sistem pengisian batteray lead acid secara adaptive

SISTEM PENGISIAN BATTERAY LEAD ACID
SECARA ADAPTIVE
Aurino P Adityawan#1, Dedid Cahya H#2, Legowo Sulistijono#2, Madyono#2
1
Penulis, Mahasiswa
Dosen Pembimbing, Staf Pengajar
#
Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Kampus PENS-ITS Sukolilo, Surabaya
2
1
[email protected]
Baterai sebagai komponen elektronika perannya tidak bisa
charge dalam kondisi yang aman sesuai dengan teori
diremehkan. Sebagai komponen yang mampu menyimpan
charging baterai.
energy listrik selama waktu tertentu, peran baterai sangat
penting. Apalagi di era perkembangan alat elektronika saat
Kata kunci : lead-acid batteray, charging, adaptive, arus
ini yang lebih mengutamakan device dengan kemampuan
mode
yang handal dan yang paling penting memiliki tingkat
fleksibilitas dan mobilitas yang sangat tinggi. Karena alasan
I. PENDAHULUAN
itulah saat ini teknologi tentang jenis-jenis baterai sangat
Akhir-akhir ini kita mengetahui bahwa teknologi
berkembang.
Selain peran baterai yang sangat penting, baterai juga
sedang berkembang sangat pesat. Begitu banyak penemuan-
memerlukan perlakuan khusus dalam perawatan. Hal itu
penemuan baru di bidang teknologi terutama di bidang
dikarenakan cara kerja baterai yang mengutamakan reaksi
elektronika dan teknologi informasi. Bermacam-macam alat
kimia di dalamnya dan disertai dengan reaksi-reaksi
baru diciptakan untuk memenuhi kebutuhan manusia yang
samping yang membuat baterai berkurang life-timenya.
senantiasa ingin dimudahkan hidupnya. Jika kita lihat saat ini,
Sehingga
saat penggunaan,
manusia selalu menuntut teknologi canggih yang fleksibel dan
pengisian serta perawatan-perawatan yang lainnya sangat
dinamis sehingga dapat memenuhi mobilitas manusia itu
perlu diperhatikan. Hal ini dilakukan untuk membuat
sendiri dalam menggunakan teknologi tersebut. Hal ini tentu
kondisi baterai tetap stabil dan dapat memperpanjang life-
saja mempengaruhi bagaimana para ilmuwan menciptakan
time dari baterai itu sendiri.
alat-alat elektronika. Seperti yang kita lihat akhir-akhir ini,
Pada proyek akhir ini dikerjakan modul tentang sistem
penciptaan alat-alat elektronik selalu memenuhi unsur-unsur
pengisian baterai secara adaptive. Maksud dari adaptive di
fleksibel dan memiliki mobilitas tinggi atau portable.
sini adalah menyesuaikan mode charging dengan kondisi
Seperti yang kita ketahui, baterai merupakan komponen
baterai yang akan di charge. Pada modul tersebut tersedia 2
penyimpan energi listrik yang bersifat portable dan dapat
mode charger yaitu normal dan fast. Mode normal
menahan energi listrik sedemikian rupa melalui proses kimia
menggunakan arus charging ± 1/20 kapasitas, sedangkan
sehingga energy listrik dapat digunakan di waktu yang lain.
mode fast ± 1/10 kapasitas. Sistem pengisian baterai tersebut
Saat ini penggunaan baterai sangatlah penting dengan melihat
ditujukan untuk menjaga kondisi baterai karena selalu di
perkembangan teknologi seperti yang telah disebutkan
perlakuan
baterai
pada
sebelumnya karena sifat baterai yang memiliki mobilitas yang
sangat tinggi sehingga sangat dibutuhkan oleh peralatan
2. Kondisi baterai hanya dilihat dari tegangan
elektronika terbaru. Apalagi dengan berkembangan teknologi
baterai
tersebut
yang
menunjukkan
baterai yang melahirkan baterai yang dapat diisi kembali
kapasitas daya yang tersisa di dalamnya.
berapa
sehingga memungkinkan untuk menggunakannya berulang
3. Sistem hanya dapat digunakan pada baterai lead-
kali. Oleh karena itu, dapat juga dikatakan bahwa dengan
acid dengan spesifikasi tegangan tertentu. (12
adanya baterai maka perkembangan alat-alat elektronik dapat
Volt 45 AH)
menghasilkan produk yang memiliki unsur-unsur yang
4. Efek
setelah
penggunaan
system
charging
disebutkan sebelumnya. Fleksibel dan memiliki mobilitas
adaptive ini tidak dapat dibuktikan pada proyek
yang tinggi atau portable.
akhir ini karena system hanya bekerja secara
Melihat bagaimana pentingnya penggunaan baterai seperti
analisis dari teori charging.
II. DASAR TEORI
yang telah dijabarkan sebelumnya maka dapat kita lihat bahwa
baterai sebagai komponen elektronik untuk saat ini memiliki
peranan yang sangat penting dalam perkembangan teknologi
A. BATTERAY
Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana
pada saat pengisian/cas/charge energi listrik diubah menjadi
itu sendiri.
Mengingat pentingnya fungsi baterai sebagai bagian
kimia dan saat pengeluaran/discharge energi kimia diubah
dari peralatan elektronika mutakhir saat ini, maka sangat
menjadi energi listrik.Baterai (dalam hal ini adalah aki; aki
dibutuhkan sebuah sistem manajemen untuk mengatur
mobil/motor) terdiri dari sel-sel dimana tiap sel memiliki
penggunaan baterai itu sendiri. Salah satunya adalah yang
tegangan sebesar 2 V, artinya aki mobil dan aki motor yang
akan dibahas dalam proyek akhir ini yaitu pembuatan sistem
memiliki tegangan 12 V terdiri dari 6 sel yang dipasang secara
charging pada batteray secara adaptive. Sistem tersebut
seri (12 V = 6 x 2 V) sedangkan aki yang memiliki tegangan 6
dibutuhkan agar penggunaan batteray sebagai sumber utama
V memiliki 3 sel yang dipasang secara seri (6 V =3x2V).
energi listrik dapat berfungsi secara maksimal dan optimal
Antara satu sel dengan sel lainnya dipisahkan oleh
sehingga dapat mendukung sistem lain pada alat-alat
dinding penyekat yang terdapat dalam bak baterai, artinya tiap
elektronika.
ruang pada sel tidak berhubungan karena itu cairan elektrolit
Dengan adanya proyek akhir ini diharapkan :
pada tiap sel juga tidak berhubungan (dinding pemisah antar
1. Pengguna dapat memantau kondisi daya listrik
sel tidak boleh ada yang bocor/merembes).
pada batteray.
2. Dapat diciptakan teknologi pengisian daya baterai
yang memperhatikan karakteristik daya pada
baterai.
3. Dapat membuat system pengisian daya baterai
yang benar dan aman secara teoritis.
Adapun batasan masalah yang dibuat agar dalam
pengerjaan proyek akhir ini dapat berjalan dengan baik adalah
sebagai berikut:
1. Menggunakan baterai elemen basah (lead-acid)
atau biasa disebut dengan aki.
Gambar 1. cara kerja accumulator.
Baterai yang menerima arus adalah baterai yang
sedang disetrum/dicas alias sedang diisi dengan cara dialirkan
listrik DC, dimana kutup positif baterai dihubungkan dengan
arus listrik positif dan kutub negatif dihubungkan dengan arus
listrik negatif. Tegangan yang dialiri biasanya sama dengan
aman) karena senyawa dari cairan elektrolit bisa menguap
tegangan total yang dimiliki baterai, artinya baterai 12 V
terutama akibat panas yang terjadi pada proses pengisian
dialiri tegangan 12 V DC, baterai 6 V dialiri tegangan 6 V
(charging), misalnya pengisian yang diberikan oleh alternator.
DC, dan dua baterai 12 V yang dihubungkan secara seri dialiri
Bagaimana jika cairan terlalu tinggi? Ini juga tidak
tegangan 24 V DC (baterai yang duhubungkan seri total
baik karena cairan elektrolit bisa tumpah melalui lubang-
tegangannya adalah jumlah dari masing-maing tegangan
lubang sel (misalnya pada saat terjadi pengisian) dan dapat
baterai: Voltase1 + Voltase2 = Voltasetotal). Hal ini bisa
merusak benda-benda yang ada disekitar baterai akibat korosi,
ditemukan di bengkel aki dimana ada beberapa baterai yang
misalnya sepatu kabel, penyangga/dudukan baterai, dan bodi
duhubungkan secara seri dan semuanya disetrum sekaligus.
kendaraan akan terkorosi, selain itu proses pendinginan dari
Berapa kuat arus (ampere) yang harus dialiri bergantung juga
panasnya cairan elektrolit baterai oleh udara yang ada dalam
dari kapasitas yang dimiliki baterai tersebut (penjelasan
sel tidak efisien akibat kurangnya udara yang terdapat di
tentang ini bisa ditemukan di bagian bawah).
dalam sel, dan juga asam sulfat akan berkurang karena tumpah
ini
keluar; bila asam sulfat berkurang dari volume yang
berlawanan dengan proses pengeluaran arus, yaitu :1. Oksigen
seharusnya maka kapasitas baterai tidak akan maksimal
(O)
karena proses kimia yang terjadi tidak dalam keadaan optimal
Konsekuensinya,
dalam
air
proses
(H2O)
penerimaan
terlepas
arus
karena
bereaksi/bersenyawa/bergabung dengan timah (Pb) pada pelat
sehingga
tenaga/kapasitas
yang
bisa
diberikan
akan
positif dan secara perlahan-lahan kembali menjadi oksida
berkurang, yang sebelumnya bisa menyuplai -katakanlah- 7
timah colat (PbO2).2. Asam (SO4) yang menempel pada
ampere dalam satu jam menjadi kurang dari 7 ampere dalam
kedua pelat (pelat positif maupun negatif) terlepas dan
satu jam, yang sebelumnya bisa memberikan pasokan tenaga
bergabung dengan hidrogen (H) pada air (H2O) di dalam
sampai -katakanlah- 1 jam kini kurang dari 1 jam isi/tenaga
cairan elektrolit dan kembali terbentuk menjadi asam sulfat
baterai sudah habis.[2]
(H2SO4) sebagai cairan elektrolit. Akibatnya berat jenis
cairan elektrolit bertambah menjadi sekitar 1,285 (pada baterai
yang terisi penuh).
B. METODE CHARGING
Terdapat bermacam-macam metode charging yang bisa
Pelat-pelat baterai harus selalu terendam cairan
digunakan untuk rangkaian charging. Metode tersebut berbeda
elektrolit, sebaiknya tinggi cairan elektrolit 4 - 10 mm diatas
dalam cara pemberian energi listrik dari catu daya ke
bagian tertinggi dari pelat. Bila sebagian pelat tidak terendam
accumulator
cairan elektrolit maka bagian pada pelat yang tidak terendam
diantaranya adalah sebagai berikut:
tersebut akan langsung berhubungan dengan udara akibatnya
a.
bagian tersebut akan rusak dan tak dapat dipergunakan dalam
Pada dasarnya adalah berupa DC power supply biasa. Terdiri
suatu reaksi kimia yang diharapkan, contoh, sulfat tidak bisa
dari transformator step down dengan rangkaian penyearah
lagi menempel pada bagian dari pelat yang rusak, sebab itu
untuk memberikan tegangan DC yang digunakan untuk
bisa ditemukan konsentrasi sulfat yang sangat tinggi dari
mengisi batteray. Metode seperti ini sering digunakan pada
ruang sel yang sebagian pelatnya sudah rusak akibat sulfat
pengisi daya pada aki mobil murah. Selain itu, batteray
yang sudah tidak bisa lagi bereaksi dengan bagian yang rusak
Lithium-Ion juga menggunakan metode constant voltage
dari pelat. Oleh karena itu kita harus memeriksa tinggi cairan
walaupun sering ditambahkan rangkaian yang kompleks untuk
elektrolit dalam baterai kendaraan bermotor setidaknya 1
melindungi batteray dan penggunanya.
bulan sekali (kalau perlu tiap 2 minggu sekali agar lebih
b.
atau
batteray.
Metode-metode
tersebut
Constant voltage
Constant current
Metode constant current memvariasikan nilai tegangan
beberapa jenis baterai yang rentan akan kerusakan akibat
sehingga didapatkan besarnya arus yang konstan. Metode ini
pengisian yang berlebihan, misalnya NiMh dan Lithium.[4]
biasanya digunakan untuk mengisi daya pada nikel-cadmiun
III. PERENCANAAN SISTEM
dan nikel-metal hibrida atau biasa disebut baterai.
c.
A. BATTERAI
Taper current
Metode taper current mengisi daya batteray dari sumber
Pada proyek akhir ini jenis batteray yang digunakan
tegangan konstan. Arus akan berkurang seiring dengan
adalah batteray berjenis lead-acid yang dalam bahasa sehari-
terbentuknya ggl (gaya gerak listrik) pada tegangan sel. Ada
hari disebut aki. Aki yang digunakan dalam proyek akhir ini
bahaya serius yaitu kerusakan sel jika pengisian dilakukan
memiliki spesifikasi sebagai berikut:
berlebihan. Untuk menghindari hal ini, laju pengisian dan
a.
Memiliki tegangan sebesar 12 Volt
durasi pengisian diberi batasan. Metode ini hanya cocok untuk
b.
Kapasitas 45 AH
baterai SLA.
d.
Pulsed charged
Pertimbangan penggunaan aki basah pada pembuatan
Metode ini bekerja dengan mengirimkan arus listrik berbentuk
proyek akhir ini adalah karena batteray dengan spesifikasi di
pulsa pada baterai. Tingkat pengisian (berdasarkan rata-rata
atas banyak digunakan dalam masyarakat serta harganya yang
arus) dapat tepat dikendalikan dengan memvariasikan lebar
terjangkau dibandingkan jenis-jenis batteray lain
pulsa, biasanya sekitar satu detik. Selama proses pengisian,
terdapat jeda kosong kira-kira sebesar 20 sampai 30 milidetik.
B. RANGKAIAN CHARGING
Jeda ini diberikan untuk memungkinkan terjadinya reaksi
Rangkaian charging yang digunakan pada proyek
kimia pada baterai untuk menstabilkan elektroda. Waktu jeda
akhir ini adalah rangkaian power supply yang digunakan
tersebut juga dapat menghindarkan proses pengisian dari efek-
untuk memberikan tegangan listrik pada baterai. Metode
efek yang tidak diinginkan seperti timbulnya gelembung gas,
charging yang digunakan untuk mengisi daya baterai adalah
timbulnya kristal dan passivasi.
dengan memberikan tegangan dan arus yang tetap pada tiap
mode. Metode seperti ini disebut dengan metode constant
current and voltage seperti yang telah dijelaskan pada bab
sebelumnya.
Spesifikasi rangkaian power supply yang digunakan
pada proyek akhir ini adalah memiliki tegangan output hingga
Gambar 3. Pulsa Arus Pada Metode Pulsed Charged dan Burp
13,8 volt dan Arus output berkisar hingga 5 ampere.
Charging
e.
Burp Charging
Metode ini merupakan kebalikan dari metode pulsed charged.
Pengisian terjadi dengan menggunakan pulsa negatif pada
batterai.
f.
C. RANGKAIAN KONTROL
Rangkaian control yang dimaksud dalam system
charging ini
sebenarnya
merupakan rangkaian
switch
menggunakan relay 12 Volt sebagai penggerak kontaknya
Trickle charge
Metode ini dirancang untuk mengimbangi debit daripada
baterai. Tingkat pengisian disesuaikan dengan frekuensi debit
baterai yang akan diisi. Metode ini tidak cocok untuk
yang nantinya akan dikendalikan oleh mikrokontroller.
Rangkaian control ini berfungsi sebagai selector mode
pengisian baterai berdasarkan besar arus yang dibutuhkan oleh
baterai sesuai dengan kondisi tegangannya.
Tabel 4.1 : Data Pengujian Discharging Baterai
Rangkaian ini bekerja dengan membagi output dari
rangkaian charging dan men-spesifikasinya dengan komponen
hambatan yang memiliki nilai tertentu sehingga menghasilkan
Pada tabel di atas dapat kita lihat bagaimana kondisi
saluran-saluran dengan besaran arus tertentu dengan nilai arus
tegangan baterai ketika digunakan atau pada saat kondisi
maksimal 5A seperti yang dihasilkan oleh rangkaian charging.
discharge. Nilai tegangan yang terukur pada voltmeter digital
Dengan begitu didapatkan selector output dengan nilai arus
terlihat
yang berbeda.
pemakaian. Hal ini menunjukkan bahwa kapasitas listrik di
menurun
seiring
dengan
berjalannya
waktu
dalam baterai mulai berkurang karena nilai tegangan yang
IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS
terukur merupakan representasi dari daya listrik yang tersisa
A.
pada baterai.
Pengujian Discharge Batterai
Pada pengujian discharge baterai pada proyek akhir
ini dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar daya tahan
B.
Pengujian Charging Baterai
energy listrik mampu disimpan oleh baterai. Pengujian ini
Untuk pengujian ini yang dilakukan adalah pengujian
dilakukan dengan memberikan beban pada baterai yaitu 2
charging (pengisian) baterai lead-acid dengan menggunakan
buah lampu halogen yang dipasang secara parallel. Untuk
rangkaian
lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar di bawah ini.
chargingnya. Berikut ini ditunjukkan gambar rangkaian pada
charging
yang
dapat
di
ubah-ubah
arus
saat melakukan pengujian charging baterai lead-acid.
Gambar 4.1 : Rangkaian Pengujian Discharge Baterai
Gambar 4.7 : Rangkaian Pengujian Charging Baterai
Setelah melakukan pengujian discharging baterai
maka didapatkan data-data sebagai berikut:
Pada pengujian baterai kali ini, digunakan rangkaian
power supply dengan spesifikasi tegangan 13,8 Volt dan Arus
No.
Waktu Pengukuran
Besar Tegangan (V)
maksimum 5 Ampere dari transformator. Keadaan baterai
1.
Awal (tanpa beban)
12,5
yang diisi pada kondisi kapasitas 70%. Indicator yang diukur
2.
Awal (dengan beban)
12.14
pada pengujian ini adalah hubungan antara arus charging
3.
30 menit
11,99
dengan waktu pengisian energy listrik pada baterai. Berikut
4.
60 menit
11,82
ini merupakan data hasil pengujian charging baterai.
5.
90 menit
11,67
6.
120 menit
11,40
Arus Charging 1 Ampere (Slow Charging)
7.
Akhir (tanpa beban)
12,12
Waktu yang dibutuhkan : 13,5 jam
Arus Charging 2 Ampere (Fast Charging)
Waktu yang dibutuhkan : 6,75 jam
B.
Saran
Dari data pengujian di atas dapat kita lihat bagaimana
perbedaan antara pengisian baterai dengan mode slow dan
Berikut ini beberapa saran yang dapat dilakukan untuk
mode fast. seperti yang telah dijelaskan sebelumnya,
menyempurnakan sistem pengisian baterai secara adaptive
perbedaan antara mode slow dan fast pada sistem charging
yang telah diselesaikan pada proyek akhir ini.
adaptive ini terletak pada arus charging yang diberikan untuk
1.
mengisi daya listrik pada baterai.
pengisian selama dalam batas aman sehingga dapat lebih
Dari hasil di atas dapat kita amati bahwa semakin
Menambahkan kuat arus pada saat melakukan
mempercepat proses pengisian.
besar kuat arus pada saat proses charging, maka semakin cepat
2.
Mencoba untuk beberapa merk baterai sehingga hasil
pengisian baterai dilakukan. Hal ini dikarenakan energy listrik
pengujian lebih akurat.
yang dialirkan dengan arus listrik yang besar lebih banyak dan
3.
lebih cepat dibandingkan dengan kuat arus yang kecil.
dengan menggunakan hambatan sehingga sistem bisa lebih
Dihindari menggunakan rangkaian pembagi arus
hemat dalam pemakaian daya listrik.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A.
VI. DAFTAR PUSTAKA
Kesimpulan
Setelah melakukan pembuatan sistem pengisian baterai
[1]http://alamendah.wordpress.com/2009/09/23/ting
lead acid secara adaptive dan juga telah melakukan
kat-pencemaran-udara-di-indonesia/
serangkaian
pengujian-pengujian
pada
bab-bab
sebelumnya, maka kita dapat menarik kesimpulan sebagai
[2]www.inverterplus.com/2010/04/cara-kerja-aki-
berikut:
atau-battery.html
1.
[3]www.elecfree.com
Rangkaian charging dapat bekerja dengan arus yang
masih berada dalam batas aman.
2.
Kondisi
baterai
(dalam
[4]http://www.mpoweruk.com/chargers.htm
hal
ini
tegangan)
mempengaruhi mode charging yang dilakukan terhadap
baterai.
3.
Semakin besar kuat arus yang diberikan saat
melakukan pengisian, semakin cepat proses charging
dilakukan.
4.
Kondisi baterai dapat mengalami penurunan karena
factor usia baterai.
[5]http://blog.unsri.ac.id/anarchy88/mikrokontroler/
atmega8535/mrdetail/12579