
Berikut adalah Gambar 2.6 yang merupakan contoh rangkaian modul baterai pada mobil listrik.
Gambar 2.6 Rangkaian Baterai LiFePO4 Pada Mobil Listrik Enggang Evo 3
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
10 (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 effect hall dan throttle. Sinyal output yang dihasilkan adalah sinyal Pulse Width Modulation (PWM) dan sinyal analog dalam bentuk kecepatan putar dari motor listrik untuk menjalankan mobil listrik (Mukhlisin, 2015).
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 throttle atau pedal gas diinjak, motor akan dalam kondisi mati listrik (Leitman & Brant, 2009).
Berikut adalah Gambar 2.7 yang merupakan contoh dari controller pada mobil listrik beserta wiring diagram yang dirangkai pada mobil listrik.
Gambar 2.7 Controller (www.goldenmotor.com)
11
2.3 Kecepatan
Kecepatan adalah rata-rata jarak yang dapat ditempuh suatu kendaraan pada suatu ruas jalan dalam satu satuan waktu tertentu. Kecepatan dari suatu kendaraan dipengaruhi oleh faktor-faktor manusia, kendaraan dan prasarana, serta dipengaruhi pula oleh arus lalu lintas, kondisi cuaca dan lingkungan alam sekitarnya. Dengan didapatnya waktu perjalanan dan jarak perjalanan maka kecepatan perjalanan dan kecepatan bergerak akan didapat. Berikut adalah Persamaan 2.1 yang merupakan persamaan mencari kecepatan.
(Karyono, 2009).
𝑉 = 𝑠
𝑡 (2.1)
Dimana :
V = Kecepatan (m/s)
s = Jarak yang ditempuh (m) t = Waktu tempuh kendaraan (s)
2.4 Percepatan
Percepatan merupakan perubahan kecepatan yang terjadi karena adanya perubahan gaya total (gaya bersih) yang bekerja pada suatu benda. Dalam kehidupan sehari-hari percepatan terjadi pada saat menggunakan sepeda motor dimana adanya perubahan kecepatan awal sebesar 0 𝑘𝑚⁄ℎmenjadi 40 𝑘𝑚⁄ℎ (Karyono, 2009). Hal ini juga biasa disebut sebagai akselerasi. Berikut adalah Persamaan 2.2 yang merupakan persamaan mencari percepatan.
𝑎⃗ =∆𝑣⃗⃗
∆𝑡 (2.2)
dimana, 𝑎⃗ = Percepatan (𝑚 𝑠2
⁄ )
∆𝑣⃗ = Perubahan kecepatan (𝑚
⁄𝑠)
∆𝑡 = Perubahan waktu (s)
(Karyono, 2009)
12
2.5 Sistem kemudi
Sistem kemudi berfungsi untuk memungkinkan perubahan arah ke mana kendaraan itu bergerak, pengarahan ini dilakukan oleh kemudi dengan memutarkan roda kemudi untuk merubah arah roda-roda depan. Perputaran roda kemudi memutarkan poros utama yang berhubungan dengan roda kemudi, roda gigi kemudi yang terdapat pada bagian bawah poros utama merubah gerak poros utama menjadi gerakan mendatar dan gerakan ini dipindahkan ke lengan pitmen yang berhubungan dengan roda-roda depan bantuan sambungan-sambungan, bila sebuah roda terdorong maka roda lainnya akan tertarik dan memungkinkan roda-roda berputar mengelilingi sambungan roda (Daryanto, 2005).
2.6 Geometri Kemudi
Kondisi ideal dari kendaraan belok disebut juga sebagai kondisi ackerman yaitu dimana pada saat semua roda tidak terjadi sudut slip, sehingga arah gerak dari roda sama dengan arah bidang putar dari roda. Perhitungan ackerman dilakukan untuk menemukan radius putaran serta sudut putar mobil.Berikut adalah Gambar 2.8 yang merupakan gambar dari sudut belok kendaraan.
Gambar 2.8 Sudut Belok (Herdianto, 2013)
Berikut adalah Persamaan 2.3 yang merupakan persamaan dari radius belok kendaraan.
(Herdianto, 2013).
δ = tan−1𝐿 𝑅
13 R = 𝐿
tan δ
∗ R = 1,525𝑚
tan 300 = 2,64𝑚
∗ R = 1,525𝑚
tan 250 = 3,27𝑚
(2.3) Dimana pada Gambar 2.8 dijelaskan, R adalah radius belok (mm) ; L adalah wheelbase (mm) dan δ adalah sudut belok.
2.7 Penelitian Terdahulu
Berikut adalah Tabel 2.1 yang merupakan tabel penelitian terdahulu yang memiliki keterkaitan dengan penelitian yang dilakukan.
Tabel 2.1 Penelitian Terdahulu
No. Nama dan Tahun Penelitian Hasil
1 Kafabi dkk, 2018 Metode : Analisis Stabilitas Belok Rancangan Kendaraan Ganesha Sakti (Gaski)
Berpenggerak Differential Motor Brushless DC Menggunakan Metode Kalkulasi Quasi Dinamik Berbasis Software Microsoft Visual Studio C#
Hasil : Pada kecepatan konstan kendaraan cenderung memiliki perilaku understeer pada saat berbelok dengan radius belok yang besar 2 Dantes, 2013 Metode : Karakteristik Perilaku Arah Belok
Kendaraan Tossa Hercules Ditinjau Dari Sudut Jalan
Hasil : Kendaraan cenderung mempunyai perilaku responsive pada saat berbelok yaitu oversteer pada saat kecepatan konstan
14
No. Nama dan Tahun Penelitian Hasil
3 Seprahmana, 2019 Metode : Studi Eksperimental Peforma Mobil Listrik Enggang Evo 2 pada Lintasan Lurus 100 meter
Hasil : Kecepatan rata-rata pada variasi penekanan gas 100% sebesar 7,00 m/s dan percepatan rata-rata pada variasi penekanan gas 100% sebesar 1,00 m/s2
4 Sitong Lu dkk, 2014 Metode : The Influence of the steering wheel angle on vehicle handling stability
Hasil : The vehicle speed is higher when the steering angle is smaller
