7/22/2019 7105040043_m.pdf

1/9

1

SISTEM CHARGING BATERAI PADA PERANCANGAN MOBIL

HYBRID

Umar Hasan#1

, Ir. Dedid Cahya H.,MT.#2

Mahasiswa Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya#3

Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111Telp (+62) 031-59447280 .Fax (+62) 031-5946114

umarh@live.comdedid@eepis-its.edu

Abstrak

Mobil hybridsaat ini menjadi pembicaraan di dunia otomotif. Kendaraan ini membutuhkan pengisian baterai dari

dua sumber yaitu PLN dan alternator. Kemampuan pengisian baterai pada kendaraan yang tepat dapat menjaga bateraiawet dan tahan lama. Namun demikian, masih banyak penelitian yang belum sempurna untuk mendapatkan kemampuan

tersebut. Oleh karena itu dibutuhkan metode yang tepat dan efisien. Pada proyek akhir kali ini akan digunakan metodepengisian baterai yang dapat menjaga kestabilan arus pengisian baterai yang aman dengan mengontrol perubahan aruspengisian. Arus pengisian sebesar 10 % ( 0.1 C ) dari kapasitas baterai. Selain itu pada saat tegangan baterai tercapai

sebesar 13.8 V, pengisian harus dihentikan agar baterai tidak cepat rusak. Pengisian dari PLN menggunakan penyulutanSCR dengan mengatur besar sudut penyulutan. Penyulutannya menggunakan IC TCA785 dengan mengatur kaki pada pin11 sebesar 0-10 V melalui potensiometer dan PWM pada mikrokontroler Arduino Nano ATMega328. Sedangkan

pengisian menggunakan alternator, merupakan pengisian dengan tegangan tetap.Dengan menggunakan metode tersebut,kemampuan pengisian yang dihasilkan berkisar antara 02.5 A dengan tegangan baterai saat penuh adalah 13.8 V untuk

baterai dengan tipe lead acid 12 V 10 AH. Oleh karena itu proyek akhir ini bisa digunakan pada mobil hybrid dengankemampuan arus pengisian sampai 25 % dari kapasitas baterai.

Kata Kunci : Baterai, Charging, Hybrid, Alternator

Abstract

Hybrid cars currently the talk of the automotive world. These vehicles require charging the battery from the twosources of PLN and the alternator. Battery charging capability on the right vehicle can maintain lasting and durablebatteries. However, more research is not yet perfect to get those skills. It is therefore necessary that proper and efficient

method. At the end of this project will use a battery charging method which can maintain the stability of a secure batterycharging current by controlling the charging current changes. Charging current by 10% (0.1 C) of the battery capacity.

Also when the battery voltage of 13.8 V is reached, the charging should be stopped so that the battery is not quicklybroken. Charging of PLN using SCR with a set of ignition point of ignition. The trigger uses IC TCA785 to set foot on the

pin 11 through a potentiometer of 0-10 V and PWM on the Arduino microcontroller ATMega328 Nano. While chargingusing the alternator is charging a fixed voltage.Using these methods, the resulting charging capability ranges from 0 - 2.5

A with a full battery voltage is 13.8 V while for the type of lead acid battery 12 V 10 AH. Therefore, this final project canbe used in hybrid cars by charging current capability up to 25% of battery capacity.

Keyword : Battery, Charging, H ybrid, Alternator

1. PendahuluanMobil saat ini hanya mengandalkan alternator

sebagai masukan charging aki, tanpa memikirkankondisi saat mesin mati. Padahal pada waktu mesin

mati ada sumber lain yang dapat digunakan sebagai

masukan aki, yaitu jala-jala PLN. Oleh karena itulahsebaiknya sistem charging untuk aki mobil dibuat

secara bergantian dan dilakukan tanpa merusak akitersebut.

2. Dasar Teori2.1 Alternator[3]

Alternator atau yang lebih kita kenal sebagai"Dinamo Amper" merupakan suatu unit yang

berfungsi sebagaipower supply dan charging system.

Fungsi alternator adalah untuk mengubah energi

mekanis yang didapatkan dari mesin tenaga listrik .Energi mekanik dari mesin disalurkan sebuah

puli,yangmemutarkan roda dan menghasilkan arus listrik bolak-

balik pada stator. Arus listrik bolak-balik ini kemudiandirubah menjadi arus searah oleh diode-diode.

Komponen utama alternator adalah : rotoryang menghasilkan medan magnet listrik, stator yang

menghasilkan arus listrik bolak-balik, dan beberapadiode yang menyearahkan arus. Komponen tambahanlain adalah : sikat-sikat yang menyuplai arus listrik kerotor untuk menghasilkan kemagnetan (medanmagnet), bearing-bearing yang memungkinkan rotor

dapat berputar lembut dan sebuah kipas untukmendinginkan rotor, stator dan diode.

mailto:umarh@live.commailto:umarh@live.commailto:dedid@eepis-its.edumailto:dedid@eepis-its.edumailto:dedid@eepis-its.edumailto:umarh@live.com

7/22/2019 7105040043_m.pdf

2/9

2

Konstruksi alternator bagian-bagiannya terdiridari :

Gambar 2.1 Bagian-bagian Dari Alternator

a. Pull (pully)Puli berfungsi untuk tempat tali kipas

penggerak rotor.

b.

Kipas (fan)Fungsi kipas adalah untuk mendinginkandiode dan kumparan-kumparan pada

alternator.c. Rotor

Rotor merupakan bagian yang berputar didalam alternator, ada rotor terdapat kumparan

rotor (rotor coil) yang berfungsi untukmembangkitkan kemagnetan. Kuku-kuku yangterdapat pada rotor berfungsi sebagai kutub-kutub magnet, dua slip ring yang terdapat pada

alternator berfungsi sebagai penyalur listrikke kumparan rotor. Untuk lebih jelasnyaterlihat pada gambar 2.2 berikut

Gambar 2.2 Konstruksi Rotor

Rotor ditumpu oleh dua buah bearing,

pada bagian depannya terdapat puli dan kipas,sedangkan di bagian belakang terdapat slipring.

d. Stator

Gambar 2.3 Konstruksi dan Coil

Stator

Pada gambar 2.3 terlihat konstruksi dan

stator coil. Kumparan stator adalah bagianyang diam dan terdiri dari tiga kumparan yang

pada salah satu ujung-ujungnya dijadikan satu.Pada gambar sebelah kanannya terlihat teori

gambar konstruksi ini disebut hubungan Yatau bintang tiga fhase. Bgian tengah yangmenjadi satu adalah pusat gulungan.Dan

bagian ini disebut terminal N. Pada bagianujung kabel lainnya akan menghasilkan arus

bolak-balik (AC) tiga phase.

e. Rectifier(Diodes)

Gambar 2.4 Rangkaian Penyearah Penuh

3 Fasa

Pada gambar 2.4 memperlihatkankonstruksi dan hubungan antara stator coildengan diode. Ketiga ujung dari statordihubingkan dengan kedua macam diode. Pada

model yang lama terdapat dua bagian yangterpisah antara diode positif (+) dan diodenegative (-). Bagian positif (+) mempunyairumah yang lebih besar daripada yang negatif

(-). Selain perbedaan tersebut ada lagi

perbedaan lainnya yaitu strip merah padadiode positif dan strip hitam pada diodenegative. Fungsi dari diode adalahmenyearahkan arus bolak-balik (AC) yang

dihasilkan oleh stator coil menjadi arus searah(DC). Diode juga berfungsi mencegah arus

balik dari baterai ke alternator.

2.2 Silicon Control Rectifier (SCR) [4]Silicon Control Rectifier (SCR) merupakan

salah satu jenis thyristor yang prinsip kerjanya mirip

7/22/2019 7105040043_m.pdf

3/9

3

dengan dioda namun dilengkapi gate untuk mengaturbesarnya fasa yang dilalukan. Simbolnya terlihat padagambar 2.5 (a). SCR adalah komponen semikonduktor

yang terbentuk dengan struktur empat lapis PNPN(Positif-Negatif-Positif-Negatif) dengan tiga lapisansambungan PN. SCR memiliki tiga terminal yaituanoda, katoda dangate. Sambungan PN (PN junction)

berturut-turut dari anoda diberi simbol J1, J2 dan J3seperti terlihat pada gambar 2.5(b).

(a) (b)

(c)

Gambar 2.5 (a) Simbol, (b) struktur fisik, dan (c)

karateristik SCR (Rashid,1999)

Dari gambar 2.5(c) dapat dipelajari sistemoperasi SCR. Apabila tegangan anoda lebih positif

dari katoda, sambungan J1 dan J3 pada kondisiforward bias dan J2 pada kondisi reverse bias. Padakondisi ini SCR masih dalam kondisi memblokirtegangan maju. Agar arus dapat mengalir dari anoda

ke katoda, maka diberikan tegangan antara gate

terhadap katoda. Jika pada katoda tegangan lebihpositif dari anoda, sambungan J2 terbias majusedangkan J1 dan J3 terbias mundur. Hal ini seperti

dioda-dioda yang terhubung seri dengan teganganbalik bagi keduanya. SCR akan berada pada kondisireverse blocking dan arus bocor reverse (currentreverse) akan mengalir melalui divais. SCR dapat

dihidupkan dengan meningkatkan tegangan majuVAK diatas VBO, tetapi kondisi ini bisa merusakkomponen. Dalam penggunaannya, harus mengetahuicara-cara pengoperasian SCR yaitu dengan metode

membuat SCR dalam kondisi menyala atau pemicuandan metode membuat SCR dalam kondisi tidakmenghantar atau komutasi. Metode yang digunakan

pada SCR adalah pemicuan melalui gate (pemberianarus gate) yang dilakukan dengan memberi tegangankecil saja pada gate katoda (tergantung spesifikasi

produk), maka arus gate dapat mengalir dan membuat

kondisi SCR dalam keadaan on. Daerah kerja SCRadalah 0-180 (sifat umum dioda), maka hanya pada

daerah tersebut pengontrolan fasa dapat dilakukan.Apabila SCR telah terpicu, maka SCR berada dalamkondisi menghantarkan arus listrik. Untuk pengaturan

fasa atau menghentikan arus listrik maka diperlukanmetode komutasi yaitu mengusahakan tegangan padaSCR adalah nol, sehingga arus tidak mengalir. Pada

saat itu dapat dipastikan bahwa SCR dalam kondisitidak dapat menghantarkan arus listrik dari anoda kekatoda hingga pemicuan dimasukkan kembali.

Gambar 2.6 adalah rangkaian sederhana SCR

dan pemicuan SCR sebesar serta bentuk gelombangyang dihasilkan (Rashid,1999).

(a) (b)Gambar 2.6 (a) Rangkaian sederhana SCR (b)

Bentuk gelombang hasil pemicuan SCR(Rashid,1999)

Gambar 2.6(a) menunjukkan rangkaiansederhana SCR. Gambar 2.6(b) menunjukkan jika

SCR dipicu pada , maka arus akan ditahan dari 0-

dan arus akan melewati SCR secara penuh dari -

180. Pada 180-360 SCR akan terbias mundur danpemicuan tidak akan berguna karena SCR hanya dapatmenghantarkan arus jika terbias maju, sedangkanapabila terbias mundur SCR akan membloking arus.

2.3 Battery [6]Battery atau sering disebut aki, adalah salah

satu komponen utama dalam kendaraan bermotor, baik

mobil atau motor, semua memerlukan aki untuk dapatmenghidupkan mesin kendaraan (mencatu arus padadinamo stater kendaraan). Aki mampu mengubah

tenaga kimia menjadi tenaga listrik.Dikenal dua jenis elemen yang merupakan

sumber arus searah (DC) dari proses kimiawi, yaituelemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer

terdiri dari elemen basah dan elemen kering. Reaksikimia pada elemen primer yang menyebabkan elektronmengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda

positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Maka jika

7/22/2019 7105040043_m.pdf

4/9

4

muatannya habis, maka elemen primer tidak dapatdimuati kembali dan memerlukan penggantian bahan

pereaksinya (elemen kering). Sehingga dilihat dari sisi

ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros.Contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells).

Elemen sekunder dalam pemakaiannya harusdiberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan,

yaitu dengan cara mengalirkan arus listrik (secaraumum dikenal dengan istilah 'disetrum'). Akan tetapi,

tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapatdimuati kembali berulang kali. Elemen sekunder inilebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki

berlangsung proses elektrokimia yang reversibel(bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Yangdimaksud dengan proses elektrokimia reversibel yaitu

di dalam aki saat dipakai berlangsung prosespengubahan kimia menjadi tenaga listrik(discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati,terjadi proses tenaga listrik menjadi tenaga kimia

(charging).Besar ggl yang dihasilkan satu sel aki adalah 2

Volt. Sebuah aki mobil terdiri dari enam buah aki

yang disusun secara seri, sehingga ggl totalnya adalah12 Volt. Accu mencatu arus untuk menyalakan mesin(motor dan mobil dengan menghidupkan dinamostater) dan komponen listrik lain dalam mobil. Padasaat mobil berjalan aki dimuati (diisi) kembali sebuah

dinamo (disebut dinamo jalan) yang dijalankan dariputaran mesin mobil atau motor.

Pada aki kendaraan bermotor arus yangterdapat di dalamnya dinamakan dengan kapasitas aki

yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam).Contohnya untuk aki dengan kapasitas arus 5 AH,maka aki tersebut dapat mencatu arus 5 Ampereselama 1 jam atau 1 Ampere selama 5 jam.

2.2.1 Jenis-jenis Baterai :

Baterai yang banyak dipakai pada kendaraanadalah tipe secondary cell (storage battery ataugalvanic battery) yang memungkinkan untuk dapatmengeluarkan dan mengisi kembali muatan

listriknya.1.Lead-Acid Battery

Jenis battery battery ini terdiri dari lead peroxide(PbO2) sebagai pelat electrode (anode) positive

(+), discharge lead (Pb) sebagai pelat electrode(cathode) negative (-) dan larutan asam belerang(H2SO4) sebagai electrolyte. Kelebihan dankelemahannya adalah sebagai berikut.

(1) Kelebihan lead-acid battery

Tingkat bahayanya lebih sedikit

dibandingkan dengan jenis lainnya, karenareksi kimianya terjadi dalam temperaturruangan.

Dapat diandalkan dan harganya juga relatif

murah.

(2) Kelemahan lead-acid battery

Energinya sekitar 40Wh/kgf, lebih rendahdari yang lainnya.

Umurnya kurang tahan lama dan

memerlukan waktu pengirisan kembaliyang lebih lama.

2.Alkali Battery(Ni-Cd Battery)Ada dua battery alkalin yaitu Ni-Fe battery

dan Ni-Cd battery. Di-nickel-hydroxide

[2NiO(OH)] dan iron (Fe) digunakan pada Ni-Febattery dan di-nickel-hydroxide [2NiO(OH)] dan

cadmium (Cd) digunakan pada Ni-Cd batterysebagai pelat anode (+) dan pelat cathode (-).Untuk electrolyte digunakan potassium hydroxide(KOH). Electrolyte digunakan hanya untuk

menggerakkan electrons bukan untuk reaksi kimiauntuk proses charging dan discharging, sehinggagravitasnya harus tidak berubah. Penutupnyaterbuat dari lembar baja yang dilapisi oleh nikel

atau plastik.Besarnya tegangan sekitar 1.2V per cell, dan

tegangan dalam keadaan diisi adalah sekitar 1.35V percell. Tegangannya akan turun ke 1.1V pada saatdipakai, namun akan meningkat kembali sampai ke

1.4~1.7V pada saat diisi kembali.

2.2.2 Metode Pengisian Baterai Lead-Acid [1]

Penelitian atau percobaan tentang chargedischarge telah menghasilkan banyak sekali metode

yaitu antara lain:

Constant current chargeMetode pengisian ini adalah mengisi setrum

dengan arus tetap mulai dari permulaan sampai akhir

proses pengisian. Secara garis besar arusnya :

Pengisian arus standar : 10 % dari

kapasaitas battery

Pengisian arus minimal : 5% darikapasitas battery

Pengisian arus maksimal : 20% dari

kapasitas batteryDan karasteristik pengisian arus tetap adalah

sebagai berikut:

a. Tegangan terminal pada awal proses pengisiannaik secara drastis dan setelah itu melambat turun.selanjutnya, pada saat mendekati 2.4V,tegangannya naik lagi, dan ketika tegangannya

dipertahankan.

b. Berat jenis elektrolit secara perlahan akan niakkarena dia tidak bergerak sampai gas dihasilkan.Pada saat gas dihasilkan, makakemudian akantetap di angka sekitar 1.280.

c. Jika tegangannya pada cell mencapai 2.3~2.4Vsetelah proses pengisian dimulai, maka akan

banyak gas yang dihasilkan. Alasannya adalahbahwa arus yang disuplai setelah diisi penuhdigunakan oleh elektolit air sulingan. Pada pelat

anode (+) oxygen dihasilkan dan hydrogendihasilkan pada pelat cathode (-). Status

penghasilan gas selama proses pengisian jugadigunakan sebagai alat untuk menentukan

selesainya proses pengisian. Disini gas hydrogengas adalah gas yang berbahaya karena merupakangas yang mudah meledak, sehingga hati-hati

jangan sampai terkena api.

7/22/2019 7105040043_m.pdf

5/9

5

d. Pada saat proses pengisian selesai, apabila beratjenis elektrolit dengan temperatur 20 derajatcelcius adalah lebih dari 1.280, maka perlu

ditambah air sulingan untuk mengatur agar beratjenisnya berada dilevel 1.280.Untuk lebih jelasnya terlihat pada gambar 2.7

berikut

Gambar 2.7 Karakteristik Pengisian Arus dan

Tegangan pada Constant Cur rent Charge

Constant voltage chargeMetode ini adalah proses pengisian yang

dilakukan dengan tegangan konstan dari awal sampaiakhir proses pengisian. Karakteristik pengisian terlihatseperti pada gambar Fig. 1-23; pada awal proses

pengisian, arus yang diberikan adalah besar. Setelah

beberapa lama, arusnya akan dikurangi. Dan padaakhirnya, arus tidak bisa mengalir diakhir proses

pengisian. Oleh karena itulah, tidak ada gas yangtimbul, sehingga performa pengisiannya lebih baik,

namun begitu, arus yang besar dapat mempengaruhiusia pemakaian battery-nya. Untuk lebih jelasnyaterlihat pada gambar 2.8 berikut

Gambar 2.8 Karakteristik Pengisian Arus danTegangan pada Constant Voltage Charge.

Variable Current ChargeMetode pengisian ini adalah proses pengisian

dengan arus variable. Dalam metode ini, efesiensi

pengisiannya bagus dan temperatur elektrolit secaraperlahan akan naik. Di akhir proses pengisian, arusnyaakan berkurang, sehingga bisa mengurangi hilangnyaarus dan bisa melindungi kerusakan akibat dari

timbulnya gas.

Quick ChargeCara ini biasanya menggunakan alat quick

charger untuk mempercepat waktu proses pengisian.

Quick charge tidak menimbulkan reaksi kimia karenadalamnya bahan elektroda, untuk itu perlu dilakukanmaintenance charge setelah proses quick chargeselesai.

Untuk mengetahui waktu dalam proses pengisian

accumulator, dapat menggunakan perhitungan padapersamaan (2.1) dan persamaan (2.2)

:

Lama pengisian Arus:.....................................................(2.1)

keterangan :

Ta = Lamanya pengisian arus (jam).Ah = Besarnya kapasitet accumulator (Ampere

hours).A = Besarnya arus pengisian ke accumulator(Ampere).

Lama pengisian Daya:.......................................... (2.2)

keterangan :Td = Lamanya pengisian Daya (jam).

Daya Ah = Besarnya daya yang didapat dariperkalian Ah dengan besartegangan accumulator (Watthours).

Daya A = Besarnya daya yang didapat dari perkalian

A dengan besar tegangan accumulator (Watt).

2.4 Arduino Nano ATmega328 [2]Arduino Nano ATmega328 merupakan modul

mikrokontroler yang kecil dan lengkap yangberdasarkan ATmega328. Secara umum memilikidigital dan analog port I/O yang dapat diakses

langsung(tanpa bingung inilsialisasi dalam binaryfile). Terdapat juga port untuk output PWM.

Gambar 2.9 merupakan konfigurasi pin darimodul arduino nano ATmega328

Gambar 2.9 Konfigurasi PINArduino NanoATMega328

7/22/2019 7105040043_m.pdf

6/9

6

Dari rangkaian

penyulut

Dari rangkaian

penyulut

Pin 1 dan 2 adalah Rx dan Tx.1. Pin 5 13 adalah I/O digital yang terdiri dari 6

output PWM (3,5,6,9,10,11), SPI (10,11,12,13)

dan pin untuk led (13).2. Pin 19 26 adalah input analog, bisa digunakan

untuk ADC.3. Tegangan yang diizinkan masuk dalam Vin adalah

7-12 V yang nantinya akan diregulasi oleh ICinternal manjadi +5V.

2.5 TCA 785 [5]IC TCA 785 merupakan produk dari Siemen

Semikonduktor Group yang dibuat untukmenghasilkan pulsa pemicu (trigger pulse) untukmengontrol fasa pada SCR, triac, dan transistor, antara

0 derajat hingga 180 derajat pada sumber teganganAC. IC TCA 785 memerlukan sumber tegangan antara8 Volt hingga 18 Volt, frekuensi kerja 10 Hz hingga500 Hz, serta temperatur kerja antara250 hingga 85oC. Sinkronisasi sinyal dibutuhkan denganmenggunakan resistansi tingkat tinggi dari linetegangan (Vs). Gambar 2.10 adalah bentuk fisik IC

TCA 785 :

Gambar 2.10 Bentuk Fisik TCA 785

IC ini dapat diaplikasikan pada kontroltegangan AC terkontrol (conventer) satu fasa dan tigafasa, dan kontrol tegangan DC terkontrol (DC

chopper). IC ini memiliki kaki (pin) sejumlah 16.Gambar 2.11 adalah konfigurasi pin IC TCA 785.

Gambar 2.11 Konfigurasi Pin TCA 785

3. Perencanaan dan Perencangan Sistem3.1 Pendahuluan

Bab ini membahas tentang perencanaanperangkat keras sistem charging baterai untuk mobil

hybrid. Hasil akhir yang diharapkan adalah perfomapengisian dan pengosongan baterai yang efektif danefisien. Perancangan perangkat keras yang akan

dijelaskan mengenai diskripsi sistem, spesifikasisistem, kebutuhan sistem dan desain sistem yang

terdiri dari desain proses, desain data dan desainalgoritma.

3.2 Deskr ipsi SistemPerangkat keras yang akan dibuat memiliki

tiga bagian utama yaitu pembuatan kontroler

alternator, pembuatan rangkaian fullwave rectifier dan

pembuatan rangkaian battery charger. Sistem chargingini menggunakan dua sumber masukan tegangan yaituPLN dan alternator yang akan saling bergantian dalam

pengisiannya. Untuk masukan dari PLN digunakansaat mesin dalam keadaan mati, sedangkan masukandari alternator digunakan saat baterai terbebani motor.Hasil akhir adalah sebuah sistem charging yang dapatmengatur keluaran tegangan baterai tetap konstan.

Gambar 3.1 berikut ini adalah blog diagramsistem yang akan dibuat:

Arduino Nano

ATMega328

Rangkaian

Isolasi

Rangkaian

Penyulutan

Sensor

TeganganSensor

Arus

LCD (16x2)

Baterai

Lead Acid

(12N10-3B)

Rangkaian Half

Controlled

Rectifier

Jala-jalaPLN

AlternatorRegulator

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Charging

3.3 Desain Sistem3.3.1 Desain Half Controlled 1 fasa

AC

G

K

G

K

3904

3904

330ohm 3

30ohm

330ohm 3

30ohm

24 V

Out +

Out +

Gambar 3.2 Rangkaian Half Controlled 1 fasa

Pada gambar 3.2 ini, rangkaian menggunakan2 SCR tipe BT 151 500R (maks. 12 A 500 V) dan 2

diode 6A10 (6 A 1000 V). Saat mendapat sinyal daripenyulut, SCR akan aktif dan meloloskan sinyal padasisi positif, begitu juga pada rangkian di bawahnya.

Pada gambar 3.2 merupakan half controlledrectifier dengan input 24 Vac, dengan contoh sudut

penyulutan 90o. Perhitungan dari Half controlled

rectifiersatu fasa tersebut adalah :Vdc = (Vm/)*(1+cos )(3.1)

7/22/2019 7105040043_m.pdf

7/9

7

Vdc = (24/3.14)*(1+cos 90)

Vdc = 7.64 * (1+0)

Vdc = 7.64V

I = Vdc/R..(3.2)

I = 7.64/1000

I = 7.64 mA

3.3.2 Perencanaan Rangkaian Penyulutan dengan

TCA 785

Gambar 3.3 Rangkaian Penyulutan

Dari gambar 3.3, dapat dijelaskan bahwa tegangan

input dari PLN adalah sebesar 24 Vac, sumber didapatdari jala-jala PLN yang diturunkan oleh trafo stepdown. Rsyncdiberi 36 K bertujuan untuk menjaga agararus yang masuk ke pin 5 tidak lebih dari 200 uA(datasheet IC). Regulator 7815 berperan untukmenjaga agar tegangan Vcc untuk IC TCA 785 stabil

pada 15 V (datasheet IC). Pada pin 11 dipasangmultiturn 10 K yang diseri dengan resistor 4,7 K,untuk mengatur tegangan pada pin 11 antara 0-10 Vdengan prinsip pembagi tegangan. Tengangan inilah

yang akan dibandingkan dengan tegangan pada pin 10,

sehingga didapatkan sudut penyulutan SCR antara 0o180o. Dengan rumus :

= (V11/V10)*180..(3.3)

Untuk menjaga agar IC lebih aman dari arus balikSCR, maka dipasang optocoupler(4N25) antara output(pin 14 dan 15) dan kaki gate katode SCR.

3.3.4 Perencanaan Antarmuka Mikrokontroler

Sensor Arus

Sensor

TeganganON-OFF

Output

PWM

LCD

16x2

D7

D6

D5

D4

E

RS

PB1

PB2

PB3

Gambar 3.4 Rangkaian Interfacing

Mikrokontroler

Pada gambar 3.4 ini, perencanaan hardware

untuk mengontrol arus dan tegangan pengisianbaterai, dibutuhkan sebuah modul Arduino nano

ATMega328, LCD 16x2, sensor arus (ACS 712),sensor tegangan dan 3 push button.

3.3.3 Perencanaan Kontroler Alternator

Output alternator adalah AC tiga fasa yang

disearahkan dengan dioda rectifier yang selanjutnyaakan dikontrol oleh IC regulator untuk menjaga agarkeluaran baterai tidak drop saat terbebani motor,rangkaiannya adalah sebagai berikut :

Gambar 3.5 Rangkaian IC RegulatorKontroler

Alternator

Dari gambar 3.5 dapat dijelaskan bahwa D+akan dihubungkan pada terminal positif baterai danoutput dari alternator. DF dihubungkan denganterminal yang menghubungkan ke rotor. Sedangkan

D- dihubungkan dengan terminal negatif baterai danbodi dari alternator.

7/22/2019 7105040043_m.pdf

8/9

8

Saat tegangan baterai drop kurang dari 13,maka T1 open sehingga T2 akan aktif dengan R3langsung ke ground, lalu akan mengalirkan arus ke

terminal DF sehingga tegangan dapat ditingkatkan.Saat tegangan melebihi 13 V, maka T1 aktif sehinggamengikat T2 menjadi open, sehingga tidak ada arusyang mengalir ke rotor,begitu setrusnya.

3.3.5 Perencanaan Software Untuk

Pengontrolan Charging

Untuk mendapatkan arus pengisian yangstabil diperlukan perhitungan yang diimplementasikan

pada modul Arduino Nano ATmega328. Berikut iniflowchartnya

MANUAL

START

NAIKKAN ARUS

ATAU

TURUNKAN

ARUS

AUTO

PILIH MODE

CHARGING

BATERAI

PENUH

NAIKKAN

TEGANGAN

CHARGING

FINISH

ARUS STABIL

MASUKKAN

TARGET ARUS

NO

YES YES

NO

YES

YES

NO

NO

Gambar 3.6 Flowchart Proses Charging

Gambar 3.6 ini menjelaskan bahwa proses

charging dibuat manual dan auto. Untuk manual, aruspengisian dinaikkan dengan menekan push button.Untuk auto, target arus ditentukan, lalu mikro akanmemroses agar sesuai target.

Untuk mendapatkan arus yang stabil, arusyang dideteksi dibandingkan dengan target yangdiberikan, jika arus yang dideteksi kurang dari target,maka mikro akan menaikkan tegangan penyulutan

sampai target tercapai, jika arus terlalu besar makamikro akan menurunkan tegangan penyulutan sampaitarget tercapai. Saat tegangan baterai terdeteksi 13.8 Vmaka relay akan on dan mematikan charging.

4. Pengujian dan AnalisaPengujian dan Analisa dilakukan untukmengetahui karakteristik dari setiap desain rangkaianyang dipakai dalam proyek akhir ini Khususnya dalamsetiap penggunaan rangkaian daya yang dipakai dalam

sistem charging.

4.1 Pengujian Half controlled RectifierPengujian Half controlled Rectifier dilakukan

untuk mengetahui keluaran dari rangkaian tersebut.Output dari rangkaian ini digunakan sebagai masukan

dari battery charger untuk mengisi ke aki. Sumber dariHalf Controlled Rectifier diperoleh dari jala-jala PLNyang sebagai masukan trafo step down. Output

sekunder dari trafo sebesar 24 Vac. Daya keluaran darifullwave rectifier tersebut digunakan untuk mengisi keaki. Hasil pengujian output dari Half controlledRectifier apabila dilihat dari oscilloscope pada gambar

4.1 sebagai berikut.

Gambar 4.1 Pengujian Rangkaian Half

controlled rectifier dengan penyulutan 90o

4.2 Pengujian Rangkain Penyulutan denganIC TCA785

Untuk data pengujian pada output rangkaian

half controlled rectifier ditunjukkan pada table 4.1

berikutTabel 4.1 Hasil Output Rangkaian Half

Controlled Rectifier

Dari table 4.1, rangkaian ini dapat digunakan untukcharging dengan tegangan yang digunakan pada range

1214 V.

4.3 Pengujian pada BateraiAda dua cara pengujian, yaitu dengan

menggunakan potensiometer dan keypad padamodul mikrokontroler.

PotensiometerPengaturan arus pengisian secara manual

dengan menaikkan perlahan sesuai dengan arus yang

diinginkan dengan kondisi tanpa umpan balik daribaterai ke rangkaian. Dengan potensiometer arusdapat dinaikkan perlahan dengan memutarnya dari 0

2.5 A.

Modul Arduino (Mikrokontroler)Arus pengisian yang diinginkan ditentukan

dengan push button (0 2.5 A), arus pengisian

selalu tetap seperti target yang diinginkan.Saat tegangan baterai terdeteksi 13.8, relay off

dan pengisian mati. Saat tegangan baterai terdeteksi9 V, relay on dan pengisian aktif.

Sudut

Penyulutan

(0180)

Tegangan

Keluaran

(VDC)

Arus

Keluaran

(mA)

0 18.6 18.6

45 14.9 14.9

90 9.9 9.9

135 4.9 4.9

180 0 0

7/22/2019 7105040043_m.pdf

9/9

9

Ada dua cara pengukuran, yaitu denganmenggunakan avometer dan tampilan pada LCD.

Adapun hasil pengujian dengan menggunakan

avometer ditunjukkan pada tabel 4.2 berikut :

Tabel 4.2 Data Pengisian Baterai berdasarkan

Avometer

Waktu

(menit)

Arus (A) Tegangan

Baterai (V)

1 1.06 9.7

20 1.06 12

40 1.06 12

60 1.05 12

80 1.03 12

100 1.03 12

160 1.01 12

370 0.95 12.7

490 0.93 13.2

560 0.9 13.5

580 0.9 13.8

600 0.9 13.8

Dari tabel 4.1 di atas, dengan menggunakanarus pengisian yang berkisar 1 A dengan toleransi

0.1 A. Sedangkan tegangan baterai yang terdeteksioleh avometer naik dari 9.7 V perlahan sampai padategangan maksimal baterai yaitu 13.8 V. Saattegangan mencapai 13.8 V, tegangan tidak dapat

naik lagi, sehingga tegangan baterai saat penuhmenurut pengujian adalah sebesar 13.8 V.

Sedangkan hasil pengujian berdasarkantampilan LCD akan ditunjukkan pada tabel 4.3

sebagai berikut :

Tabel 4.3 Data Pengisian Baterai berdasarkan

Tampilan LCD

Waktu

(menit)

Arus (A) Tegangan

Baterai (V)1 0.7 9.5

20 0.8 11.8

40 0.7 11.8

60 1.02 11.8

80 0.8 11.8

100 0.85 11.8

160 0.97 11.7

370 0.95 12.5

490 0.93 13

560 1.02 13.3

580 1.00 13.5

600 0.93 13.5

Berdasarkan tabel 4.2 ini, tampilan arus tidak

stabil dengan pergerakan naik turun denganmelebihi toleransi sebesar 0.1 A. Sedangkantegangan yang ditampilkan kurang 0.2 V daritegangan yang dideteksi oleh avometer pada tabel4.1.

Perbedaan pengukuran pada arus pengisianberdasarkan avometer dan tampilan LCD, merujuk

pada sensitivitas dari sensor arus ACS 712 yanghanya 100 mV/A (datasheet) untuk range -20 A20A, sedangkan untuk proyek akhir ini dengan range

02.5 A (data pengujian dengan potensiometer danmodul mikrokontroler) butuh sensitivitas yang lebih

besar.

Sedangkan perbedaan tegangan padaavometer dan tampilan LCD pergerakannya sama,hanya selisih 0.2 V saja. Ini bisa digunakan untukmengganti batas maksimal tegangan baterai saat

penuh yaitu sebesar 13.5 pada listing program yangterlampir.

4.4 Pengujian RegulatorTegangan AlternatorPengujian ini dilakukan dengan mengukur

keluaran tegangan alternator saat pertama kali diberisupply baterai 12 V dengan beban lampu 12 V.

Tegangan yang dideteksi voltmeter adalah 13.8V, dengan arus pengisian sebesar 200 mA dan lama

kelamaan menurun sampai 0 A.

5. KesimpulanBeberapa kesimpulan yang dapat diambil dari

Tugas Akhir ini adalah : Tegangan keluaran alternator konstan 13.8 V

dengan arus pengisian yang semakin lamasemakin kecil.

Sistem pengisian baterai dari PLN menggunakanarus pengisian yang disesuaikan dengan

kapasitas baterai yaitu sebesar 1 A dengantoleransi sebesar 0.1 A.

Baterai penuh saat tegangan yang terdeteksisebesar 13.8 V dengan toleransi 0.2 V padatampilan LCD yaitu sebesar 13.5 V.

6. Daftar Pustaka[1]. Bagus, Fani, S. ST. 2009. Optimasi

Manajemen Penggunaan Energi Listrikdari Beberapa Sumber pada Pendestriam

Traffic Light. Buku Proyek Akhir PENS-ITS.

[2]. http://arduino.cc/en/uploads/Main/ArduinoNanoManual23.pdf. Diakses pada tanggal12 Juni 2011.

[3]. http://elearning.smkpraskabjambi.sch.id/Teknik_Kendaraan_Ringan/alternator.html.Diakses pada tanggal 20 Desember 2009.

[4]. http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?page=2. Diakses pada tanggal 22 Januari2010.

[5]. http://nubielab.com/elektronika/analog/detektor-fasa-ic-tca785.Diakses pada tanggal

20 Januari 2010.[6]. http://training.hmc.co.kr/12920427-Step-

1-Engine-Electrical-bhs-indo.pdf .Diakses pada tanggal 28 Desember 2009.

http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?page=2http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?page=2http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?page=2http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?page=2http://nubielab.com/elektronika/analog/detektor-fasa-ic-tca785http://nubielab.com/elektronika/analog/detektor-fasa-ic-tca785http://nubielab.com/elektronika/analog/detektor-fasa-ic-tca785http://nubielab.com/elektronika/analog/detektor-fasa-ic-tca785http://nubielab.com/elektronika/analog/detektor-fasa-ic-tca785http://nubielab.com/elektronika/analog/detektor-fasa-ic-tca785http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?page=2http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?page=2