BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Baterai Baterai adalah perangkat

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Baterai
Baterai adalah perangkat yang mengandung sel listrik yang dapat
menyimpan energi yang dapat dikonversi menjadi daya. Baterai menghasilkan
listrik melalui proses kimia. 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 terdiri dari dua jenis yaitu, baterai primer dan baterai sekunder.
Baterai primer merupakan baterai yang hanya dapat dipergunakan sekali
pemakaian saja dan tidak dapat diisi ulang. Hal ini terjadi karena reaksi kimia
material aktifnya tidak dapat dikembalikan. Sedangkan baterai sekunder dapat
diisi ulang, karena material aktifnya didalam dapat diputar kembali. Kelebihan
dari pada baterai sekunder adalah harganya lebih efisien untuk penggunaan jangka
waktu yang panjang.
2.1.1. Jenis – jenis baterai
A. Baterai Asam (Lead Acid Storage Acid)
Baterai asam yang bahan elektrolitnya adalah larutan asam belerang (sulfuric
acid = H2SO4) . Didalam baterai asam, elektroda – elektroda nya terdiri dari plat –
plat timah peroksida PbO2 (Lead Peroxide) sebagai anoda (kutub positif) dan
timah murni Pb (lead sponge) sebagai katoda (kutub negatif). Ciri – ciri
umumnya:
a. Tegangan nominal per sel 2 volt
b. Ukuran baterai per sel lebih besar dibandingkan dengan baterai alkali.
Universitas Sumatera Utara
c. Nilai berat jenis elektrolit sebanding dengan kapasitas baterai.
d. Suhu elektrolit sangat mempengaruhi terhadap nilai berat jenis elektrolit, semakin
tinggi suhu elektrolit semakin rendah berat jenis dan sebaliknya.
e. Nilai jenis berat standart elektrolit tergantung dari pabrik pembuatnya.
f. Umur baterai tergantung pada operasi dan pemeliharaan biasanya bisa mencapai
10 – 15 tahun.
g. Tegangan pengisian per sel harus sesuai dengan petunjuk operasi dan
pemeliharahan dari pabrik pembuat. Sebagai contoh adalah:
-
Pengisian awal (Initial Charge)
: 2,7 Volt
-
Pengisian Floating
: 2,18 Volt
-
Pengisian Equalizing
: 2,25 Volt
-
Pengisian Boozting
: 2,37 Volt
-
Tegangan pengosongan per sel (Discharge ) : 2,0 – 1,8 Volt
B. Baterai Basa / Alkali (Alkaline Storage Battery)
Baterai alkali bahan elektrolitnya adalah larutan alkali ( Potassium
Hydroxide ) yang terdiri dari:
a. Nickel iron alkaline battery Ni-Fe Battery.
b. Nickel cadmium alkaline battery Ni Cd Battery
Pada umumnya yang paling banyak digunakan adalah baterai alkali admium ( NiCd )
Ciri- ciri umum ( tergantung pabrik pembuat ) adalah sebagai berikut:
a. Tegangan nominal per sel adalah 1,2 volt
b. Nilai jenis berat elektroit tidak sebanding dengan kapasitas baterai.
c. Umur baterai tergantung pada penggunaan dan perawatan, biasanya dapat
mencapai 15 - 20 tahun.
d. Tegangan pengisian per sel harus sesuai dengan petunjuk operasi dan
pemeliharahan dari pabrik pembuat. Sebagai contoh adalah:
-
Pengisian awal (Initial Charge)
: 1,6
– 1,9 Volt
-
Pengisian Floating
: 1,40 – 1,42 Volt
-
Pengisian Equalizing
: 1,45 Volt
e. Tegangan pengosongan (discharge) = 1 volt
Universitas Sumatera Utara
2.1.2 Kapasitas Baterai
Kapasitas baterai merupakan kemampuan baterai menyimpan daya listrik
atau besarnya energi yang dapat disimpan dan dikeluarkan oleh baterai. Besarnya
kapasitas, tergantung dari banyaknya bahan aktif pada plat positif maupun plat
negatif yang bereaksi, dipengaruhi oleh jumlah plat tiap-tiap sel, ukuran, dan tebal
plat, kualitas elektrolit serta umur baterai. Kapasitas energi suatu baterai
dinyatakan dalam ampere jam (Ah), misalkan kapasitas baterai 100 Ah 12 volt
artinya secara ideal arus yang dapat dikeluarkan sebesar 5 ampere selama 20 jam
pemakaian.
Besar kecilnya tegangan baterai ditentukan oleh besar / banyak sedikitnya
sel baterai yang ada di dalamnya. Sekalipun demikian, arus hanya akan mengalir
bila ada konduktor dan beban yang dihubungkan ke baterai. Kapasitas baterai juga
menunjukan kemampuan baterai untuk mengeluarkan arus (discharging) selama
waktu tertentu, dinyatakan dalam Ah (Ampere – hour). Berarti sebuah baterai
dapat memberikan arus yang kecil untuk waktu yang lama atau arus yang besar
untuk waktu yang pendek. Pada saat baterai diisi (charging), terjadilah
penimbunan muatan listrik. Jumlah maksimum muatan listrik yang dapat
ditampung oleh baterai disebut kapasitas baterai dan dinyatakan dalam ampere
jam (Ampere - hour), muatan inilah yang akan dikeluarkan untuk menyuplai
beban ke pelanggan. Kapasitas baterai dapat dinyatakan dengan persamaan
dibawah ini :
Ah = Kuat Arus (ampere) x waktu (hours)
Dimana :
Ah
= kapasitas baterai aki
I
= kuat arus (ampere)
t
= waktu (jam/sekon)
2.1
2.1.3 Konstruksi baterai aki
Aki yang ada dipasaran ada 2 jenis yaitu aki basah dan aki kering. Aki
basah media penyimpanan arus listrik ini merupakan jenis aki yang paling umum
digunakan. Aki jenis ini masih perlu diberi air aki yang dikenal accu zuur.
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan jenis aki kering merupakan jenis aki yang tidak memakai cairan, mirip
seperti baterai telepon seluler. Aki ini tahan terhadap getaran dan suhu rendah.
Dalam aki ini terdapat jenis elemen dan sel untuk menyimpan arus yang
mengandung asam sulfat (H2SO4). Tiap sel berisikan pelat positif dan negatif.
Pada pelat positif terkandung oksidal timbal coklat (Pbo2), sedangkan pelat
negatif mengandung timbal (Pb). Pelat-pelat
ditempatkan pada
batang
penghubung. Pemisah atau separator menjadi isolasi diantara pelat itu, dibuat agar
baterai acid mudah beredar disekeliling pelat. Bila ketiga unsur kimia ini
berinteraksi, maka akan muncullah arus listrik.
Gambar 2.1 Sel Aki
Aki memiliki 2 kutub / terminal, kutub positif dan kutub negatif. Biasanya kutub
positif (+) lebih besar atau lebih tebal dari kutub negatif (-), untuk menghindarkan
kelalaian bila aki hendak dihubungkan dengan kabel-kabelnya. Pada aki terdapat
batas minimum dan maksimum tinggi permukaan air aki untuk masing-masing
sel. Bila permukaan air aki di bawah level minimum akan merusak fungsi sel aki.
Jika air aki melebihi level maksimum, maka akan mengakibatkan air aki menjadi
panas dan meluap keluar melalui tutup sel.
1. Plat positif dan negatif
Plat positif dan plat negatif merupakan komponen utama suatu aki.
Kualitas plat sangat menentukan kualitas suatu aki, plat-plat tersebut terdiri dari
rangka yang terbuat dari paduan timbal antimon yang di isi dengan suatu bahan
Universitas Sumatera Utara
aktif. Bahan aktif pada plat positif adalah timbal peroksida yang berwarna coklat,
sedang pada plat negatif adalah spons - timbal yang berwarna abu abu
Rangka
Material
Gambar 2.2 Plat Sel Aki
2. Separator dan lapisan serat gelas
Antara plat positif dan plat negatif disisipkan lembaran separator yang
terbuat dari serat cellulosa yang diperkuat dengan resin. Lembaran lapisan serat
gelas dipakai untuk melindungi bahan aktif dari plat positif, karena timbal
peroksida mempunyai daya kohesi yang lebih rendah dan mudah rontok jika
dibandingkan dengan bahan aktif dari plat negatif. Jadi, fungsi lapisan serat gelas
disini adalah untuk memperpanjang umur plat positif agar dapat mengimbangi
plat negatif, selain itu lapisan serat gelas juga berfungsi melindungi separator
Pulp
Fibber
Glass
Gambar 2.3 Lapisan Serat Gelas
3. Elektrolit
Cairan elektrolit yang dipakai untuk mengisi aki adalah larutan encer asam
sulfat yang tidak berwarna dan tidak berbau. Elektrolit ini cukup kuat untuk
Universitas Sumatera Utara
merusak pakaian. Untuk cairan pengisi aki dipakai elektrolit dengan berat jenis
1.260 pada 20° C.
4. Penghubung antara sel dan terminal
Aki 12 volt mempunyai 6 sel, sedang Aki 6 volt mempunyai 3 sel. Sel
merupakan unit dasar suatu Aki dengan tegangan sebesar 2 volt. Penghubung sel
(conector) menghubungkan sel sel secara seri. Penghubung sel ini terbuat dari
paduan timbal antimon. Ada dua cara penghubung sel - sel tersebut. Yang pertama
melalui atas dinding penyekat dan yang kedua melalui (menembus) dinding
penyekat. Terminal terdapat pada kedua sel ujung (pinggir), satu bertanda positif
(+) dan yang lain negatif (-). Melalui kedua terminal ini listrik dialirkan
penghubung antara sel dan terminal
5. Sumbat
Sumbat dipasang pada lubang untuk mengisi elektrolit pada tutup aki,
biasanya terbuat dari plastik. Sumbat pada Aki motor tidak mempunyai lubang
udara. Gas yang terbentuk dalam Aki disalurkan melalui slang plastik/ karet. Uap
asam akan tertahan pada ruang kecil pada tutup aki, kemudian asamnya
dikembalikan kedalam sel.
6. Perekat bak dan tutup
Ada dua cara untuk menutup aki, yang pertama menggunakan bahan
perekat lem, dan yang kedua dengan bantuan panas (Heat Sealing). Yang pertama
untuk bak polystryrene sedang yang kedua untuk bak polipropylene.
2.1.4
Prinsip kerja baterai
1. Proses pengosongan ( discharge ) pada sel berlangsung menurut gambar. Jika
sel dihubungkan dengan beban maka, elektron mengalir dari anoda melalui beban
melalui beban katoda, kemudian ion – ion negatif mengalir ke anoda dan ion – ion
positif mengalir ke katoda.
Universitas Sumatera Utara
2. Pada proses pengisian menurut gambar dibawah ini adalah bila sel dihubungkan
dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif
menjadi katoda dan proses kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
DC
Power Supply
Aliran
Load
Aliran
K
Ion Negatif
A
N
Aliran Ion
O
Positif Elektrolit
D
A
A
Ion Negatif
K
A
T
O
D
A
K
A
Aliran Ion
T
Positif
Elektrolit
O
D
A
A
N
O
D
A
Gambar 2.4 Proses pengosongan dan pengisian baterai
- Aliran elektron menjadi terbalik, mengalir dari anoda melalui power supply ke
katoda.
- Ion – ion negatif mengalir dari katoda ke anoda.
- Ion – ion positif mengalir dari anoda ke katoda
Jadi, reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari
saat pengosongan (discharging).
2.1.5 Berdasarkan elektrolitnya
Jenis baterai berdasarkan jenis elektrolitnya terdiri dari sel basah ( baterai basah )
dan sel kering ( baterai kering ). Baterai basah mempunyai ciri – ciri antara lain
elektrolitnya berbentuk cair, kapasitas umumnya besar dan bentuk fisik umumnya
besar. Sedangkan, baterai kering mempunyai ciri – ciri antara lain elektrolitnya
berbentuk pasta, bentuk fisik umumnya lebih kecil dari baterai basah.
2.1.6. Cara – cara pengisian baterai
a. Pengisian awal ( Initial Charge )
Pengisian ini dimaksud untuk pembentukan sel baterai, cara ini hanya dilakukan
pada singel sel atau baterai stationer dan hanya dilakukan sekali saja
Universitas Sumatera Utara
b. Pengisian kembali ( Recharging )
Recharging dilakukan secara otomatis setelah baterai mengalami pengosongan.
Lamanya pengisian kembali disensor oleh rectifier sehingga apabila baterai sudah
penuh maka dilanjutkan dengan pengisian trickle.
c. Pengisian equalizing / penyesuaian
Pengisian penyesuaian / equalizing dimaksudkan untuk mendapatkan kapasitas
penuh pada setiap sel seimbang dengan kata lain memulihkan kapastas baterai.
Pengisian ini juga dilakukan pada saat baterai setelah adanya penambahan
aquadest.
d. Pengisian perbaikan / treatment
Pengisian perbaikan / treatment dimaksudkan untuk memulihkan kapasitas baterai
yang berada dibawah standart setelah baterai dilakukan perbaikan, apabila setelah
diadakan perbaikan hasilnya belum dapat dicapai maka dapat dilakukan beberapa
kali.
e. Pengisian khusus / Boost Charge
Pengisian khusus / boost charge dimaksudkan untuk memulihkan baterai secara
cepat setelah adanya pengosongan yang banyak, misalnya pada sistem operasi
charge dan disharge yang belum mendapat catu PLN.
f. Pengisian kompensasi floating / trickle charge
Pengisian kompensasi dimaksudkan untuk menjaga kapasitas baterai selalu dalam
kondisi penuh akibat adanya pengosongan diri ( self discharge ) yang besarnya
1% dari kapasitas baterai.
2.1.7 Prinsip Pengisian Baterai
A. Baterai Asam – Timah
Bila sel baterai tidak dibebani maka setiap molekul cairan elektrolit asam
sulfat (H2SO4) dalam sel tersebut pecah menjadi dua yaitu ion hydrohen yang
bermuatan positif (2H+) dan ion sulfat yang bermuatan negatif (SO4-).
H2SO4
2H+ + SO4-
Proses Pengosongan:
Universitas Sumatera Utara
Bila baterai dibebani maka tiap ion negatif sulfat (SO4) akan bereaksi
dengan plat timah murni (Pb) sebagai katoda menjadi timah sulfat (PbSO3) sambil
melepaskan dua elektron. Sedang sepasang ion hidrogen (H+) akan beraksi dengan
plat timah peroksida (PbO2) sebagai anoda menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil
mengambil dua elektron dan bersenyawa dengan satu atom hidrogen untuk
membentuk air (H2O). Pengambilan dan pemberian atom elektron dalam proses
kimia ini menyebabkan timbulnya beda potensial listrik antara kutub – kutub sel
baterai.
Proses tersebut terjadi secara simultan dengan reaksinya dapat dinyatakan dengan:
PbO2 + Pb + 2H2SO4
2PbSO4 + 2H2O
Sebelum proses
Setelah proses
PbO2
:
Timah peroxida ( kutub positif / anoda)
Pb
:
Timah murni (kutub negatif / katoda )
2H2SO4
:
Asam sulfat (elektrolit)
PbSO4
:
Timah sulfat (kutub positif dan negatif setelah proses
pengosongan.
H20
:
Air setelah proses pengosongan
Jadi, pada proses pengosongan baterai akan timah sulfat (PbSO4) pada
kutub negatif dan positif, sehingga mengurangi reaktifitas dari cairan elektrolit
karena asamnya menjadi timah, sehingga tegangan baterai antar kutub – kutub nya
menjadi lemah.
Proses pengisian:
Proses ini adalah kebalikan dari proses pengosongan dimana arus listrik
dialirkan yang arahnya berlawanan, dengan arus yang terjadi pada saat
pengosongan. Pada proses ini setiap molekul air terurai dan tiap pasang ion
hidrogen (2H+) yang dekat plat negatif bersatu dengan ion negatif sulfat SO4-.
Pada plat negatif untuk membentuk asam sulfat. Sedangkan ion oksigen yang
bebas bersatu dengan tiap atom pb pada plat positif membentuk timah peroksida
PbO3. Proses reaksi kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
PbSO4 + PbSO4 + 2H2O
PbO2 + Pb + 2H2SO4
Setelah pengosongan
Setelah pengisian
B. Prinsip kerja baterai basa / alkali
Baterai alkali menggunakan potasium hydroxide sebagai elektrolit, selama
proses pengosongan (discharge) dan pengisian (charge) dari sel baterai alkali
secara praktis tidak ada perubahan berat jenis cairan elektrolit. Fungsi utama
cairan elektrolit pada baterai alkali adalah bertindak sebagai konduktor untuk
memindahkan ion – ion hydroxide dari satu elektroda ke elektroda lainnya
tergantung pada prosesnya pengosongan atau pengisian, sedangkan selama proses
pengisian dan pengosongan komposisi kimia material aktif pelat – pelat baterai
akan berubah. Proses reaksi kimia saat pengsongan dan pengisian pada elektroda
– elektroda sel baterai alkali sebagai berikut:
Untuk baterai Nickel – Cadmium
2NiOOH + Cd + 2H2O
2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
Pengosongan
Pengisian
2NiOOH
: Incomplate Nickelic – Hydroxide (plat positif atau anoda)
Cd
: Cadmium (Plat negatif atau katoda)
2Ni(OH)2
: Nickelus Hydroxide (plat positif)
Cd(OH)2
: Cadmium Hydroxide (plat negatif)
2.2
Sistem pengisian battery lead acid secara adaptive
Pada penelitian yang dilakukan oleh (P Aurino adityawan, 2009) jenis
baterai yang digunakan adalah baterai berjenis lead-acid yang dalam bahasa
sehari hari disebut aki. Aki yang digunakan dalam proyek akhir ini memiliki
spesifikasi sebagai berikut:
a. Memiliki tegangan sebesar 12 Volt
b. Kapasitas 45 AH
Pertimbangan penggunaan aki basah pada pembuatan proyek penelitian ini
adalah karena baterai dengan spesifikasi di atas banyak digunakan oleh
masyarakat serta harganya yang terjangkau dibandingkan jenis-jenis baterai lain.
Universitas Sumatera Utara
2.2.1 Rangkaian Charging
Rangkaian charging yang digunakan pada penelitian ini adalah rangkaian
power supply yang digunakan untuk memberikan tegangan listrik pada baterai.
Metode charging yang digunakan untuk mengisi daya baterai adalah dengan
memberikan tegangan dan arus yang tetap pada tiap mode. Metode seperti ini
disebut dengan metode constant current and voltage. Spesifikasi rangkaian power
supply yang digunakan pada proyek akhir ini adalah memiliki tegangan output
hingga 13,8 volt dan Arus output berkisar hingga 5 ampere.
2.2.2 Rangkaian Kontrol
Rangkaian kontrol yang dimaksud dalam system charging ini sebenarnya
merupakan rangkaian switch menggunakan relay 12 Volt sebagai penggerak
kontaknya 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. Rangkaian
ini bekerja dengan membagi output dari rangkaian charging dan menspesifikasinya dengan komponen hambatan yang memiliki nilai tertentu sehingga
menghasilkan saluran-saluran dengan besaran arus tertentu dengan nilai arus
maksimal 5A seperti yang dihasilkan oleh rangkaian charging. Dengan begitu
didapatkan selector output dengan nilai arus yang berbeda.
2.2.3 Cara-cara pengujian baterai
a.Pengujian Discharge Baterai.
Pada pengujian discharge (pengosongan) baterai pada penelitian ini
dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar daya tahan energi listrik mampu
disimpan oleh baterai. Pengujian ini dilakukan dengan memberikan beban pada
baterai yaitu 2 buah lampu halogen yang dipasang secara parallel. Untuk lebih
jelasnya bisa dilihat pada gambar di bawah ini
Universitas Sumatera Utara
220R
1N4004
230V AC
1N4148
BD140
9V 500mA
Transformer
+
12V
470u
25V
100R
10R
1watt
10R
1watt
Gambar 2.5 : Rangkaian Pengujian Discharge Baterai
(sumber : P Aurino adityawan :2009)
Setelah melakukan pengujian discharging baterai maka didapatkan datadata sebagai berikut:
Tabel 2.1 : Data Pengujian Discharging Baterai
(sumber : P Aurino adityawan : 2009)
No
Waktu Pengukuran
Besar Tegangan(V)
1
awal(tanpa beban)
12.5
2
awal(dengan beban)
12.14
3
30 menit
11.99
4
60 menit
11,82
5
90 menit
11.67
6
120 menit
11.40
7
akhir(tanpa beban)
12.12
Pada tabel 2.1 (sumber : P Aurino adityawan : 2009) di atas dapat kita
lihat bagaimana kondisi tegangan baterai ketika digunakan atau pada saat kondisi
discharge. Nilai tegangan yang terukur pada voltmeter digital terlihat menurun
seiring dengan berjalannya waktu pemakaian. Hal ini menunjukkan bahwa
kapasitas listrik di dalam baterai mulai berkurang karena nilai tegangan yang
terukur merupakan representasi dari daya listrik yang tersisa pada baterai.
Universitas Sumatera Utara
b.Pengujian charging baterai.
Untuk pengujian ini yang dilakukan adalah pengujian charging (pengisian)
baterai lead-acid dengan menggunakan rangkaian charging yang dapat di ubahubah arus chargingnya. Berikut ini ditunjukkan gambar rangkaian pada saat
melakukan pengujian charging baterai lead-acid.
1A
12V
5A
Led
R
Z= 12V
4148 10K
+
AKI
BD 139
BC547
12V
-
22K
10A
100
Gambar 2.6 : Rangkaian Pengujian Charging Baterai
(sumber : P Aurino adityawan :2009)
Pada pengujian baterai kali ini, digunakan rangkaian power supply dengan
spesifikasi tegangan 13,8 Volt dan Arus maksimum 5 Ampere dari transformator.
Keadaan baterai yang diisi pada kondisi kapasitas 70%. Indicator yang diukur
pada pengujian ini adalah hubungan antara arus charging dengan waktu pengisian
energi listrik pada baterai. Berikut ini merupakan data hasil pengujian charging
baterai.
Arus Charging 1 Ampere (Slow Charging)
Waktu yang dibutuhkan : 13,5 jam
Arus Charging 2 Ampere (Fast Charging)
Waktu yang dibutuhkan : 6,75 jam
Dari data pengujian di atas dapat kita lihat bagaimana perbedaan antara
pengisian baterai dengan mode slow dan mode fast, seperti yang telah dijelaskan
sebelumnya, perbedaan antara mode slow dan fast pada sistem charging adaptive
ini terletak pada arus charging yang diberikan untuk mengisi daya listrik pada
Universitas Sumatera Utara
baterai. Dari hasil di atas dapat kita amati bahwa semakin besar kuat arus pada
saat proses charging, maka semakin cepat pengisian baterai dilakukan. Hal ini
dikarenakan energi listrik yang dialirkan dengan arus listrik yang besar lebih
banyak dan lebih cepat dibandingkan dengan kuat arus yang kecil.
Setelah melakukan pembuatan sistem pengisian baterai lead acid secara
adaptive dan juga telah melakukan serangkaian pengujian-pengujian pada bab-bab
sebelumnya, maka kita dapat menarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Rangkaian charging dapat bekerja dengan arus yang masih berada dalam batas
aman.
2. Kondisi baterai (dalam 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.
2.3 Sensor
Dalam pendeteksian suatu sensor tidak akan terlepas dari istilah tranduser.
Tranduser adalah sebuah alat yang bila di gerakkan oleh energi di dalam sebuah
sistem transmisi menyalurkan energi dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk
yang berlainan ke sistem transmisi kedua. Transmisi energi ini bisa listrik,
mekanik, kimia, optik (radiasi) atau termal (panas). Definisi tranduser yang luas
mencakup alat­alat yang mengubah gaya atau perpindahan mekanis menjadi
sinyal elektrik.
Pada
dasarnya
sensor dan tranduser mempunyai definisi
sama
yaitu
menerima rangsangan (gejala fisis) dari luar dan mengubahnya menjadi sinyal
listrik. Proses fisis yang merupakan stimulus atau rangsangan sensor dapat berupa
fluks magnetik, gaya, arus listrik, temperatur, cahaya, tekanan dan proses fisis
lainnya. Sensor dan tranduser mempunyai perbedaan yang sangat kecil yaitu pada
koefisien konversi energi. Sensor itu sendiri terdiri dari tranduser atau tanpa
penguat atau pengolah sinyal yang terbentuk dalam satu indera.
Berdasarkan prinsip kelistrikannya sensor dapat dikelompokkan menjadi
dua yaitu sensor pasif dan sensor jenis pembangkit sendiri (self generating type).
Universitas Sumatera Utara
Sensor pasif menghasilkan perubahan dalam parameter listrik seperti halnya
tahanan, kapasitansi dan lain­lain yang dapat diukur sebagai suatu perubahan
tegangan atau arus. Dan sensor ini memerlukan daya luar, sedangkan sensor jenis
pembangkit sendiri menghasilkan suatu 33 tegangan atau arus analog bila
dirangsang
dengan
suatu
bentuk
fisis
energi.
Sensor
ini
tidak
memerlukan daya luar.
2.3.1 Sensor Arus ACS712
ACS712 menyediakan solusi ekonomis dan tepat untuk pengukuran arus
AC atau DC di dunia industri, komersial, dan sistem komunikasi. Perangkat terdiri
dari rangkaian sensor efek-hall yang linier, low-offset, dan presisi. Saat arus
mengalir di jalur tembaga pada bagian pin 1-4, maka rangkaian sensor efek-hall
akan mendeteksinya dan mengubahnya menjadi tegangan yang proporsional.
Gambar 2.7 Konfigurasi pin dari IC ACS712
Berikut ini adalah karakteristik dari sensor suhu ACS712.
 Memiliki sinyal analog dengan sinyal-ganguan rendah (low-noise)
 Ber-bandwidth 80 kHz
 Total output error 1.5% pada Ta = 25°C
 Memiliki resistansi dalam 1.2 mΩ
 Tegangan sumber operasi tunggal 5.0V
 Sensitivitas keluaran: 66 sd 185 mV/A
 Tegangan keluaran proporsional terhadap arus AC ataupun DC
 Fabrikasi kalibrasi
 Tegangan offset keluaran yang sangat stabil
 Hysterisis akibat medan magnet mendekati nol
 Rasio keluaran sesuai tegangan sumber
Universitas Sumatera Utara
2.3.2 Sensor Pembagi Tegangan
Pembagi tegangan merupakan rangkaian sederhana yang dapat mengubah
tegangan yang tinggi menjadi tegangan yang lebih rendah. Dengan hanya
menggunakan dua resistor yang dipasang secara seri dan dengan sebuah input
tegangan, kita dapat membuat tegangan output yang mana teganan output ini
merupakan hasil perhitungan dari tegangan input.
2.4 Adaptor
Pengertian Adaptor secara garis besar yaitu piranti elektronik yang bisa
mengubah tegangan listrik (AC) yang tinggi jadi tegangan listrik (DC) yang
rendah, namun ada juga jenis adaptor yang bisa mengubah tegangan listrik yang
rendah jadi tegangan listrik yang tinggi, dan ada banyak lagi macam-macam
adaptor.
Dengan cara umum adaptor yaitu alat elektronika yang bisa sesuaikan atau
mengubah tegangan listrik, tujuannya yaitu mengubah sumber tegangan listrik
utama yakni dari PLN jadi tegangan listrik yang bisa dipakai untuk sesuai dengan
piranti elektronik yang bakal digunakan seperti Tv, Radio, gadget dan peralatan
elektronik lainnya.
2.4.1
Adaptor Power Supply
Adaptor power supply adalah adaptor yang bisa mengubah tegangan listrik
AC yang besar jadi tegangan DC yang kecil. Misalnya: Dari tegangan 220v AC
jadi tegangan 6v, 9v, atau 12v DC. Adaptor power supply di buat untuk menukar
manfaat baterai atau accu supaya lebih ekonomis. Adaptor power supply ada yang
di buat sendiri, namun ada yang di buat jadikan satu dengan rangkaian lain.
Misalnya dengan rangkaian Radio Tape, Tv, dan lain-lain.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Adaptor Power Supply
2.5
Interface RS232
RS232 biasanya merupakan saluran bebas yang dibuat untuk dua arah
(full-duplex) komunikasi. RS232 memiliki garis atau jalur jalur yang banyak
(terutama
digunakan
dengan
modem),
dan
juga
menetapkan
protokol
komunikasi.Interface RS-232 yang mengandaikan kesamaan antara DTE dan
DCE. Ini adalah asumsi yang masuk akal ketika sebuah kabel pendek
menghubungkan DTE ke DCE, tapi dengan garis-garis panjang dan koneksi antar
perangkat yang mungkin pada bus listrik yang berbeda dengan alasan yang
berbeda, ini tidak mungkin benar. Untuk +12 volt menunjukkan "ON” sedangkan
A -3 hingga -12 volt menunjukkan "OFF". Peralatan komputer modern
mengabaikan tingkat negatif dan menerima tingkat tegangan nol. Bahkan,
keadaan "ON" dapat dicapai dengan potensi positif yang lebih rendah. Sirkuit Ini
berarti didukung oleh 5 VDC mampu mengemudi sirkuit RS232 secara langsung,
bagaimanapun, rentang keseluruhan bahwa sinyal RS232 dapat dikirim / diterima
dapat dikurangi secara dramatis.
Db9
USB Serial
Conventer
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Interface RS232
2.6
Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah mikrokomputer chip-tunggal yang dirancang secara
spesifik untuk aplikasi-aplikasi kontrol dan bukan untuk aplikasi-aplikasi
serbaguna. Aplikasi-aplikasi yang tipikal meliputi kontrol perangkat perangkatperangkat peripheral seperti motor, penggerak, printer, dan komponen-komponen
subsistem minor.
Mikrokontroller sesuai dengan namanya adalah suatu alat atau komponen
pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Bila dibandingkan
dengan mikroprosesor, mikrokontroller jauh lebih unggul karena terdapat
berbagai alasan diantaranya :
1. Tersedianya Input/Outout
I/O dalam mikrokontroller sudah tersedia, sementara pada mikroprosesor
dibutuhkan IC tambahan untuk menangani I/O tersebut, IC yang dimaksud adalah
PPI 8255.
2. Memori Internal
Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak
harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan
IC memori eksternal
Dengan kelebihan-kelebihan diatas mikroprosesor tetap digunakan sebagai dasar
dalam mempelajari mikrokontroller. Inti kerja dari keduanya adalah sama, yakni
sebagai pegendali suatu sistem.
Dengan menggunakan mikrokontroller maka:
Universitas Sumatera Utara
1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.
2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari
sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.
3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelesuri karena sistemnya yang kompak.
Namun tidak sepenuhnya mikrokontroller bisa komponen IC TTl dan CMOS yang
sering kali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar
menambah jumlah saluran input dan output (I/O) dengan kata lain,
mikrokontroller adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena
mikrokontroller
sudah
mengandung
beberapa
bagian
yang
langsung
dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke
analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC), dan sebagainya hanya
menggunakan Sistem Minimum yang tidak rumit.
Mikrokontroller adalah otak dari suatu sistem elektronika seperti halnya
mikroprosesor sebagai otak komputer. Namun mikrokontroller memiliki nilai
tambah karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam
suatu kemasan IC. Mikrokontroller AVR (Alf and Vegard’s RISC processor)
standart memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode
16-bit dan sebagian besar instriksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda
dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki
arsitektur CISC (seperti komputer).
Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga
ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT89RFxx. Pada dasarnya
yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan
fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka dikatakan
hampir sama. Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel, yaitu
ATMega8535. Selain mudah didapatkan dan lebih murah ATMega 8535 juga
memiliki fasilitas yang lebih lengkap. Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu ATTiny,
AVR klasik, dan ATMega. Perbedaannya hanya pada fasilitas dan I/O yang
tersedia serta fasilitas lainnya seperti ADC, EEPROM, dan lain sebagainya. Salah
satu contohnya adalah ATMega8535. Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan
maksimal 16 MHz membuat ATMega 8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan
varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan ATMega 8535
Universitas Sumatera Utara
sebagai mikrokontroller yang powerfull.
Kapabilitas detail dari ATMega 8535 adalah sebagai berikut:
1. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.
2. Kapasitas memori flash 8 Kb, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM
(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte.
3. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.
4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps.
5. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.
2.6.1 Konfigurasi PIN ATMega 8535
Mikrokontroller ATMega 8535 mempunyai pin sebanyak 40 buah, dimana
32 pin diantaranya untuk keperluan port I/O yang dapat menjadi pin input/output
sesuai konfigurasi. Pada 32 tersebut terbagi atas 4 bagian (port), yang masingmasing terdiri dari 8 pin. Pin lainya digunakan untuk keperluan rangkaian osilator,
supplay tegangan, reset, serta tegangan reverensi untuk ADC. Konfigurasi pin
ATMega 8535 digambarkan sebagai berikut:
Gambar 2.10 Konfigurasi Pin ATMega 8535
Dari gambar diatas dapat dijelaskan secara fungsional konfigurasi pin ATMega
Universitas Sumatera Utara
8535 adalah sebagai berikut :
 VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.
 GND merupakan pin ground.
 Port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan ADC
 Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
Timer/Counter, komparator analog dan SPI.
 Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu TWI,
komparator analog dan Timer Oscilator.
 Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus, yaitu
komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi serial.
 RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler.
 XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.
 AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.
 AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
2.6.2
Peta Memori ATMega 8535
ATMega memiliki dua jenis memori yaitu Data Memory dan Program
Memory ditambah satu fitur tambahan yaitu EEPROM Memory untuk
menyimpan data.
2.6.3
Program Memory
ATMega memiliki On-Chip In-System Reprogrammable Flash Memory untuk
menyimpan program. Untuk alasan keamanan, program memory dibagi menjadi
dua bagian, yaitu Boot Flash Section dan Application Flash Section. Boot Flash
Section digunakan untuk menyampaikan program Boot Loader, yaitu program
yang harus dijalankan pada saat AVR reset atau pertama kali diaktifkan.
Application Flash Section digunakan untuk menyampaikan program
aplikasi yang dibuat user. AVR tidak dapat menjalankan program aplikasi ini
sebelum menjalankan program Boot Loader. Berdasarkan memori Boot Flash
Section dapat deprogram dari 128 word sampai 1024 word tergantung setting pada
Universitas Sumatera Utara
konfigurasi bit di register BOOTSZ. Jika Boot Loader diproteksi, maka program
pada Application Flash Section juga sudah aman.
Gambar 2.11 Peta Memori Program
2.6.4
EEPROM Data Memori
ATMega 8535 memiliki EEPROM 8 bit sebesar 512 byte untuk menyimpan data.
Lokasinya terpisah dengan sistem address register, data register dan control
register yang dibuat khusus untuk EEPROM. Alamat EEPROM dimulai dari $000
sampai $1FF.
$000
EEPROM
$01FF
Gambar 2.12 EEPROM Data Memori
2.7
LCD (Liquid Crystal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah modul penampil yang banyak
digunakan karena tampilannya menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat
ini ialah tipe M1632. LCD M1632 merupakan modul LCD dengan tampilan 2×16
(2 baris x 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi
Universitas Sumatera Utara
dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD. Untuk
rangkaian interfacing, LCD tidak banyak memerlukan komponen pendukung.
Hanya diperlukan satu variable resistor untuk memberi tegangan kontras pada
matriks LCD. Dalam LCD CHAR 2 x 16 kita akan menemukan indeks baris dan
indeks kolom yang masing-masing dimulai dari indeks 0.
Pada LCD sebagai tampilan tegangan pada baterai Aki untuk
mempermudah mengetahui hasil yang didapatkan. Lcd hanya menampilkan data,
tidak dapat menyimpan data yang kita butuhkan. Maka, sebagai memenuhi
kebutuhan digunakan PC (Personal Computer) sebagai tampilan data tegangan
pada baterai Aki dan dapat menyimpan data tersebut.
Gambar 2.13 LCD CHAR 2x16
2.8
PC (Personal Computer)
Personal Komputer (PC) adalah seperangkat komputer yang digunakan
oleh satu orang saja/ pribadi. Fungsi utama dari PC adalah untuk mengolah data
input dan menghasilkan output berupa data/informasi sesuai dengan keinginan
user (pengguna).
Dalam pengambilan data menganalisa Kapasitas Baterai AKI, data
tegangan, data arus. Dengan kondisi suhu 40oC, 30 oC, 25 oC dan suhu es (OoC).
Seluruh data yang diperoleh dari analisa tersebut disimpan oleh PC (Personal
Computer) yang divisualisasi dengan Program Microsoft Visual Basic.
Universitas Sumatera Utara