bab iii perancangan sistem kelistrikan baterai mobil listrik dengan

BAB III
PERANCANGAN SISTEM KELISTRIKAN BATERAI MOBIL
LISTRIK DENGAN MENGGUNAKAN FUEL CELL
Tujuan dari penyusuan tugas akhir ini merancang baterai untuk memenuhi
kebutuhan yang dipakai pada mobil listrik dan pada saat pengisian baterai
menggunakan fuel cell,. Untuk menghasilkan alat tersebut ada beberapa tahapan yang
harus dilakukan dan disesuaikan dalam susunan baterai dan alat yang akan dijelaskan
pada bab ini.
3.1 Block Diagram Perancangan Baterai
Charger
Sistem
Kontol
Baterai
Motor
Listrik
Fuel
Cell
Gambar 3.1. Block Diagram Sistem Kelistrikan Mobil Listrik
Perancangan dan pembuatan sistem kelistrikan pada baterai ini dapat
diharapkan bisa diaplikansikan dengan menggunakan bahan bakar Fuel Cell sebagai
pengganti sumber daya dari PLN. Dengan perbandingan pengisian baterai
37
http://digilib.mercubuana.ac.id/
38
menggunakan charger dari daya PLN dan pengisian baterai menggunakan fuel cell.
Fungsi dari masing-masing blok dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Charger
Charger ini berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk mengisi energi
kedalam baterai (isi ulang) dengan masukan arus listrik melaluinya. Arus listrik
yang melaluinya tergantung pada teknologi dan kapsitas baterai yang diisi
ulang tersebut.
2. Fuel Cell
Fuel Cell merupakan perangkat elektro kimia yang secara langsung berfungsi
mengubah energi kimia menjadi listrik. Dasar struktur fisik fuel cell terdiri dari
lapisan elektrolit diapit oleh anoda dan katoda di sisi lainnya. Fuel cell disini
digunakan untuk pengisian baterai pada mobil listrik.
3. Baterai
Baterai berfungsi untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia,
yang digunakan untuk mensuplai (menyediakan) listrik ke sistem starter, sistem
pengapian, lampu-lampu dan komponen-komponen listrik lainnya.
4. Sistem Kontrol
Sistem kontrol ini berfungsi untuk mempermudah operator mengoperasikan
pembangkit listrik untuk mempermudah operator mengoperasikan pembangkit
listrik agar efisiensi dan reliable.
5. Motor Listrik
Motor listrik berfungsi sebagai alat untuk mengubah energi listrik menjadi
energi utama.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
39
3.2 Perancangan Kebutuhan Baterai
Kebutuhan baterai pada mobil listrik pada saat pengisian menggunakan charger
dan pengisian menggunakan fuel cell ini berbeda. Untuk kebutuhan baterai pada
mobil listrik menyesuaikan dengan spesifikasi tegangan motor listrik sebesar 48 V
DC, sedangkan untuk kebutuhan baterai saat pengisian menggunakan fuel cell
membutuhkan tegangan sebesar 72 V DC sesuai dengan spesifikasi fuel cell buataan
Arcola Energy.
3.2.1 Perancangan Baterai pada Mobil Listrik
Mobil listrik memiliki penggerak utama berupa motor listrik, yang memiliki
spesifikasi 3 HP, 48 Volt DC (spesifikasi baterai data terlampir). P3TKEBTKE
(Pusat Penelitian dan Pengembangan Ketenagalistrikan Energi Baru Terbarukan dan
Konversi Energi) memiliki baterai jenis baterai basah buatan Incoe, dengan masingmasing tegangan sebesar 8 V DC. Karena mempunyai baterai dengan tegangan 8 V
DC maka baterai tersebut harus dirangkai secara seri untuk memenuhi kebutuhan
suplai tegangan motor listrik dengan perhitungan sebagai berikut :
Dengan menggunakan rumus (2.1)
Jadi kebutuhan baterai: Vtotal = V1 + V2 +….+ Vn
=8+8+8+8+8+8
= 48 V
Jadi baterai yang di perlukan untuk menjalankan mobil listrik sebesar 6 baterai
dirangkai seri.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
40
3.2.2 Perancangan Pengisian Baterai dengan Fuel Cell
Perancangan baterai untuk menjalankan mobil listrik membutuhkan tegangan
sebesar 48 V DC untuk menggerakan motor listrik. Diperlukan baterai tambahan
dikarenakan pada mobil listrik untuk menyuplai komponen berupa lampu, klason dan
sistem kontrol untuk fuel cell. Baterai yang ditambahkan berupa 3 buah dengan
tegangan masing-masing 8V DC yang dirangkai seri (24 V DC). Penambahan baterai
tersebut guna memenuhi suplai sistem kontrol fuel cel sebesar 12 V DC serta lampu
dan klason dengan tegangan 12 V DC. Jadi baterai yang tersedia memiliki tegangan 8
V DC yang dirangkai seri dengan total jumlah 6 + 3 = 9 buah, dengan perhitungan
sebagai berikut:
Dengan menggunakan rumus (2.1)
Jadi kebutuhan baterai Vtotal = V1 + V2 +….+ Vn
=8+8+8+8+8+8+8+8+8
= 72 V
Maka tengngan yang didapat sebanyak 72 V DC dan fuel cell sendiri
mempunyai tegangan sebesar 72 V DC dan dapat diaplikasikan untuk pengisian
baterai pada mobil listrik.
Dengan perhitungan diatas maka pada saat menjalankan mobil listrik
memerlukan 6 Baterai dirangkai seri (48 V DC) untuk menjalankan motor listrik saja
dan pemambahan baterai sebanyak 3 buah untuk sistem kontrol, lampu dan klakson
pada mobil listrik. Dengan demikian total baterai sebanyak 9 buah diragkai seri (72 V
DC) dapat dilakukan pengisian dengan fuel cell karena tegangan sama.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
41
3.3 Pemilihan Baterai
Pemilihan baterai yang digunakan mobil listrik ini adalah jenis baterai basah
buatan INCOE masing-masing baterai mempunyai tegangan 8 V DC, 150 Ah, sesuai
dengan rancangannya. Baterai terdiri yang memiliki tegangan 8 V DC di pasang
secara seri (48 V = 6 x 8 V DC), yang artinya motor listrik yang memiliki tegangan
48 V dan agar dapat dilakukan pengisian menggunakan charger yang mengikuti
ketersediaannya yang ada di pasaran. Sedangkan pada pembangkit fuel cell memiliki
keluaran tegangan sebesar 72 V maka dari itu di perlukan penambahan baterai
sejumlah 3 buah agar dapat mengimbangi keluaran dari fuel cell sehingga di dapat 72
V DC (72 V DC = 9 x 8 V DC)
3.4 Pemilihan Charger
Untuk pemilihan baterai charger menyesuaikan dengan kebutuhan dengan
parameter baterai dan yang ada di pasaran itu sendiri. Kebutuhan suplai motor listrik
sebesar 48 V DC dan menggunakan 6 buah baterai yang diseri. Dengan demikian
pemilihan Charger yang digunakan adalah charger dari AC ke DC 48 Volt DC, 25A,
dari HXTIECHENG. Pada saat proses charging baterai, terminal positif charger
disambungkan ke terminal positif
baterai pertama, sedangkan terminal negatif
charger dihubungkan dengan ujung terminal negatif baterai keenam yang dirangkai
seri. Pada saat proses charging disarankan agar memutus hubungan sistem kendali
dengan baterai, agar jika terjadi hubung singkat saat proses charging, maka tidak
tersambung dengan sistem kendali.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
42
3.5 Pemilihan Karakteristik Fuel Cell Untuk Mobil Listrik
Ada beberapa jenis fuel cell, namun Proton Exchange Membrane (PEM) juga
dikenal sebagai membran pertukaran proton fuel cell termasuk salah satu tipe yang
biasa digunakan dalam mobil saat ini. Fuel cell PEM terdiri dari “tumpukan” dari
beberapa sel dimana hidrogen dan oksigen bereaksi secara elektrokimia untuk
menghasilkan tenaga listrik (spesifikasi fuel cell yang dipakai data terlampir). Disebut
PEM karena menggunakan proton sebagai konduktor melewati membran dari bahan
polimer yang berfungsi sebagai elektrolit dari anoda ke katoda. Selain itu
dibandingkan dengan jenis fuel cell lain suhu kerja PEMFC cocok untuk tranportasi
karena mempunyai suhu yang tidak terlalu tinggi dan akan menyebabkan panas pada
kendaraan. PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) pertama kali ditemukan
oleh Thomas Grubb dan Leonard Niedrach di General Electric pada tahun 1960 dan
digunakan untuk aplikasi pada pesawat luar angkasa milik NASA yaitu Gemini dan
Apollo. Hal ini karena PEMFC dapat digunakan sebagai sumber energi listrik untuk
misi luar angkasa dalam jangka waktu yang panjang, selain itu keluaran PEMFC
berupa air dapat digunakan untuk awak pesawat luar angkasa.
3.6 Perancangan Pengisian Baterai dengan Charger
Untuk perancangan pengisian baterai menggunakan charger yang bersumber
dari PLN dibutuhkan sebanyak 6 buah baterai dirangkai seri dengan tegangan 24 V
DC seperti tampak pada gambar 3.3. Untuk pengisian tersebut perlu melepas kabel
yang terhubung pada sistem kendali dan motor, lalu menghubungkan ke alat ukur
http://digilib.mercubuana.ac.id/
43
(Votlmeter dan Amperemeter) dan menyambungkan ke charger. Kemudian charger
dihubungkan ke sumber listrik dari PLN.
Gambar 3.2. Skema Kelistrikan Pengisian Baterai dengan Charger
Pengambilan data pengisian menggunakan sumber dari PLN dilakukan secara
15 menit sekali dan hasil pengukuran dicatat kurang lebih selama 2 setengah jam.
3.7 Perancangan Pengisian Baterai Dengan Fuel Cell
Untuk pengisian baterai menggunakan fuel cell harus menambahkan baterai
sebanyak 3 buah dengan total baterai 9 buah dirangkai seri sehingga tegangan
menjadi 72 Volt DC. Untuk pengisian tersebut tidak perlu melepas sambungan kabel
dari baterai yang menghubungkan ke sistem kendali dan motor listrik. Setelah itu 9
buah baterai yang dirangkai seri tersebut dihubungkan ke fuel cell. Dengan ujung
positif baterai yang telah dirangkai seri dihubungkan dengan positif fuel cell,
http://digilib.mercubuana.ac.id/
44
begitupun dengan ujung sisi negatif baterai yang diseri dihubungkan dengan sisi
negatif fuel cell.
Gambar 3.3. Skema KelistrikanPengcasan Baterai dengan fuel cell
Sebelum melakukan pengisian menggunakan Fuel Cell perlu dicek sambungan
gas menggunakan air sabun agar tidak terjadi kebocoran gas dengan mengalirkan gas
nitrogen untuk flushing dengan tekanan maksimum 7 psi. Hal ini dilakukan karena
jika tekanan gas lebih dari 7 psi maka membrane pada Fuel Cell dapat mengalami
kerusakan. Setelah memastikan tidak ada kebocoran maka diperlukan penggantian
gas menggunakan hidrogen.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
45
Gambar 3.4. Cara Pengambilan Data Pengisian Baterai dengan Fuel Cell
Pengambilan data pengisian baterai menggunakan Fuel Cell dilakukan dengan
cara membuka web Arcola Energy dengan akun dan password yang diberikan dari
pihak Arcola seperti tampak pada gambar 3.5. Hal ini dapat dilakukan karena dalam
sistem Fuel Cell yang digunakan terdapat data akusisi yang mengirimkan data
pengukuran ke web tersebut.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
46
3.8
Perancangan Pengujian
Berikut ini adalah bagan alur pengambilan data pengisian baterai menggunakan
charger dan Fuel Cell.
Pengisian Baterai
pada Mobil Listrik
Pengisian dengan Charger
Pengisian dengan Fuel Cell
Pengambilan data di P3TKEBTKE
Karaktersitik
Menggunakan Charger
Karaktersitik
Menggunakan Fuel cell
Perbandingan
Kesimpulan
Gambar 3.5. Diagram Alur Pengambilan Data
Pengisian baterai pada mobil listrik dilakukan dengan dua cara yang pertama
menggunakan charger dan kedua menggunakan fuel cell. Pengambilan data dilakukan
secara actual yang dilakukan di P3TKEBTKE(Pusat Penelitian dan Pengembangan
Ketenagalistrikan Energi Baru Terbarukan dan Konversi Energi). Setelah
mendapatkan kedua data tersebut didapatkan karakteristik dari kedua percobaan dan
dilakukan perbandingan. Setelah semua itu dilakukan maka akan dapat diambil
kesimpulan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
47
Untuk melakukan percobaan tersebut diperlukan peralatan Voltmeter,
Amperemeter dan Tachometer pada saat pengisian menggunakan charger. Sedangkan
untuk pengambilan data menggunakan fuel cell hanya perlu melihat di web Arcola
Energy dengan akun dan password yang telah diberikan.
Setelah dilakukan
pengambilan data
maka mobil listrik dicoba dengan
mengelilingi sekitar kantor. Adanya fuel cell tentu saja akan bertambah beratnya dan
akan berpengaruh pada total jarak tempuh mobil listrik fuel cell dikarenakan jumlah
baterai ditambah tetapi baterai tersebut digunakan untuk auxilary bukan untuk
cadangan ke motor, jadi yang di lakukan untuk memperoleh total jarak tempuh adalah
mengukur total jarak mobil listrik setelah dipasang fuel cell mengggunakan alat ukur.
Gambar 3.6 Jalur Mobil Listrik Tampak Atas
http://digilib.mercubuana.ac.id/
48
Percobaan
dilakukan
dengan
cara
mengelilingi
area
sekitar
gedung
P3TKEBTKE (Pusat Penelitian dan Pengembangan Ketenagalistrikan Energi Baru
Terbarukan dan Konversi Energi) seperti yang tampak pada gambar 3.6. Dengan
mengelilingi area tersebut dan mengarahkan Tachometer kearah ban mobil listrik.
http://digilib.mercubuana.ac.id/