layanan teknologi baterai untuk mobil listrik - B2TKE
advertisement
0 8 1 Kode Lembaga 0 6 Kode Program 01/02/06 5 8 6 4 Kode Kegiatan 0 1 Kode Output P B Kode Prioritas PN/PB/PL LAPORAN AKHIR PROGRAM: (081.01.06) PROGRAM PENGKAJIAN DAN PENERAPAN TEKNOLOGI KEGIATAN: (5864) LAYANAN TEKNOLOGI BATERAI UNTUK MOBIL LISTRIK SUB KEGIATAN (5864.01.01) PEREKAYASAAN TEKNOLOGI BATERAI UNTUK MOBIL LISTRIK BALAI BESAR TEKNOLOGI ENERGI BADAN PENGKAJIAN DAN PENERAPAN TEKNOLOGI 2016 Program Document Judul Program PEREKAYASAAN TEKNOLOGI BATERAI UNTUK MOBIL LISTRIK (Lanjutan) Balai Besar Teknologi Energi Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Tahun 2016 Dibuat oleh : CHIEF ENGINEER Drs. Adjat Sudrajat, MSc Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Diperiksa oleh Disetujui oleh : PROGRAM MANAGER KEPALA PROGRAM Ir. Nur Aryanto Aryono Dr.-Ing.Oo Abdul Rosyid, MSc Hal - 1 KATA PENGANTAR Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 2 DAFTAR ISI Hal. Abstrak………………………………………………………………………………………… Daftar Isi……………………………………………………………………………………… Daftar Gambar………………………………………………….................................... Daftar Tabel …………………………………………………....................................... 2 3 4 5 I. 1.1 1.2 1.3 1.4 PENDAHULUAN……………………………………………………………. Inti Kegiatan, Keunikan, dan Keunggulan Teknologi…………………………. Keterikatan Urgensi Kegiatan…………………………………………………………. Keterikatan Kegiatan dengan Renstra BPPT 2015-2019…………………….. Deskripsi Teknologi yang Digunakan…………………………………………………….. 6 6 7 7 8 II. TUJUAN DAN SASARAN……………………………………………..….. 9 III. PELAKSANAAN KEGIATAN……………………………………………… 9 3.1 3.2 Sistem Tata Kerja Kerekayasaan…………………………………………………….. Kontribusi Tiap WBS dalam Pelaksanaan Program………………………….. 10 11 IV. HASIL KEGIATAN DAN PEMBAHASAN………………………….…… 14 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Deskripsi Hasil Capaian Kegiatan Hingga Akhir 2016............................ Pemetaan Kegiatan................................................................................ Hasil Capaian Kegiatan Berjalan terhadap TRL (Self Assessment)...... Mitra dan Peran dalam Pelaksanaan Kegiatan...................................... Kendala-kendala yang dialami (SDM, anggaran, fasilitas, dll)............... 14 53 54 54 55 V. KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………………… 58 5.1 5.2 Kesimpulan…………………………………………………………………………………. Saran………………………………………………………………………………………….. 58 58 VI. ISIAN FORM A DAN FORM B…………………………………………… 59 Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 3 DAFTAR GAMBAR Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar 3.1 Struktur Organisasi Perekayasaan ..................................................... 12 4.1 Stasiun pengisian baterai umum ....................................................... 17 4.2 Klasifikasi Battery charging station .................................................... 18 4.3 Inverter ........................................................................................... 19 4.4 BMS ................................................................................................ 19 4.5 Komponen Stasiun Pengisian Baterai ................................................. 20 4.6 Contoh Stasiun Pengisian Baterai ...................................................... 21 4.7 PV Array 600 Wp yang dipasang pada Rooftop gedung B2TE .............. 22 4.8 Sistem kontrol dan pengisian baterai lithium ...................................... 23 4.9 Profil beban pengisian baterai mobil listrik ......................................... 24 4.10 Profil Produksi dan Konsumsi Energi Listrik ...................................... 25 4.11 Komposisi total biaya sistem PLTS berdasarkan jenis komponen........ 26 4.12 Komposisi total biaya sistem PLTS berdasarkan jenis biaya ............... 27 4.13 Konfigurasi Mobil Listrik .................................................................. 28 4.14 HEV............................................................................................... 28 4.15 Plug-inVehicle (PHEV)..................................................................... 29 4.16 BEV ............................................................................................... 30 4.17 Contoh baterai lithium pada mobil listrik .......................................... 33 4.18 Sampel Uji Baterai Lithium LiFePO4, 40 AH/12V................................ 35 4.19 Fasilitas uji baterai di B2TE ............................................................. 36 4.20 Hasil Uji Kapasitas Baterai Lithium-ion ............................................. 38 4.21 Hasil Uji Siklus Baterai Lithium-ion................................................... 39 4.22 Lithium-ion reaction........................................................................ 47 4.23 Cycle life, moderate climate ............................................................ 50 4.24 Cycle life, extreme climate .............................................................. 50 4.25 Capacity vs. Discharge Rate ............................................................ 51 4.26 Lithium-ion safety mechanisms ....................................................... 52 4.27 Perbandingan Tegangan ................................................................. 53 4.27 Kegiatan penelitian di UGM ............................................................ 59 Gambar 4.29 Lab Kimia Pembuatan Elektroda LiFePO4 ....................................... 61 Gambar 4.30 Bahan-bahan material pembuatan Elektroda ................................... 61 Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 4 DAFTAR TABEL Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel Tabel 3-1 Pelaksana Kegiatan.............................................................................. 10 3-2 Rencana Kegiatan 2015 ....................................................................... 13 3-3 Output Sistem Tata Kerja Kerekayasaan .................................................. 14 4-1 Komponen Sistem Pengisian Baterai dengan PLTS Hybrid ...................... 25 4-2 Produksi dan konsumsi energi listrik ..................................................... 26 4-3 Net Present Costs ................................................................................ 26 4-4 Hasil Uji Kapasitas Awal ....................................................................... 38 4-5 Hasil Uji kapasitas sisa setelah 150 siklus pertama................................. 38 4-5 Metode yang Digunakan Uji Arus It Didefinisikan Dalam IEC 61434......... 42 4-6 Contoh Arus Charge dan Discharge....................................................... 43 4-7 Perbandingan Kategori Baterai Lithium-ion........................................... 48 4-8 Perbandingan Teknologi Baterai ........................................................... 48 4-9 Laporan pelaksanaan kegiatan Triwulan IV............................................... 54 4-10 Realisasi Capaian Hasil Kegiatan 2015 .................................................... 54 4-11 Perbandingan teknologi mobil listrik di beberapa lembaga/universitas ... 63 4-12 Mitra dan Peran Mitra................................................................................ 8 Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 5 ABSTRAK Baterai merupakan komponen utama untuk mensukseskan pengembangan mobil listrik nasional. Dimasa lalu mobil listrik banyak menggunakan baterai jenis lead-acid yang mempunyai densitas rendah (sekitar 30 wh/kg) sehingga diperlukan baterai dalam jumlah besar, serta massa baterai yang berat untuk menempuh jangkauan yang relatif dekat. Disamping itu masa pengisian ulang yang lama menyebabkan mobil listrik belum dapat menyamai popularitas mobil bermotor bakar. Hal ini pula yang menyebabkan banyak hasil penelitian mobil listrik yang dilakukan lembaga riset maupun universitas di Indonesia kurang dapat berkembang. Performansi keseluruhan dari mobil listrik sangat dipengaruhi oleh berat kendaraan tersebut, sehingga mobil listrik yang berat akibat menggunakan banyak baterai terbukti boros energi listrik, kecepatan dan torsi tidak memuaskan, sehingga mengurangi animo masyarakat untuk memilih mobil listrik sebagai sarana transportasi. Berdasarkan hal tersebut diperlukan suatu jenis baterai yang mempunyai densitas energi yang tinggi, ringan, dan dapat di isi ulang dalam waktu singkat. Dewasa ini ditemukan teknologi baterai lithium, yang membangkitkan kembali gairah dalam mengembangkan mobil listrik. Baterai Lithium-ion pertama kali ditemukan oleh M.S. Whittingham pada tahun 1970 yang menggunakan titanium(II) sulfide sebagai katoda dan lithium metal sebagai anoda. Dengan penelitian yang intensif selama lebih dari 20 tahun, akhirnya pada tahun 1991 Sony memproduksi secara komersial lithium-ion baterai pertama kalinya. Sejak produksi komersial tahun 1991, produksi Lithium-ion baterai mengalami kenaikan yang sangat pesat karena telah membuat revolusi didunia elektronik. Kenaikan produksi lithium-ion baterai pada tahun 2007 mencapai 22.4% di Jepang. Saat ini negara Jepang merupakan produsen baterai terbesar yang dimiliki oleh Sony, Panasonic, dan Toshiba. Lithium-ion baterai juga merupakan pemimpin produk beterai yang menguasai 46% atau sekitar 4 milliar US dollar pangsa pasar pada tahun 2007. Baterai lithium mempunyai energi densitas sekitar 3 – 4 kali lebih besar dibandingkan baterai lead acid. Dengan demikian, berat dan masa baterai pada mobil listrik dapat lebih ditekan, untuk menempuh jarak yang lebih jauh. Disamping itu, penerapan mobil listrik perlu didukung dengan stasiun pengisian ulang baterai yang memadai dan handal. Karena itu dalam studi ini akan dilakukan kajian terhadap teknologi baterai lithium dan stasiun pengisian ulang baterai dengan teknologi hybrid dan fast charging. Melalui pendekatan tersebut diatas diharapkan akan dapat diketahui secara komprehensip, seberapa besar tingkat kelayakan teknis apabila suatu stasiun pengisian ulang baterai kendaraan listrik dengan menggunakan teknologi ini, dijadikan sebagai pendukung penyediaan energi bagi kendaraan listrik. Penelitian ini akan dilaksanakan melalui pendekatan pendalaman terhadap keunggulan dan kelemahan yang berkaitan dengan semua aspek teknis meliputi: 1. Konsep dasar dan perancangan stasiun pengisian ulang baterai (battery charging station) dengan menggunakan teknologi hybrid dan fast charging. 2. Kajian tentang disain dan kinerja baterai lithium yang digunakan pada mobil listrik Hasil kegiatan tahun 2016 diantaranya adalah: pengembangan teknologi hybrid battery charging station, dan pengujian baterai lithium untuk aplikasi PLTS. . Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 6 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Inti Kegiatan, Keunikan, dan Keunggulan Teknologi Baterai merupakan komponen utama untuk mensukseskan pengembangan mobil listrik nasional. Dimasa lalu mobil listrik banyak menggunakan baterai jenis lead-acid yang mempunyai densitas rendah (sekitar 30 wh/kg) sehingga diperlukan baterai dalam jumlah besar, serta massa baterai yang berat untuk menempuh jangkauan yang relatif dekat. Disamping itu masa pengisian ulang yang lama menyebabkan mobil listrik belum dapat menyamai popularitas mobil bermotor bakar. Hal ini pula yang menyebabkan banyak hasil penelitian mobil listrik yang dilakukan lembaga riset maupun universitas di Indonesia kurang dapat berkembang. Performansi keseluruhan dari mobil listrik sangat dipengaruhi oleh berat kendaraan tersebut, sehingga mobil listrik yang berat akibat menggunakan banyak baterai terbukti boros energi listrik, kecepatan dan torsi tidak memuaskan, sehingga mengurangi animo masyarakat untuk memilih mobil listrik sebagai sarana transportasi. Berdasarkan hal tersebut diperlukan suatu jenis baterai yang mempunyai densitas energi yang tinggi, ringan, dan dapat di isi ulang dalam waktu singkat. Dewasa ini ditemukan teknologi baterai lithium, yang membangkitkan kembali gairah dalam mengembangkan mobil listrik. Baterai Lithium-ion pertama kali ditemukan oleh M.S. Whittingham pada tahun 1970 yang menggunakan titanium(II) sulfide sebagai katoda dan lithium metal sebagai anoda. Dengan penelitian yang intensif selama lebih dari 20 tahun, akhirnya pada tahun 1991 Sony memproduksi secara komersial lithium-ion baterai pertama kalinya. Sejak produksi komersial tahun 1991, produksi Lithium-ion baterai mengalami kenaikan yang sangat pesat karena telah membuat revolusi didunia elektronik. Kenaikan produksi lithium-ion baterai pada tahun 2007 mencapai 22.4% di Jepang. Saat ini negara Jepang merupakan produsen baterai terbesar yang dimiliki oleh Sony, Panasonic, dan Toshiba. Lithiumion baterai juga merupakan pemimpin produk beterai yang menguasai 46% atau sekitar 4 milliar US dollar pangsa pasar pada tahun 2007. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 7 Baterai lithium mempunyai energi densitas sekitar 3 – 4 kali lebih besar dibandingkan baterai lead acid. Dengan demikian, berat dan masa baterai pada mobil listrik dapat lebih ditekan, untuk menempuh jarak yang lebih jauh. Penerapan baterai untuk aplikasi mobil listrik perlu didukung dengan stasiun pengisian ulang baterai yang memadai dan handal. Karena itu dalam studi ini akan dilakukan kajian terhadap teknologi baterai lithium dan stasiun pengisian ulang baterai dengan teknologi hybrid dan fast charging. Melalui pendekatan tersebut diatas diharapkan akan dapat diketahui secara komprehensip, seberapa besar tingkat kelayakan teknis apabila suatu stasiun pengisian ulang baterai kendaraan listrik dengan menggunakan teknologi ini, dijadikan sebagai pendukung penyediaan energi bagi kendaraan listrik. Penelitian ini akan dilaksanakan melalui pendekatan pendalaman terhadap keunggulan dan kelemahan yang berkaitan dengan semua aspek teknis meliputi: karakteristik baterai lithium LiFePO4, kajian pengembangan stasiun pengisian ulang baterai hybrid (hybrid battery charging station), serta kajian tentang penerapan baterai lithium yang digunakan pada aplikasi mobil listrik dan atau sistem PLTS (Fotovoltaik). 1.2 Urgensi Kegiatan Makin menipisnya cadangan yang tersedia dan makin mahalnya bahan bakar fosil khususnya minyak bumi untuk transportasi, serta dampaknya terhadap lingkungan, maka perlu mencari sumber energi alternative untuk sistem transportasi yang handal, berkelanjutan, dan ramah lingkungan. Pemanfaatan energi terbarukan, khususnya energi surya pada sistem transportasi, merupakan solusi alternative dalam penyediaan energy yang handal, berkelanjutan dan ramah lingkungan. Energi listrik yang dihasilkan dari energi surya disimpan dalam baterai yang selanjutnya dapat digunakan untuk sumber energi pada mobil listrik. 1.3 Keterikatan Kegiatan dengan Renstra BPPT 2015-2019 Kegiatan ini merupakan salah satu implementasi dari sasaran strategis bidang kelistrikan 2015-2019, dalam rangka mendukung upaya mewujudkan visi dan misi dan pencapaian sasaran strategis BPPT, melalui peningkatan tata kelola pemerintahan yang baik untuk mendukung inovasi dan layanan teknologi. Kegiatan Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 8 ini tercantum dalam lampiran 1 Matriks Kinerja Dan Pendanaan BPPT 2105-2019, dengan rincian sbb: Mata Anggaran Kegiatan: 3458 Sasaran Progam: Pengkajian dan Penerapan Teknologi (PPT) Sasaran Output: Layanan Teknologi Batere untuk Mobil Listrik Indikator: o Jumlah rekomendasi perekayasaan teknologi battere untuk mobil listrik, dan o Jumlah Pengujian/Karakterisasi Batere LiFePO4 1.4 Deskripsi Teknologi yang Digunakan Teknologi yang digunakan dalam kegiatan ini merupakan pengembangan teknologi baterai mobil listrik beserta sistem pengisian energinya. Saat ini baterai lithium sudah digunakan sebagai catu daya dalam peralatan elektronik mobile seperti notebook, handphone, smartphone, dan sebagainya. Pengembangan selanjutnya sudah diaplikasikan pada sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS), terutama sebagai catudaya pada BTS (Base Transceiver Sistem), penerangan jalan umum (PJU), dll. Dalam hal ini baterai lithium berfungsi untuk mensuplai beban statis. Saat ini baterai lithium mulai diuji cobakan untuk aplikasi mobil listrik, dimana merupakan beban dinamis. Tingginya denstitas energi baterai lithium dibandingkan dengan baterai jenis lainnya (seperti lead-acid), maka prospek baterai lithium menjadi lebih baik. Namun demikian untuk aplikasi mobil listrik, baterai lithium perlu dirancang dan diuji dengan baik, agar dapat memenuhi kebutuhan energy yang dapat menggerakan motor listrik dengan berbagai pembebanan. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 9 BAB II TUJUAN DAN SASARAN 1.1 TUJUAN Untuk mengetahui kelayakan teknis baterai Lithium yang digunakan pada mobil listrik dan atau PLTS, serta Konsep perancangan suatu hybrid battery charging station, dengan berbasis energy terbarukan, khususnya energi surya PV. 1.2 SASARAN Pengujian kinerja baterai Lithium untuk aplikasi mobil listrik/PLTS. Diperolehnya karakteristik baterai lithium LiFe PO4 untuk digunakan pada pada mobil listrik dan atau PLTS. Perancangan stasiun pengisian baterai mobil listrik dengan teknologi hybrid. Diperolehnya fakta komprehensif tentang kelayakan stasiun pengisian baterai mobil listrik menggunakan energi surya fotovoltaik. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 10 BAB III PELAKSANAAN KEGIATAN 3.1 Sistem Tata Kerja Kerekayasaan Untuk menjalankan kegiatan ini, maka disusun suatu Sistem Tata Kerja Kerekayasaan (STKK) tipe C, yang terdiri atas: Group Leader (WBS), Program manager/PM) dan 3 buah WP (Work Package). Struktur organisasi perekayasaan kegiatan in ditunjukkan pada Gambar 3.1, dengan SDM yang terlibat seperti pada Tabel 3-1. Tabel 3-1. Pelaksana Kegiatan Nama NIP Peran Jabatan Fungsional 1 2 6 8 10 11 19650625 199103 1 002 GL Perakayasa Madya B2TKE TIEM 0 Unit Kerja Deputi 1 Dr. Ing- Oo Abdul Rosyid, MSc 2 Ir. Nur Aryanto Aryono 196310031991031003 PM Perekayasa Utama Muda B2TKE TIEM 3 Supriyadi, SE 197607282007101001 Ass PM Fungsional Umum B2TKE TIEM 4 Nelly Malik Lande, ST., MT 198211302008012011 L-1 Perakayasa Pertama B2TKE TIEM 5 Fariz Maulana Rizanulhaq, ST 19881023 201212 1 001 ES-11 Perekayasa Pertama B2TKE TIEM 6 Setya Sunarna, A.Md 19750821 200901 1 005 ES-12 Teknisi Litkayasa B2TKE TIEM B2TKE TIEM 7 Edi Prabowo 19611023 198510 1 001 ES-13 Teknisi Litkayasa Penyelia 8 Drs. Adjat Sudradjat, MSc 19561221 198402 1 002 L-2 Perekayasa Madya B2TKE TIEM 9 Lily Sapinah, SE 19770602 200910 2 001 ES-21 Perekayasa Pertama B2TKE TIEM 10 Nuraida Tarigan, A.Md 196807281999032001 ES-22 Teknisi Litkayasa Penyelia B2TKE TIEM 11 Andrianshah Priyadi, ST 198406252009011001 ES-22 Perekayasa Muda B2TKE TIEM 19890303 201212 2 002 L-3 Perekayasa Pertama B2TKE TIEM 196501041984111001 ES-31 B2TKE TIEM 19630626 198503 1 004 ES-32 B2TKE TIEM 196102081985121001 ES-33 B2TKE TIEM 12 Anita Faradilla, ST 13 Ichwan Subagio 14 Rohi Adu Wenyi, ST 15 Ir. Mohamad Youvial, MSChe Teknisi Litkayasa Penyelia Teknisi Litkayasa Penyelia Fungsional Umum 3.2 Kontribusi Tiap WBS dalam Pelaksanaan Program Kegiatan ini terdiri atas 1 WBS tipe C, yang terdiri dari 3 WP, meliputi: pengembangan hybrid battery charging station (WB-1), Penerapan baterai lithium untuk mobil lisrtik (WP-2), dan pengujian baterai lithium (WB-3) kajian baterai lithium untuk aplikasi mobil listrik. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 11 Untuk mencapai tujuan dan sasaran yang diharapkan dalam kegiatan ini, maka WBS-1 difokuskan pada kajian tentang battery charging system untuk mobil listrik berbasis energi terbarukan. Output dari WP-1 ini adalah prototype dan disain sistem battery charging system berbasis energi surya, hybrid dengan jaringan listrik PLN. Energy surya PV merupakan sumber energi utama, sedangkan jaringan lstrik PLN hanya sebagai cadangan. Hal ini dimaksudkan agar energi untuk mobil listrik benarbenar diperoleh dari energi terbarukan yang bersih dan berkelanjutan. Kelebihan listrik dari sistem ini dapat diumpankan (feed-in) ke jaringan PLN (Grid). WP-2 difokuskan untuk mendapatkan kajian komprehensip tentang penerapan baterai lithium untuk mobil lsitrik dan atau PLTS. Dengan pertimbangan keunggulan baterai jenis lithium saat ini sudah banyak penerapannya pada kendaraan lsitrik (mobil, sepeda, dll) dan pembangkit listrik jenis off-grid, tipe SHS maupun PJU-PLTS. Namun dalam implementasinya masih ditemukan banyak masalah baik dari pemilihan jenis baterai, ukuran kapasitas, BMS, serta disain baterai untuk aplikasi tersebut. Sementara WP-2 difokuskan untuk mendapatkan karakteristik baterai lithium (khususnya LiFePO4) untuk aplikasi pada mobil listrik. Mengingat keungulan dari baterai lithium dibandingkan dengan baterai lead-acid, maka dalam WP ini melakukan pengujian karakteristik kinerja elektrik dari baterai lithium. Dengan fasilitas uji baterai yang tersedia, saat ini uji baterai lithium masih menggunakan standard SNI Pengujian Baterai Sekunder untuk Aplikasi PLTS (Beban statis). Untuk selanjutnya, pengujian ini akan dikembangkan pada pengujian. baterai lithium untuk aplikasi mobil listrik (dinamis) berdasarkan IEC 62660-1:2010- Secondary Lithiumion cells for the propulsion of electric road vehicles-part-1. GROUP LEADER Dr. – Ing. Oo Abdul Rosyid, MSc PROGRAM MANAGER Ir. Nur Aryanto Aryono WP 01 Pengembangan Hybrid Battery Charging Station Leader Nelly Malik Lande, ST, MT WP 02 Penerapan Baterai Mobil Listrik/PLTS Leader Drs. Adjat Sudrajat, MSc WP 03 Pengujian Baterai Lithium Leader Anita Faradilla, ST Gambar 3.1 Struktur Organisasi Perekayasaan Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 12 Tabel 3-2 Rencana Kegiatan 2016 No. WBS 01 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Rincian Kegiatan Rencana Pelaksanaan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ukuran Keberhasilan Perencanaan teknologi efisiensi energi dan elastisitas energi Persiapan Survei dalam rangka pengumpulan data primer dan data sekunder Pengadaan komponen dan Penyiapan fasilitas uji baterai Penyusunan metode pengujian baterai lithium Pengembangan disain prototipe hybrid charging station berbasis PLTS (PV) Evaluasi dan analisis hybrid charging station Pengujian dan analisis kinerja baterai lithium Kajian penerapan baterai lithium untuk mobil lsitrik/PLTS Kajian teknologi tekno-ekonomi penerapan mobil listrik Pembuatan laporan akhir Sosialisasi dan Diseminasi Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Dokumen Dokumen dokumen Dokumen Dokumen Disain Dokumen Laporan uji Dokumen Disain Dokumen Disain Laporan Laporan Hal - 13 BAB IV HASIL KEGIATAN DAN PEMBAHASAN 4.1 DESKRIPSI HASIL CAPAIAN KEGIATAN Hasil capaian kegiatan Perekayasaan Baterai Mobil Listrik hingga 2016, meliputi: a) Kajian pengembangan prototipe Hybrid Battery Charging Station b) Pengujian Karakteristik Baterai Lithium-ion LiFePO4 c) Kajian penerapan baterai lithium untuk Mobil Listrik d) Kajian penerapan baterai lithium pada sistem PLTS 4.1.1 Kajian Hybrid Battery Charging Station untuk Mobil Listrik 4.1.1.1 Status Teknologi Stasiun pengisian baterai adalah suatu elemen infrastruktur yang mensuplai energi listrik untuk pengisian kembali baterai mobil listrik. Sejalan dengan berkembangnya pemakaian mobil listrik permintaan adanya stasiun pengisian baterai semakin banyak. Beberapa stasiun pengisian baterai terletak di tempat fasilitas umum seperti pusat pertokoan yang disediakan oleh perusahaan-perusahaan listrik. Stasiun pengisian baterai ini menyediakan konektor yang sesuai dengan berbagai macam standar konektor mobil listrik. Stasiun Pengisian baterai dapat dibagi sesuai dengan kebutuhannya, sbb: 1. Pengisian baterai di perumahan adalah metoda pengisian yang paling umum yang paling umum, pemilik mobil listrik melakukan pengisian ulang pada waktu malam hari. 2. Mengisi baterai saat mobil listrik parkir (termasuk stasiun pengisian umum)menjadi suatu usah pengisian baterai atau gratis, yang merupakan kerjasama usaha dengan pemilik area parkir. Pengisian dapat dilakukan secara perlahan atau dengan kecepatan yang relatif cepat, dan mendorong pemilik mobil listrik untuk melakukan pengisian baterai saat mereka melakukan kegiatan lainnya seperti berbelanja, atau di stasiun kereta api. 3. Fast charging atau pengisian cepat di stasiun pengisian umum >40 kW, memeberikan energi listrik lebih dari 60 mile (100 km) selama kurun waktu 1030 menit. Stasiun pengisian ini biasanya berada pada tempat peristirahatan Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 14 untuk memungkinkan pengisian mobil listrik yang sedang menempuh perjalanan jauh. Contoh yang umum adalah CHAdeMO dan SAE CCS chargers, dan Tesla Superchargers. Stasiun pengisian pertama DC fast charging milik Tesla Motor, yang berada diantara San Fransisco dan Los Angeles akan dapat menambahkan jarak sejauh 150 mil, dengan melakukan pengisian baterai selama 30 menit. Umumnya untuk menambah jarak tempuh 150 mil, diperlukan waktu pengisian beberapa jam atau sampai dengan satu hari penuh tergantung kapasitas baterai dan apakah pengisian biasa atau dengan tegangan tinggi yang dipakai. Tetapi stasiun pengisian cepat seperti tersebut diatas mempunyai keterbatasan harga investasi yang masih cukup mahal, dan faktanya pengisian listrik cepat masih lebih lama dibandingkan dengan pengisian bahan bakar minyak pada mobil konvensional. Umumnya pemilik mobil listrik tidak memerlukan pengisian cepat, mereka melakukan pengisian baterai di rumah masing-masing selama malam hari, atau di tempat pekerjaan selama mereka bekerja. Kebanyakan mobil listrik tidak memerlukan peralatan khusus pengisian baterai, dikarenakan peraatan pengisian tersebut sudah tersedia didalam mobil listrik, dan hanya dibutuhkan converter daya AC 220 volt yang tersedia di rumah atau di tempat kerja menjadi daya DC untuk kebutuhan baterai. Dengan pengisian dari 220 Volt AC sangat lambat membutuhkan hampir satu hari penuh, atau 3 hari untuk menempuh jarak kurang lebih 300 mil. Sebagian pemilik mobil listrik memasang konektor khusus 240 AC untuk memenekan waktu pengisian menjadi beberapa jam, dan umumnya stasiun pengisian baterai umum memakai konektor 240 Volt. Pengisian cepat merubah AC menjadi DC memberikan arus listrik yang cukup besar harus dilengkapi dengan peralatan manajemen pengisian untuk mengontrol besarnya arus pengisian untuk melindungi baterai dari kerusakan. Contohnya sistem pengisian akan mengurangi arus pengisian bila temperatur baterai menjadi tinggi dan pengisian akan berhenti pada kapasitas baterai sudah mencapai 80 % dari kapasitas. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 15 Gambar 4.1 Stasiun pengisian baterai umum Kapasitas pengisian cepat DC bervariasi. Umumnya hanya mensuplai 20 kilowat, tetapi pada beberapa penelitian pengisian cepat ini ada yang mensuplai sampai 100 kilowatt (sebagai perbandingan outlet 240-Volt akan mensuplai 3,3 kilowatt). Harga stasiun pengisian cepat ini masih mahal, harga peralatan berkisar antara USD 10,000 dan harga instalasi sistem stasiun pengisian cepat bisa 3 kali harga peralatan sehingga harga keseluruhan bisa mencapai USD 100,000, pada kasus tertentu. 4.1.1.2 Pengembangan Prototipe Hybrid Battery Charging Station Pada kegiatan sebelumnya telah dibuat suatu demonstrasi proses pengisian baterai mobil listrik menggunakan sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) yang dihybrid dengan jaringan listrik PLN, dengan spesifikasi sbb: Beban (LiFePO4, 48V/55Ah): 2.64 kWh/day PV: total 4000 Wp 600 Wp + 3400 Wp (2016) Baterai (lead-acid): 9 kWh Inverter: total 6 kW bi-directional 3 kW + grid-tie 3 kW (2016) Konfigurasi: Hybrid (PV+Grid) Pada kegiatan tahun 2016 dilakukan pengembangan sistem hybrid batteri charging system dengan penambangan modul fotovoltaik, dan grid-tie inverter, seperti terlihat pada Gambar 4.7. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 16 Grid Grid-tie inverter Bidir ectional inverter WebBox SWITCH BOX HUB Battery Backup INTERNET Gambar 4.2 Demosntrasi prototype Hybrid battery charging station Baterai lithium jenis LiFePO4 dengan kapasitas 48V/55Ah mendemonstrasikan suatu baterai mobil listrik konsumsi energi semula sebesar 600 Wp, sekarang menjadi 4 kWp. Energi surya dikonversi menjadi listrik melalui PV array dengan kapasitas 4 kWp, mampu menghasilkan listrik sebesar (18.2 kWh/day). Energi listrik yang dihasilkan dapat digunakan langsung untuk pengisian baterai mobil listrik yang berkapasitas 2.64 kWh, dan sisanya disimpan dalam baterai jenis lead acid dengan kapasitas 9 kWh. Bila kondisi baterai bank tidak mampu mengisi beban, maka baterai akan diisi dari jaringan PLN sistem ini secara otomatis. Sebaliknya, jika kondisi baterai sudah penuh dan tidak digunakan untuk pengisian beban, maka listrik secara otomatis akan diekspor ke jaringan PLN. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 17 4.1.1.3 Analisis Hybrid Battery Charging Station Sistem Pengisian Baterai Mobil Listrik Berbasis Tenaga Surya Hybrid ini merupakan suatu sistem pembangkit listrik tanaga surya yang diinterkoneksikan pada jaringan listrik PLN. Beban sistem PLTS ini adalah sebuah mobil listrik dengan konsumsi energi sebesar 30 kWh/hari, dengan profil beban seperti terlihat pada Gambar 4.3. Gambar 4.3 Profil beban pengisian baterai mobil listrik Prinsip kerjanya adalah memaksimumkan pengisian baterai mobil listrik dari energi surya, dengan sumber listrik PLN sebagai cadangan. Sistem PLTS ini mensimulasikan sebuah mobil listrik dengan konsumsi energi untuk suatu mobil listrik 30 kWh/hari, dan dengan waktu pengisian 5 jam. Tabel 4-1 Komponen Sistem Pengisian Baterai dengan PLTS Hybrid NO KOMPONEN 1 PV Array 2 Battery 3 Inverter 4 Grid 5 Dispatch Strategy Perekayasaan Baterai Mobil Listrik TYPE Flat plate Lead-Acid Bi-directional 1-Phase Cycle charging KAPASIT AS 8 80 15 9,999 SATUA N kWp kWh kW kW Hal - 18 Dari Gambar 4.4 terlihat bahwa produksi listrik total dari sistem ini adalah sebesar 22,602 kWh/hari, dengan kontribusi sistem PV 8 kWp sebesar 11,780 kWh/tahun atau memberi kontribusi sebesar 52.12%, sedangkan listrik yang dibeli dari jaringan PLN sebesar 10,822 kWh/tahun (47.88%). Gambar 4.4 Profil Produksi dan Konsumsi Energi Listrik Berdasarkan hasil simulasi, maka sistem pengisian baterai mobil listrik berbasis tenaga surya hybrid ini membutuhkan biaya investasi sebesar US$52,500, dengan rincian PV array US$ 24,000 (45.7%), Battery US$24,000 (45.7%), dan inverter US$4,500 (8.6%), dan diperlihatkan pada Gambar 4.8. Harga energi listrik (LCOE) dari sistem ini sebesar US$ 0.30/kWh. Tabel 4-2 Produksi dan konsumsi energi listrik Energy urchased (kWh) Energy Sold (kWh) Net Purchases (kWh) Peak Demand (kW) Energy Charge ($) Demand Charge ($) January 928 761 167 10 17 0 February 817 694 123 10 12 0 March 936 872 64 9 6 0 April 897 875 22 10 2 0 May 913 908 4 10 0 0 June 883 871 12 10 1 0 July 921 939 -18 10 -1 0 August 940 994 -54 9 -3 0 September 901 990 -89 9 -4 0 October 882 -74 9 Month -4 0 November 897 815 82 10 8 0 December 908 800 108 10 11 0 10,822 10,474 348 10 47 0 Annual Perekayasaan Baterai Mobil Listrik 956 Hal - 19 Tabel 4-3 Net Present Costs Component PV Array Capital Replacement O&M 24,000 0 1,034 0 0 Grid Battery (1kWh Lead Acid) Salvage 0 0 601 0 0 24,000 21,202 10,342 0 -2,875 Inverter Total (System) Fuel 4,500 1,909 0 0 -359 52,500 23,112 11,978 0 -3,234 Total 25,034 601 52,669 6,050 84,356 Gambar 4.5 Komposisi total biaya sistem PLTS berdasarkan jenis komponen Gambar 4.6 Komposisi total biaya sistem PLTS berdasarkan jenis biaya Sesuai perencanaan Battery charging station, dapat dianalisa perhitungan kebutuhan charging dan baterai mobil listrik. Dengan asumsi persyaratan charging baterai di hybrid dengan listrik PLN dimana tariff listrik PLN Rp. 1500/Kwh, effisiensi pengisian sekitar 90% dan charging current untuk baterai sebesar 20A sesuai spesifikasi. 1. Perhitungan pengisian baterai. Dengan effisiensi pengisian sekitar 90% , maka total pengisian baterai yang dibutuhkan sebesar 44.4 Kwh Waktu yang dibutuhkan untuk pengisian selama 10-11 Jam dimana arus pengisian sebesar 20A dan dengan tegangan 220VAC. 2. Perhitungan jarak tempuh. Dengan jarak tempuh mobil listrik sekitar 50 Km dan menggunakan baterai LifePo4 Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 20 sebesar 40.32 Kwh, bisa menghasilkan sekitar 1.25 Km/Kwh. Dengan jarak tempuh mobil sekitar 50Km maka dibutuhkan sekitar 887 Watt/Km. 3. Perhitungan biaya ekonomis. Biaya per Kwh dari PLN sebesar Rp. 1500/Kwh yang digunakan untuk pengisian baterai, maka biaya yang dibutuhkan untuk melakukan pengisian sebesar 44.4kwh adalah sebesar Rp. 66,528. Untuk jarak tempuh sekitar 50Km, dibutuhkan biaya sebesar Rp. 1330 /Km. Dilihat dari perhitungan diatas, dapat kita analisa bahwa dalam terdapat kekurangan penggunaan dari mobil listrik, untuk kekurangan nya antara lain : untuk pengisian baterai membutuhkan waktu yang cukup lama, sekitar 10 -11 Jam untuk mengisi penuh baterai. Jika kita mengasumsi diasumsikan harga pertamax sekitar Rp. 8500 maka dapat digunakan untuk sejauh ±10Km, untuk di pengisian baterai ini jika mengasumsikan dengan menggunakan jarak 10Km maka akan membutuhkan biaya sebesar Rp.13.330. Dibalik kekurangan diatas, terdapat juga kelebihan yang ada yaitu dari sisi teknis dimana mobil listrik ini “Zero Emissions” dan tidak berisik dalam beroperasi. Rencana awal dari system Charging ini menggunakan gabungan antara Modul Fotovoltaik dan Grid PLN. Energi output Fotovoltaik akan diserap habis dan kekuranganya diambil dari PLN. Oleh karena itu dalam hal ini digubakan tariff PLN. Dalam hal ini diambil kapasitas PV sebesar 1 KWp, selebihnya kekurangan daya disuplai oleh grid PLN. Inovasi di Battery Li-ion mencakup pengisian cepat dan kinerja yang lebih aman. Meskipun kapasitas kecil Li-ion (polimer) Baterai lithium cobalt oxide yang mengandung (LiCoO2) menawarkan yang terbaik kepadatan energi massa dan energi Volume kepadatan yang tersedia, kobalt oksida lithium (LiCoO2) sangat mahal dan tidak aman untuk Baterai Li-ion skala besar. Baru-baru ini lithium besi fosfat (LiFePO4) telah menjadi pilihan yang baik untuk bahan dalam komersial Li-ion (dan polimer) baterai untuk kapasitas besar dan aplikasi daya tinggi, seperti laptop, alat-alat listrik, kursi roda, e-sepeda, e-mobil dan e-bus.The LiFePO4 baterai memiliki karakter hybrid yaitu sebagai timbal-asam baterai dan sekuat baterai lithium ion. Selama lithium ion untuk proses pengisian konvensional, Li-ion Battery besi yang mengandung lithium fosfat konvensional (LiFePO4) membutuhkan 2 langkah yang harus terisi penuh : Langkah 1 menggunakan arus konstan (CC) mencapai sekitar 60% dari State of Charge (SOC); Langkah 2 terjadi ketika tegangan muatan mencapai 3.65V per sel, yang merupakan batas atas tegangan pengisian efektif. Beralih dari arus konstan (CC) tegangan konstan (CV) berarti bahwa muatan saat ini dibatasi dengan apa baterai akan menerima pada tegangan itu, Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 21 sehingga arus pengisian mengecil ke bawah asimtotik, hanya sebagai kapasitor dibebankan melalui resistor akan mencapai final tegangan asimtotik. Untuk menempatkan sebuah jam untuk proses, langkah 1 (60% SOC) membutuhkan sekitar satu jam dan langkah 2 (40% SOC) membutuhkan dua jam. Karena suatu tegangan lebih dapat diterapkan untuk baterai LiFePO4 tanpa membusuk elektrolit, dapat dibebankan oleh hanya satu langkah dari CC mencapai 95% SOC atau dikenakan oleh CC + CV untuk mendapatkan 100% SOC. Hal ini mirip dengan cara baterai asam timbal aman memaksa dihubungkan. Total waktu pengisian minimum. Gambar 4-7 Grafik charging Baterai LifePo4 4.1.2 Pengujian Karakteristik Baterai Lithium Pada penelitian ini dilakukan pengujian beberapa jenis baterai lithium-ion berdasarkan SNI 04-6392-2000. Pengujian ini difokuskan pada uji kapasitas dan siklus baterai. Baterai ini dapat digunakan untuk aplikasi mobil listrik maupun sistem pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Penggunaan baterai pada sistem pembangkit listrik tenaga surya akan berakibat pada berkurangnya unjuk kerja yang pada umumnya berasal dari kejadian-kejadian sebagai berikut. Terbatasnya waktu dan sumber energi yang diperlukan untuk mengisi kembali baterai Kegagalan sistem Kurang memadainya tindakan perawatan terhadap baterai Desain yang tidak sesuai pada baterai saat dibuat Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 22 4.1.2.1 Tujuan Pengujian Untuk mengetahui sejauh mana kemampuan baterai lithium untuk aplikasi sistem PLTS ataupun mobil listrik, maka dilakukan pengujian kapasitas dan siklus berdasarkan standar SNI 04-6392-2000. Uji kapasitas dimaksudkan untuk melihat kesesuaian spesifikasi yang dinyatakan manufaktur. 4.1.2.2 Acuan Pengujian SNI 04-6392-2000 - Sel dan Baterai Sekunder untuk Penggunaan Sistem Pembangkit Listrik Fotovoltaik Individual - Persyaratan Umum dan Metode Pengujian 4.1.2.3 Sample Uji Sampel uji yang digunakan adalah baterai jenis Lithium-ion (LiFePO4), yang digunakan baik untuk aplikasi PLTS maupun mobil listrik. Sampel uji yang digunakan, antara lain: No Nama Baterai Tabel 4-4 Sampel Uji Baterai Lithium Kapasitas Jumlah Keterangan 1 DSBC 12V/40Ah 3 PLTS Terpadu 2 NSLi 48V/100Ah 3 Aplikasi PLTS/molis 3 LiFePO4 6.4V/3.2Ah 3 Lampu Sehen 2W 4 Li-ion 12V/2.5 Ah 3 Lampu Sehen 3W 5 LiFePO4 12V/20Ah 1 Lampu jalan (PJU) Gambar 4.8 Sampel Uji Baterai Lithium-ion 48V/100Ah Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 23 Gambar 4.18 Sampel Uji Baterai Lithium-ion 12V/20Ah 4.1.2.4 Peralatan Uji Peralatan uji yang digunakan pada pengujian baterai ini seperti pada Tabel 4-5. Tabel 4-5. Peralatan Uji baterai No Nama Peralatan Jumlah Keterangan 1 Bitrode Model LCN3-100-12 1 Uji kapasitas dan siklus baterai 12V 2 Bitrode Model MCV48-50-5 2 Uji kapasitas dan siklus baterai 5V 3 Water bath 2 Penkondisi sampel uji Gambar 4.19 Fasilitas uji baterai di B2TE 4.1.2.5 Prosedur Pengujian 1. Baterai dipersiapkan berdasarkan SNI 04-6392-2000 bagian Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 24 2. Uji kapasitas dilakukan berdasarkan SNI04-6392-2000 bagian 8 Temperatur pengujian dijaga pada 25 ºC Pelepasan arus dilakukan pada laju 20 jam sesuai dengan spesifikasi manufaktur Pelepasan dihentikan setelah tegangan mencapai 2,5 V persel atau tegangan total baterai mencapai 10V Uji kapasitas, baik kapasitas awal maupun kapasitas sisa, dapat dilakukan sebanyak 3 (tiga ) kali Seluruh langkah pengujian dan pencatatan data dilakukan secara otomatis menggunakan BITRODE MCV 48-50 3. Uji siklus dilakukan berdasarkan SNI 4-6392-2000 bagian 9 (gambaran uji siklus dapat dilihat pada annex.A). Uji ini adalah simulasi yang dipercepat dari proses charge/discharge baterai dalam sistem PLTS Temperatur pengujian dijaga pada 40 ºC Pengujian dilakukan pada baterai dalam keadaan penuh Pengujian dilakukan pada dua macam siklus i. Siklus dangkal pada state of charge (SOC) rendah Pelepasan awal dilakukan pada laju 10 jam selama 9 jam Pengisian dilakukan pada 1,03 x laju 10 jam selama 3 jam Pelepasan berikutnya dilakukan pada laju 10 jam selama 3 jam Uji siklus dangkal ini dilakukan sebanyak 50 siklus Selesai siklus ke 50, baterai diisi penuh kembali hingga dicapai 100 % SOC. ii. Siklus dangkal pada state of charge (SOC) tinggi Pelepasan awal dan pelepasan berikutnya dilakukan pada laju 1,25 x laju 10 jam selama 2 jam Pengisian dilakukan pada laju 10 jam selama 6 jam Uji siklus dangkal ini dilakukan sebanyak 100 siklus Selesai siklus ke 100, baterai diisi penuh hingga mencapai 100 % SOC iii. Uji kapasitas sisa Setiap selesai satu rangkaian siklus dangkal dengan SOC rendah dan SOC tinggi, dilakukan uji kapasitas sisa, untuk menentukan apakah uji siklus dapat Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 25 dilanjutkan atau dihentikan. Jika kapasitas sisa lebih kecil dari 80% kapasitas nominal awal maka pengujian dihentikan. 4.1.2.6 Hasil Pengujian Resume hasil pengujian kapasitas untuk 5 (lima) jenis baterai lithium ditampilkan pada Tabel 4-6. Pengujian ini hanya difokuskan pada uji kapasitas baterai lithium, dengan arus discharge I5. Output dari kegiatan ini berupa laporan pengujian. Tabel 4-6. Resume hasil uji baterai lithium No Jenis Baterai Tanggal Hasil Pengujian Keterangan Pengujian 1 DSBC- 12V/40Ah 20/04/2016 35.6 Ah; 9-14.4V PLTS Terpadu 2 NSLi- 48V/100Ah 22/04/2016 101.3Ah; 42-52V Aplikasi PLTS/Molis 3 LiFePO4- 6.4V/3.2Ah 30/08/2016 3.4Ah; 5.235 – 6.22V Lampu Sehen 2W 4 Li-ion - 12V/2.5 Ah 18/11/2016 2.6Ah; 8.25-12.6V Lampu Sehen 3W 5 LiFePO4 – 12V/20Ah 21/11/2016 21.38 Ah; 10.79-14.6V Aplikasi lampu PJU Gambar 4.20 Hasil Uji Kapasitas Baterai Lithium-ion 48V/100Ah Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 26 Gambar 4.21 Kapasitas Baterai Lithium-ion 12V/20Ah Gambar 4.22 Kinerja Baterai Lithium-ion 12V/20Ah utntuk I1, I5, dan I10 4.1.2.7 Analisis Karakterisik Baterai Lithium-ion Baterai lithium-ion secara umum dapat dipisahkan menjadi dua kelompok: lithium ferro phosphate (LFP, LiFePO4) dan oksida logam (NCM, NCA, Cobalt, Mangan). Tabel 4-1 menampilkan perbedaan antara dua kelas kimia pada tingkat sel. Nilai-nilai dalam tabel mencerminkan nilai-nilai rata-rata karena ada variasi dalam masingmasing kelas. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 27 Tabel 4-7 PerbandinganKategori Baterai Lithium-ion Parameter Voltage Energy Density Specific Energy Power LiFePO4 3.3 V nominal (2-3.6 V/cell) 300 Wh/L 128 Wh/kg 1000 W/kg 2,000 @ 100% DoD; LiNCM 3.7 V nominal (2.7-4.2 V/cell) 735 Wh/L 256 Wh/kg 512 W/kg 750 @ 100% DoD 3,000 @ 80% DoD 6 years 1,900 @ 80% DoD 8 years 40°C 55°C High A123, Valence, BAK, BYD, K2, Lishen, many Chinese vendors Moderate Sanyo, Panasonic, Samsung, DowKokam, Sony, LG Chem, Moli Cycle Life Calendar Life Max recommended temperature Safety Commercial Suppliers Semua sel lithium-ion siklus dalam (deep cycle) memiliki kemampuan untuk diisi dan dikosongkan secara penuh. Umur dari baterai secara signifikan akan meningkat jika kedalaman masing-masing pengosongan dibatasi hingga 80% dari lnilai kapasitasnya. a. Perbandingan Baterai Lithium-ion dengan Lead acid Suatu hal yang menarik dalam tabel ini adalah bahwa baterai yang berbeda memiliki “state-of-charge (SOC) khusus yang berbeda juga. Implikasi dari hal ini adalah bahwa sistem baterai lead-acid harus memiliki kapasitas energi yang lebih besar dari sistem lithium-ion untuk memiliki jumlah yang sama dari energi yang tersedia. Mengingat perbedaan yang signifikan dalam karakteristik teknis dan ekonomi dari jenis baterai ini, maka bisa dipastikan bahwa solusi terbaik dalam pemilihan jenis baterai yang digunakan adalah aplikasi spesifik. Berikut ini adalah melihat lebih mendalam pada beberapa topik yang dibahas dalam Tabel 2. b. Perbandingan Siklus Umur (Cycle Life) Lithium-ion secara signifikan memiliki siklus hidup lebih tinggi dari asam timbal (lead-acid) dalam aplikasi pengosongan yang dalam. Perbedaan ini lebih meningkat denngan peningkatan suhu ambien.Siklus hidup dari masing-masing baterai ini dapat ditingkatkan dengan membatasi kedalaman Perekayasaan Baterai Mobil Listrik pengosongan (DoD), kecepatan Hal - 28 pengosongan (discharge rate), dan suhu, tetapi asam timbal umumnya jauh lebih sensitif terhadap masing-masing faktor-faktor ini. Gambar 4.5 menunjukkan data siklus hidup untuk paket lithium-ion dibandingkan dengan baterai VRLA jenis AGM dalam iklim sedang (suhu rata-rata 77 °F). Karena siklus hidup dipengaruhi oleh kedalaman pengosongan, gambar ini menunjukkan persentase DoD ganda untuk asam timbal. Hal ini dapat dilihat bahwa paket AGM harus dibatasi pada kedalaman 30% dari DoD untuk mendapatkan umur yang sebanding dengan lithium-ion, yakni pada DoD 75%. Ini berarti bahwa baterai AGM harus memiliki kapasitas 2,5 kali lebih besar daripada lithium-ion untuk mendapatkan umur yang sebanding. Gambar 4.22 Cycle life, moderate climate Pada iklim panas di mana suhu rata-rata adalah 92°F, perbedaan antara lithium-ion dan asam timbal lebih buruk lagi. Siklus asam timbal (jenis Flooded dan VRLA) turun hingga 50% dari rating pada iklim moderat, sedangkan lithium-ion akan tetap stabil sampai suhu secara rutin melebihi 120°F. Gambar 4.6 menggambarkan perbedaan tersebut. Gambar 4.23 Cycle life, extreme climate Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 29 c. Rate Performance Ketika menentukan berapa kapasitas baterai yang digunakan untuk sistem, pertimbangan penting untuk asam timbal adalah berapa lama sistem akan dikosongkan. Semakin pendek periode pengosongan, kapasitas kecil tersedia dari baterai asam timbal. Misalnya, baterai 100Ah VRLA hanya akan memberikan 80Ah jika dikosongkan lebih dari empat jam. Sebaliknya, sistem lithium-ion 100Ah akan mencapai lebih dari 92Ah bahkan selama 30 menit pengosongan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.7, kondisi ini membuat lithium-ion sangat cocok untuk aplikasi di mana pengosongan penuh terjadi dalam waktu kurang dari delapan jam. Gambar 4.24 Capacity vs. Discharge Rate f. Perbandingan Tegangan Ketika mengevaluasi, jika lithium-ion dan asam timbal dapat dipertukarkan dalam sistem listrik diberikan, faktor yang paling penting adalah rentang tegangan dari masing-masing baterai. Gambar 10 menunjukkan perbandingan tiga kemasan baterai 24V. Tegangan nominal baterai LiNMC secara teknis adalah 25.9V dan LFP (LiFePO4) adalah 25.6V. Hasil akhir dari angka itu yang lithium-ion memiliki kesesuaian yang baik dengan sistem asam timbal untuk mayoritas rentang tegangan, tetapi setiap sistem listrik harus dapat mengakomodasi lebih tinggi tegangan pengisian baterai lithium-ion untuk mendapatkan kinerja yang optimal. Kebanyakan control pengisian baterai dan inverter pengosongan pada sistem energi terbarukan dapat disesuaikan antara asam timbal dan lithium-ion perusahaan dapat membantu dalam memastikan kompatibilitas sistem. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 30 Gambar 4.25 Perbandingan Tegangan 4.1.3 Kajian Penerapan Baterai Lithium untuk Mobil Listrik 4.1.3.1 Mobil Listrik Mobil listrik adalah mobil yang digerakkan dengan motor listrik, menggunakan energi listrik yang disimpan dalam baterai atau tempat penyimpan energi lainnya.Mobil listrik memiliki beberapa kelebihan yang potensial jika dibandingkan dengan mobil bermesin pembakaran dalam biasa. Yang paling utama adalah mobil listrik tidak menghasilkan emisi kendaraan bermotor. Selain itu, mobil jenis ini juga mengurangi emisi gas rumah kaca karena tidak membutuhkan bahan bakar fosil sebagai penggerak utamanya. Prinsip kerja mobil listrik adalah sebagai berikut: Input pengendali diperoleh dari pedal akselerator dan rem. Pengendali ini menyediakan sinyal yang sesuai ke konverter daya elektronika yang mengatur aliran daya antara motor listrik dan baterai. Motor juga memainkan peran generator, yang mengkonversi energi pengereman menjadi elektron dan mengisi baterai. Unit manajemen energi, bekerja sama dengan pengendali mobil, mengendalikan pengereman regenerasi dan rekoveri energi. Bagian-bagian mobil listrik ada beberapa bagian antara lain : 1)Motor listrik - Berfungsi untuk penggerak mobil listrik. 2)Baterai- Berfungsi untuk menyimpan energi listrik. 3)Charger- Berfungsi untuk pengisian ulang energi listrik pada baterai. 4)Sistem control - Berfungsi untuk mengatur konsumsi daya yang dibutuhkan motor dengan input dari pedal gas, pedal rem. 5)Energy Managemen System (EMS) - Alat elektronik yang berfungsi untuk mengatur pengisian, operasi baterai, dan monitoring baterai Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 31 6)Inverter - Berfungsi untuk merubah tegangan dari DC ke AC 7)Converter DC/DC - Berfungsi untuk untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Gambar 4.26 Konfigurasi Mobil Listrik a. Jenis-Jenis Mobil Listrik 1. Mobil Listrik - Hibrida (HEV) menggunakan dua sumber tenaga yang berbeda untuk menggerakan kendaraan, kombinasi antara mesin pembakaran dalam, seperti mesin berbahan bakar bensin maupun mesin berbahan bakar solar dengan motor listrik. Umumnya kapasitas tampung charge baterainya rendah. Saat kendaraan sedang digunakan pada fungsi (mode) elektrik, rentang kecepatan dan kecepatan puncaknya terbatas. HEV tidak bisa di charge langsung ke sumber dari pembangkit listrik. Pada HEV ini pengisian energy listriknya hanya berasal dari mesin pembakaran dalam (sebagai alternator) dan juga dari proses pengereman regeneratif. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 32 Gambar 4.27 HEV 2. Plug-in hybrid electric vehicles (PHEVs) adalah kendaraan yang menggunakan dua jenis penggerak (Hybrid) yaitu listrik yang disimpan ke dalam baterai untuk menggerakkan motor listrik dan juga menggunakan mesin pembakaran dalam seperti mesin berbahan bakar bensin maupun mesin berbahan bakar solar. Pada PHEVs ini pengisian energi listriknya berasal dari mesin pembakaran dalam (sebagai alternator) dan juga dari sumber external (electric grid). Dengan menggunakan sumber penggerak lain seperti motor listrik, maka dapat mengurangi konsumsi energy dari bahan bakar fossil. Gambar 4.28 Plug-in Vehicle (PHEV) 3. Battery Electric Vehicle (BEV) merupakan kendaraan (mobil listrik) yang menggunakan energi kimia tersimpan (di dalam kemasan baterai isi ulang), sebagai energi penggeraknya. BEV menggunakan motor listrik dilengkapi dengan kontrol motor, tanpa menggunakan motor bakar dan sepenuhnya energi diperoleh dari sumber elektrik dari luar, sehingga kendaraan tersebut dapat beroperasi tanpa emisi karbon. Saat ini pengisian baterai kendaraan listrik juga Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 33 terjadi pada proses pengereman regeneratif, yaitu proses pengisian energi dengan menggunakan panas dari proses pengereman. Gambar 4.29 BEV 4. Low Speed Electric Vehicle (LSEV) - pada permukaan datar yang beraspal, kendaraan (Mobil) Listrik Kecepatan Rendah, yang ditenagai oleh listrik dapat melaju hingga 40 km/jam. Semua kendaraan listrik kecepatan rendah berjalan dengan roda empat dan umumnya mempunyai bobot kurang dari 1361 kg. Kendaraan-kendaraan listrik didesain untuk khusus digunakan di jalan dimana kendaraan dengan kelas lainnya, dikendalikan melalui suatu peraturan, karena kendaraan jenis tersebut tidak memenuhi standar keamanan seperti yang diberlakukan pada kendaraan bermotor yang lebih besar 4.1.3.2 Baterai pada Mobil Listrik Daya tarik Li-ion—dibandingkan dengan yang lainnya, seperti NiMH (Nickel Metal Hydride) dan NiCad (Nickel Cadmium) serta timah hitam (lead)—bisa diisi ulang dengan cepat, densitas penyimpanan lebih banyak, dan juga lebih daya. Daya tarik paling besar adalah perbandingan berat dan energi yang dihasilkannya, Li-ion juga unggul. Di samping itu, ia tidak punya efek memori. Sifat terakhir memungkinkan Liion bisa diisi kapan saja. Keunggulan baterai Lithium-Ion adalah : a. Baterai ini paling energetic di antara batereai-baterai rechargeable lainnya. b. Baterai ini mempunyai efisiensi yang cukup tinggi c. Baterai ini dapat melewati ratusan bahkan ribuan siklus charge-discharge Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 34 d. Mampu bertahan pada suhu yang tinggi e. Beberapa komponen baterai dapat di daur ulang f. Ringan, ringkas namun bisa menyimpan energy listrik yang besar g. Densitas lebih tinggi dibanding jenis baterai lain Dengan keunggulan-keunggulan diatas maka jenis baterai ini ideal untuk digunakan sebagai sumber tenaga pada mobil istrik. Dalam instalasi baterai lithium pada kendaraan listrik perlu diperhatikan untuk sistem pendinginannya, karena proses pengisian maupun penggunaan energi baterai nya di lakukan di saat kendaraan berakselerasi maupun saat deakselerasi. Dengan sistem pendinginan yang baik maka ketahanan dan umur dari baterai akan meningkat. (a) Mitsubishi pada iMiEV 2011 (b) Nissan Leaf Battery Picture Gambar 4.30 Contoh baterai litium pada mobil listrik Daya tarik Li-ion—dibandingkan dengan yang lainnya, seperti NiMH (Nickel Metal Hydride) dan NiCad (Nickel Cadmium) serta timah hitam (lead)—bisa diisi ulang dengan cepat, densitas penyimpanan lebih banyak, dan juga lebih daya. Daya tarik paling besar adalah perbandingan berat dan energi yang dihasilkannya, Li-ion juga unggul. Di samping itu, ia tidak punya efek memori. Sifat terakhir memungkinkan Liion bisa diisi kapan saja. Sebenarnya, Li-Ion tidak hanya digunakan pada mobil listrik atau hibrida, tetapi sudah digunakan pada perlengkapan elektronik yang akrab kita gunakan sehari-hari, antara lain laptop, iPod, HP, MP3 player, PDA, dan Black Berry. Selain Li-ion, ada juga baterai yang disebut lithium. Jenis terakhir tersebut adalah baterai yang umumnya tidak bisa diisi ulang atau hanya sekali pakai habis, sedangkan Li-ion justru sebaliknya. Perbedaan lain dari kedua baterai yang samasama disebut lithium awalnya itu adalah materi dasarnya. Lithium menggunakan logam murni, sedangkan Li-ion campuran lithium yang jauh lebih stabil dan dapat diisi ulang beberapa ratus kali. Keunggulan lain dari Li-ion adalah kemampuannya Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 35 menyimpan energi lebih lama bila tidak digunakan, sedangkan jenis lain akan habis lebih cepat. Meski begitu, bukan berarti Li-ion tidak punya kelemahan. Masalah utama baterai ini adalah keamanan: mudah terbakar atau meledak. Itu terutama bila penanganannya kurang baik. Itu bisa terjadi karena bahan yang digunakan mudah panas. 4.1.4 Kajian Penerapan Baterai Lithium pada Sistem PLTS Baterai merupakan salah satu komponen utama dalam sistem pembangkit listrik tenaga surya fotovoltaik (PLTS), terutama untuk jenis PLTS off-grid. Baterai atau aki ini berfungsi untuk menyimpan energi listrik yang dihasilkan sel/modul fotovoltaik pada siang hari. Energi listrik tersebut selanjutnya dapat digunakan oleh beban listrik baik terutama pada malam hari. Jenis baterai yang digunakan pada sistem PLTS umumnya jenis baterai lead-acid, baik baterai jenis basah (flooded) maupun baterai jenis kering (VRLA). Baterai jenis VRLA memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan jenis flooded. Selain bebas perawatan (maintenance free), karena baterai ini memiliki katup untuk penukaran gas, sehingga suhu di dalam baterai akan tetap terjaga, dan umur (life time) baterai akan lebih maksimal. Namun demikian baterai jenis VRLA ini lebih mahal dibandingkan dengan jenis baterai basah. (a) (b) Gambar 4.31. Baterai jenis lead-acid (deep-cycle), tipe flooded (a) dan VRLA (b) Selain itu terdapat beberapa jenis baterai yang saat ini digunakan dalam sistem PLTS, diantaranya: baterai jenis alir (VRB) lithium, dll. Vanadium Redox Battery (VRB) merupakan jenis baterai alir (flow battery) yang dapat diisi-ulang (rechargeable) yang menggunakan ion-ion vanadium dalam beberapa keadaan oksidasi yang berbeda untuk menyimpan Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 36 energy kimia. Baterai jienis VRB ini dibutuhkan sebagai Buffer untuk menjaga kestabilan Sistem (Jaringan) akibat efek fluktuatif dari Daya yang dihasilkan oleh Photovoltaic. Pada grid terbatas dengan genset (PLTD), jika energi dari Photovoltaic tiba-tiba berkurang secara drastis, Sistem Penyimpanan ini harus dapat mengisi kekurangan daya tersebut, membantu PLTD mensuplai daya kepada konsumen. Selain itu Sistem penyimpanan juga berfungsi untuk mensupport Pembangkit Konvensional (PLTD) apabila terjadi defisit pembangkitan. Gambar 4-32. Konfigurasi sistem VRB pada Smart Micro-grid Sumba Baterai lithium-ion sudah lama digunakan pada mobile phone. Seiring dengan perkembangan waktu baterai ini terus mengalami inovasi dan penyempurnaan baik dari segi fitur, kualitas maupun kapasitasnya. Dengan demikian, saat ini baterai lithium sudah digunakan baik pada sistem PLTS maupun pada kendaraan listrik. Baterai lithium-ion menggunakan elektroda positif berupa cobalt lithium oksida, lithium besi fosfat atau lithium mangan oksida. Sedangkan elektroda negatifnya berupa grafit, dan elektrolit yang digunakan adalah etilen karbonat dan diethyl carbonat. Elektrolit tersebut disimpan dalam pelarut organic diantara elektroda dan seluruh baterai terkait erat oleh bungkusnya. Baterai ini memiliki beberapa kelebihan diantaranya memiliki kepadatan energi yang tinggi, memiliki masa simpan yang panjang. Beberapa sistem PLTS yang menggunakan baterai lithium umumnya untuk aplikasi sistem PLTS jenis off-grid skala kecil, misalnya penerangan jalan umum (PJU-PLTS) maupun lampu jenis Sehen. B2TKE memiliki kompetensi dan fasilitas pengujian sistem PLTS jenis ini. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 37 Modul PV: Kapasitas: 80 Wp / 5V Baterai: Kapasitas: 3.2V/120 Ah Tipe: LiFePO4 Lampu: Tipe : LED 5VDC Daya : 35 watt Gambar 4.33. Panerapan baterai lithium pada Lampu LED PLTS 4.2 PEMETAAN KEGIATAN 4.2.2 Perbandingan Hasil Kegiatan dengan Tahun Sebelumnya Kegiatan ini merupakan tahun kedua dari kegiatan perekayasaan baterai lithium untuk mobil listrik. Pada tahun pertama fokus pada perancangan baterai lithium untuk mobil listrik, pengujian baterai lithium, dan perancangan stasiun pengisian baterai mobil listrik. Berdasarkan hasil monev pada kegiatan tahun pertama menunjukkan bahwa perkembangan mobil listrik kurang berkembang, sehingga penerapan baterai lithium untuk mobil listrik saat ini hampir tidak berkembang. Oleh karena itu, fokus penelitian baterai lithium pada tahun kedua lebih difokuskan pada aplikasi sistem PLTS. 4.2.3 Perbandingan Hasil Capaian Kegiatan dengan Sasaran Akhir Tahun Berdasarkan laporan pelaksanaan kegiatan Triwulan IV Tahun 2016 (Form A) bahwa indikator kegiatan/output kegiatan perekayasaan baterai mobil listrik, yakni prototipe stasiun pengisian baterai mobil listrik dan pengujian baterai lithium untuk mobil listrik telah tercapai. Output kegiatan ini juga secara jelas dipaparkan pada sub-bab 4.1. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa hasil kegiatan 2016 mencapai 100%, seperti terlihat pada Lampiran (Form A). 4.2.4 Keterkaitan, Hubungan Hasil Capaian Kegiatan Tahun 2015 dengan Tahun 2016 Tahun 2015 merupakan tahun pertama kegiatan perekayasaan baterai mobil listrik, dengan hasil kegiatan tahun 2015 masih bersifat disain dan prototipe. Oleh karena itu, kegiatan pada tahun 2016 akan difokuskan pada implementasi prototipe skala pilot. Namun karena anggaran yang tersedia untuk tahun 2016 hanya sebesar Rp. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 38 255.5 Juta, maka kegiatan difokuskan pada peningkatan kapasitas (SDM) pengujian baterai lithium. Sementara itu, pengembangan teknologi battery charging station masih difokuskan pada pengembangan disain prototipe berbasis PLTS hybrid. 4.2.5 Perbandingan Teknologi yang Dihasilkan dengan Teknologi yang Dihasilkan Instansi/Industri Lain Penelitian dan pengembangan mobil listrik nasional telah dilakukan oleh beberapa Lembaga penelitian (LIPI, BPPT, dll), Universitas (UGM, UNS, dll), dan Industri (PT Nipress, PT DSBC, dll). Pada tahun 2012, Presiden RI mencanangkan Program Mobil Listrik Nasional (Molina). Dewan penasehatnya adalah Mendikbud dan diketuai oleh Prof Ahmad Jazidie. Anggota tim Molina terdiri dari lima universitas (UI, ITB, UGM, UNS, ITS) ditambah BPPT dan LIPI. Road Map Mobil Listrik Nasional, tahun 2014 telah tesedia prototipe yang telah siap untuk diperlihatkan dan telah dilakukan berbagai testing, yang selanjutnya diharapkan di tahun 2018 sudah dapat diproduksi secara massal. Fokus penelitian Sistem Mobil Listrik dibagi dalam Tujuh (7), yaitu : 1.Penelitian Sistem Penyedia Energi Listrik; 2.Penelitian Sistem Penggerak, Motor Listrik dan Transmisi; 3.Penelitian Bodi, Struktur dan Sistem Manufaktur ; 4.Penelitian Sistem Kendali Mobil Listrik ; 5.Penelitian Sistem Pendukung Mobil Listrik; 6.Penelitian Sistem Pengisian dan Infrastruktur ; 7.Sistem Integrasi. Namun, akhir-akhir ini kegiatan Molina terhenti, karena menghadapi berbagai masalah. Penelitian dan pengembangan terkait mobil listrik oleh beberapa instansi lain antara lain, sbb: 1. UNIVERSITAS GAJAH MADA JOGJAKARTA Universitas Gadjah Mada Yogyakarta adalah salah satu universitas yang menjadi anggota program Mobil Listrik Nasional, pendekatan yang dilakukan oleh Universitas Gadjah Mada pada program Mobil Listrik Nasional ini tidak membuat prototype mobil listrik, akan tetapi memilih untuk membuat penelitian komponen mobil listrik jenis City Car yang dibagi menjadi 7 kegiatan yaitu: 1. Under carriage - Melaksanakan penelitian komponen-komponen mobil bagian dibawah termasuk chassis dan roda. 2. Air conditioning - Dikarenakan sistem air conditioning merupakan komponen yang dibutuhkan dan padat akan kebutuhan energi listrik, maka dilakukan Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 39 penelitian tentang air conditioning yang optimum dan dibutuhkan oleh mobil listrik. 3. Motor control - Motor control merupakan salah satu komponen utama dalam mobil listrik yang akan mengatur pengisian dan pengambilan energi listrik dari baterai sebagai fungsi kecepatan dan topografi jalan yang dilalui oleh mobil listrik. 4. Battery Charger - Penelitian charger yang dilakukan oleh Universitas Gadjah Mada adalah jenis charger slow charging, dengan pengisian dilakukan dengan memakai tegangan PLN 220 Volt AC dengan kapasitas daya 1 kW (target dari UGM adalah konsumen kalangan menengah keatas), dan tegangan output 100 Volt DC. Dipilihnya tegangan output DC 110 Volt bertujuan agar sistem charger ini tidak hanya dapat dipakai untuk mobil listrik (dengan asumsi, dapat dibuat di dalam negeri serta peruntukannya lebih sesuai untuk mensuplai kebutuhan klistrik transportasi suatu wilayah (area) terbatas (Commuter Transportation) diantaranya adalah City Car), akan tetapi diarahkan juga untuk sistem energi terbarukan. Sistem charger ini telah dicoba pada penelitian pengisian baterai LiFePO4 dimana setiap sel baterai dimonitor arus dan tegangannya untuk mengetahui kondisi State-of-Charge (SOC) setiap saat. Pengisian baterai sebanyak 30 kWh diisi selama 1 hari, diharapkan dapat menempuh jarak 60 km. Komponen Battery Charger yang dikembangkan mencakup : Can Master (bisa interkoneksi, menggunakan Bluetooth), Tablet, Can Bus, dan Can Slave. Teknologi Prototipe BC UGM ini masih dalam tahap penyempurnaan dan siap dikembangkan lebih lanjut dan diharapkan akan menjadi bagian dari pilot BCS pertama di Indonesia. Dalam hal ini UGM membuka diri untuk bersinergi dengan Akademisi penggiat mobil listrik lainnya (seperti : ITB; ITS; UI dll.), Litbang (BPPT; LIPI dll.) bahkan Industri. Pada prinsipnya UGM ingin membangun kemandirian nasional dalam pengembangan teknologi mobil listrik di Indonesia. Untuk kedepannya UGM juga mengharapkan adanya pengembangan Standarisasi yang dapat mengakomodasi produk atau teknologi pembuatan baterai di dalam negeridan sistem pengisiannya. Adapun tujuan pembuatan Standar ini adalah guna melindungi konsumen serta mendukung industri di dalam negeri. Sebagai informasi anggaran Kemen. Kominfo selama ini yang Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 40 terbesar adalah untuk sertifikasi. Permasalahan selama ini adalah, dalam menetapkan standar BSN sering tidak mengacu ke standar lokal, melainkan ke ISO, padahal dalam banyak hal Standar Lokal (SNI dll.) lebih sesuai karena umumnya mengakomodasi hal-hal yang terkait dengan spesifik kondisi yang ada di dalam negeri. 5. BMS - Penelitian Baterai Management System juga dilakukan oleh Universitas Gadjah Mada, akan tetapi tidak menjadi agenda diskusi. 6. Electronics dan main control - Penelitian Electronics dan main control juga dilakukan oleh Universitas Gadjah Mada, akan tetapi tidak menjadi agenda diskusi. 7. Battery recycle - Didasarkan bahwa unsur kimia Lithium sangat sedikit cadangannya di Indonesia, maka industri baterai LiFePO 4 akan tergantung dari Negara-negara yang kaya dengan Lithium seperti misalnya Amerika dan China. Dalam pengembangan baterai Lithium, Jepang sendiri sudah masuk pada tahap Urban Mining, dengan mengembangkan Teknologi Reverse Engineering (daur ulang), dimana limbah baterai yang ada tidak dibuang melainkan material yang dikandung pada bagian dari baterai diurai kembali guna memperoleh unsur (terpisah) yang akan digunakan sebagai bahan baku pembuatan Baterai Lithium. Oleh sebab itu UGM saat ini sedang mencoba mengembangkan teknologi reverse engineering tsb. Mengingat potensi ketersediaan bahan baku baterai jenis tersebut di Indonesia belum ada (atau masih sangat kecil). Dari baterai-baterai jenis lithium ion bekas sisa pemakaian baterai laptop, handphone, dan lain sebagainya yang banyak terdapat di kota-kota, di daur ulang untuk mengambil unsure kimia Lithiumnya yang nantinya akan dibuat menjadi baterai jenis LiFePO4. Kegiatan ini telah berhasil menghasilkan Lithium dari proses daur ulang (Recycle) baterai jenis Lithium ion dengan proses kimia. Setelah mendapatkan bahan baku Lithium dari proses daur ulang dengan cara recycle , menghancurkan baterai bekas untuk diambil masing-masing komponennya, kemudian dilakukan proses leaching (untuk mendapatkan Lithium murni), dan dirakit kembali menjadi baterai LiFe, dengan proses reverse engineering. 8. Taman Pintar Yogyakarta - Stasiun Pengisian baterai yang ada di Taman Pintar Yogyakarta sudah tidak berfungsi dan sudah tidak ada lagi disana (ditarik Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 41 oleh produsen pada awal bulan April tahun 2015), dikarenakan tidak ada pelanggan mobil listrik yang melaksanakan pengisian. Sebelumnya, di Taman Pintar Yogyakarta, selain terdapat stasiun pengisian baterai juga terdapat mobil listrik yang bisa digunakan berkeliling di sekitar Taman Pintar setiap hari Sabtu dan Minggu. Dari diskusi yang dilakukan di Universitas Gadjah Mada beberapa poin telah didapatkan yang diantaranya adalah: Pengembangan mobil listrik nasional seharusnya didasari pada adanya keterkaitan hubungan antara : Permasalahan – Kebutuhan – ketersediaan Engineer yang mengacu pada Roadmap yang telah ada dan tentunya produk yang diharapkan merupakan hasil dari analisis pasar. Prototipe selayaknya merupakan output dari Universitas, Lembaga Riset dan Industri. Pengembangan program mobil listrik nasional (di Indonesia) seharusnya mencontoh Kebijakan mobil listrik pemerintah Korea Selatan yang Central Power, dimana pejabat tinggi (menteri) yang bertanggungjawab selama 3 periode tetap. Kendala yang ada untuk sistem pengisian stasiun baterai adalah permintaan (demand) yang belum ada, maka disarankan untuk penelitian selanjutnya terkait membangun stasiun pengisian mobil listrik dilakukan untuk mobil listrik jenis kendaraan angkutan masal seperti bis, kereta api, dikarenakan demand yang sudah pasti, seperti misalnya dari pemerintah. Charger yang dapat melakukan fast charging minimal mempunyai daya 30 kW. Universitas Gadjah Mada membuat charger dengan tegangan output 100 V DC, dengan tujuan agar bisa dibuat dalam negeri dan dapat dipakai juga untuk sistem energi terbarukan seperti misalnya Pembangkit Listrik Tenaga Surya, melihat pasar yang telah siap saat ini adalah Renewable Energy Untuk mendukung fabrikasi baterai jenis Lithium ion, agar dilakukan daur ulang (Reverse Engineering) baterai jenis Lithium ion untuk mendapatkan lithium murni yang tidak terdapat di Indonesia. B2TE disarankan untuk melakukan pengujian baterai LiFePO4 yang ada dipasar untuk mengetahui karakterisasi baterai tersebut untuk kebutuhan rancangan sistem stasiun pengisian baterai. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 42 Sumber stasiun pengisian baterai agar difokuskan dengan memakai sumber energi terbarukan dalam hal ini dengan memakai Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS), untuk sistem stasiun pengisian baterai di terminal-terminal pemberhentian angkutan masal seperti terminal bis. Laboratorium TTL Pemaparan Peta Riset Molina UGM Gambar 4.34 Kegiatan penelitian di UGM 2. Penerapan Baterei Lithium Pada Mobil LIstrik - LIPI Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronika di bawah Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia berhasil merancang mobil hibrida dan mobil elektrik. Mobil hibrida menggunakan sumber energi listrik yang tersimpan di dalam baterai dan penyuplai listrik berupa generator berbahan bakar bensin. Dibandingkan kinerja mobil konvensional, mobil hibrida LIPI hasil riset tahun 2005 hingga akhir 2009 itu menghemat biaya hingga berkisar 40 persen. Dibandingkan mobil konvensional dengan bensin yang diperhitungkan butuh biaya Rp 580 per kilometer, sedangkan mobil hibrida ini hanya Rp 240 per kilometre. Abdul Hapid mengatakan, riset itu bertujuan menguji sistem hibrid yang menggunakan lebih dari satu sumber energi. Ini berbeda dengan lazimnya mobil hibrida yang sudah dikembangkan terlebih dahulu di beberapa negara lainnya yang memakai sistem hibrida lebih dari satu sistem penggerak. Mobil hibrid LIPI menggunakan motor listrik yang menghasilkan daya 43 tenaga kuda. Kemampuan optimal melaju hingga mencapai 70 kilometer per jam. Mobil ini 100 persen menggunakan listrik. Penggunaan generator berkapasitas 2.200 watt ini untuk cadangan atau penyuplai listrik. Riset ini masih terkonsentrasi pada pengujian Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 43 sistem hibrida lebih dari satu sumber energi, yaitu berupa baterai yang bisa diisi listrik dari sumber PLN dan generator yang dirakit di dalam mobil. Perbandingan efisiensi mesin yang lebih hemat 40 persen didasarkan pada penghitungan satu kilowatt jam senilai Rp 1.000. Daya listrik satu kilowatt jam mampu untuk menempuh 4,5 kilometer atau Rp 240 per kilometer. Kemudian diasumsikan mobil konvensional memiliki efisiensi 8 km/liter bensin. Harga satu liter bensin, yaitu Rp 4.500, jadi mobil konvensional butuh Rp 580/km. (NAW) 3. Penerapan Baterai Lithium pada Molis di ITS Surabaya Institut Teknologi Sepuluh November (ITS) Surabaya telah melakukan pengembangan berbagai jenis mobil listrik nasional (Molina). Mobil kebanggaan ITS yang diberi nama Ezzy ITS 1 dan Ezzy ITS 2 itu berawal, saat Presiden Susilo Bambang Yudhoyono (SBY) meminta Rektor ITS, Triyogi Yuwono, melakukan penelitian dan membuat prototipe mobil listrik. Sang rektor pun menugasi Muhammad Nur Yuniarto bersama timnya untuk melakukan penelitian tersebut. Proyek ini langsung dikerjakan bersama 60 mahasiswa ITS di Laboratorium Industri Sistem Otomatis ITS. Sekitar empat tahun proses berjalan, tim berhasil menghasilkan dua prototipe mobil listrik yakni Ezzy ITS 1 dan Ezzy ITS 2. Kedua mobil listrik tersebut memiliki spesifikasi berbeda, khususnya soal komponen dapur pacu. Ezzy ITS 1 mengadopsi jenis engine supercar DOHC 24v Type 6 Cylinder. Mesinnya memakai pabrikan YASA 750 Brushless DC Motor dengan daya 50kWh dengan kecepatan 150km/jam. Sedangkan Ezzy ITS 2 mengusung mesin jenis permanent magnet brushless DC dengan daya 30Kwh dan kecepatan 130km/jam. Konsumsi energi dua Molina ini 5,3 kilometer per kWh. Selain Molina, ITS juga memiliki mobil tenaga surya, Sapuangin, dan mobil Lowo Ireng Supercar. Mobil Sapuangin pernah dilombakan dalam ajang World Sollar Challenge di Australia. Mobil Lowo Ireng Supercar mengusung mesin Mitsubishi Gallant V6 Twin Turbo berkapasitas 2.500cc. Pengambilan nama Lowo Ireng ini karena timnya baru dapat beristirahat ketika menjelang pagi. Produktif kerjanya usai Magrib. Mobil Lowo Ireng, engineering design dan sasis pabrikasi sendiri. Untuk komponen dalam masih gunakan impor. Jadi kami hanya mendesain tampilan, aerodinamika dan ECU. Tipe ini masih menggunakan BBM. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 44 Tabel 4-11 Perbandingan teknologi mobil listrik di beberapa lembaga/universitas NO INSTANSI MOBIL LISTRIK BATERAI FASILITAS UJI 1 B2TE-BPPT N/A 2 LIPI Bandung Uji cell (5V), pack (12V) N/A 3 ITS Surabaya LiFePO4 (cell & pack) Li-ion, LiFePO4 (pack) Li-ion (assembly) N/A Hybrid (PLTS + Genset) 4 UNS Solo LiFePO4 (cell only) Uji cell (skala mmAh) N/A 5 PT DSBC Solo N/A N/A N/A 6 LIPI Serpong N/A UGM N/A Uji cell (skala mmAh) N/A N/A 7 Li-ion (assembly) LiFePO4 (cell) Battery Recycle City car dan minibus jenis hybrid City car (EZZY ITS I&II), supercar ( Sapuangin, Lowo Ireng); bus listrik City car (Smart Gen 2) CHARGING STATION Hybrid (PLTS+grid) N/A BCS 110Vdc, sumber listrik PLN 4.3 HASIL KEGIATAN 2016 TERHADAP TRL (SELF-ASSESSMENT) Secara umum, output dari kegiatan perekayasaan baterai mobil listrik tahun 2016 di B2TKE, meliputi: Pengembangan disain dan prototipe Sistem Pengisian Baterai (battery charging station) hybrid berbasis PLTS; Pengujian baterai lithium untuk aplikasi sistem tenaga surya, berdasarkan SNI 04-6392-2000, terakreditasi SNI/ISO 17025 dari KAN. Fasilitas uji ini sudah mampu melayani masyarakat melalui layanan PNBP. Oleh karena itu, berdasarkan hasil self-assessment terhadap Tingkat Kesiapan Teknologi (TRL), maka kegiatan ini dapat dikategorikan kedalam TRL = 7 4.4 MITRA DAN PERAN MITRA Mitra kerja pemerintah dalam kegiatan ini meliputi lembaga/institusi dibawah Kementerian Negara Riset, Teknologi, dan pendidikan Tinggi, diantaranya LIPI, ITS, UNS, dll. Sedangkan mitra kerja industri adalah mitra kerja yang selama ini menjadi klien dalam pengujian dan pengembangan baterai lithium, seperti: PT.Nipress, PT DSBC Power, PT. PLN, dll. Tabel 4-12 Mitra dan Peran Mitra Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 45 4.5 KENDALA YANG DIALAMI (SDM, ANGGARAN, FASILITAS) Beberapa kendala dalam pelaksanaan kegiatan perekayasaan baterai mobil listrik ini, antara lain: Program mobil listrik nasional (Molina) maupun proyek penelitian dan pengembangan mobil listrik di berbagai instansi kurang mendapatkan dukungan dari pemerintah, dan tidak terkoordinasi dengan baik; Harga investasi sistem berbasis baterai secara umum masih mahal. Hal ini disebabkan karena sebagian besar komponen mobil listrik, khususnya baterai (baik jenis liad acid maupun lithium) masih merupakan produk import; Kendaraan umum masih didominasi oleh bahan bakar fosil, karena harga mobil dan bahan bakarnya masih murah; Kendala yang ada untuk sistem pengisian stasiun baterai adalah permintaan (demand) yang belum ada, maka disarankan untuk penelitian selanjutnya terkait membangun stasiun pengisian mobil listrik dilakukan untuk mobil listrik jenis kendaraan angkutan masal seperti bis, kereta api, dikarenakan demand yang sudah pasti. Ketersediaan dana penelitian yang sangat minim, selain jumlah dana terbatas juga akibat pemotongan anggaran. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 46 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN 1 Baterai lithium, khususnya LiFePO4 cocok digunakan dalam pengembangan mobil listrik nasional maupun aplikasi sistem PLTS (PV). Hal ini disebabkan karena baterai lithium memiliki kelebihan dibandingkan dengan baterai jenos lead-acid, diantaranya: lebih ringan, densitas energi tinggi, self discharge rendah, tidak memiliki memory effect, siklus hidup panjang, dan aman. 2 Penerapan baterai lithium pada mobil listrik belum berkembang sesuai harapan. Namun demikian, penerapan pada sistem PLTS mengalami peningkatan yang cukup pesat, sejalan dengan pesatnya penggunaan lampu jenis LED, terutama untuk aplikasi PLTS terpadu, seperti lampu SEHEN, sistem penerangan jalan umum (PJU-PLTS), dll. 3 Pengembangan baterai lithium dapat diproduksi oleh industri local, diantaranya PT Nipress dan DSBC (Solo). Disamping itu, beberapa universitas dan lembaga penelitian telah memiliki fasilitas pengujian dan pengembangan baterai lithium, dianataranya B2TKE-BPPT, LIPI, UNS, ITS, dll. 4 Dengan adanya fasilitas uji baterai di B2TKE, saat ini sudah mampu melayani jasa pengujian baterai baik jenis lead-acid maupun lithium. Namun, dengan keterbatasan kapasitas alat, maka jumlah layanan uji baterai masih kurang. 5 Penerapan kendaraan listrik, seperti mobil listrik memerlukan infrastruktur Stasiun Pengisian Baterai Mobil listrik yang cukup, handal, berkelanjutan, dan ramah lingkungan. Hal ini dapat dikembangkan baik di perumahan (malam hari, slow charging), tempat parkir (pengisian relative cepat), maupun statiun pengisian umum (fast charging). 6 Sistem pengisian baterai berbasis energi surya (PV) sangat potensial dikembangkan di seluruh wilayah Indonesia. Hal ini disebabkan karena Indonesia memiliki potensi energi surya yang melimpah dan penurunan harga teknologi fotovoltaik dewasa ini. Stasiun Pengisian Baterai Mobil listrik dapat diimplementasikan dengan sistem PLTS yang di-hybrid dengan jaringan listrik PLN (sebagai cadangan) Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 47 5.2 SARAN 1. Untuk mendukung program pemerintah dalam pengembangan mobil listrik maupun energi surya (PV) nasional, maka penelitian terhadap teknologi baterai lithium dan inftrastruktur pengisian baterai mobil listrik harus terus dikembangkan pada skala demonstrasi pilot, yang melibatkan berbagai stake holder melalui suatu koordinasi yang baik. 2. Untuk meningkatkan pelayanan jasa pengujian baterai di B2TKE diharapkan agar fasilitas uji yang ada dapat ditingkatkan baik jumlah maupun kapasitasnya (ruang lingkup pengujian) 3. Untuk meningkatkan hasil penelitian diharapkan agar dana penelitian juga ditingkatkan. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 48 BAB VII FORM A & B Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 49 HASIL PELAKSANAAN PROGRAM TAHUN ANGGARAN 2016 FORM A ANGGARAN (dlm ribuan) No. SDM NAMA PROGRAM Pagu (Rp.) 1 LUARAN Perekayasaan Baterai Lithium Untuk Mobil Listrik DIPA 255,508 Realisasi (Rp.) % 255,508 100 (org,) KETERANGAN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1. Pengujian baterai lithium ferro phosphate (LiFePO4) PNBP 15 5 1 2. Prototipe Pengisian Baterai Mobil Listrik Berbasis PLTS Hybrid PHLN Keterangan nomor 1-10 adalah sebagai berikut : 1. Rekomendasi 5. Pengujian 9. Prototype 2. Advokasi 6. Jasa operasional 10. Survey 3. Alih Tek 7. Pilot project 4. Konsultasi 8. Pilot plant Petunjuk Pengisian Kolom Tabel di atas : A. PROGRAM, diisi dengan sesuai nama program B. ANGGARAN Diisi dengan jumlah DIPA, PNBP dan PHLN sesuai pagu serta realisasinya untuk per kegiatan C. SDM, diisi dengan jumlah tenaga perekayasa D. LUARAN, nomor 1-10 merupakan indikator kinerja hasil/luaran kegiatan, diisi jumlah dari masing-masing indikator yang dicapai pada satu tahun anggaran. E. KETERANGAN, Untuk masing - masing luaran uraikan data dan informasi lebih detail. Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 50 FORM B PENGKAJIAN DAN PENERAPAN TEKNOLOGI ENERGI PEREKAYASAAN BATERAI LITHIUM UNTUK MOBIL LISTRIK INTI KEGIATAN Stasiun Pengisian Mobil Listrik Diagram Blok Hybrid Charging Station Baterai merupakan komponen utama pada mobil listrik maupun sistem PLTS. Baterai berfungsi untuk menyimpan energi yang diproduksi dari PLTS mapun sumber lain, untuk digunakan pada saat diperlukan. Baterai lithium telah digunakan pada teknologi hand phone, saat ini dikembangkan untuk aplikasi mobill listirk maupun sistem PLTS. Hal ini disebabkan baterai lithium memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan baterai jenis lead-acid, diantaranya kepadatan energi yang lebih tinggi, umur yang lebih panjang, dll. Namun demikian baterai lithium memiliki mutu produk yang bervariasi dan harga masih relative mahal. Untuk mengetahui karakteristik dan mutu baterai lithium untuk aplikasi mobil listrik maupun sistem PLTS, maka dalam studi ini dilakukan kajian dan pengujian terhadap teknologi baterai lithium. Disamping itu, penelitian ini melakukan pengembangan disain stasiun pengisian ulang baterai berbasis energi surya hybrid. Diharapkan hasil penelitian ini dapat meningkatkan pelayanan teknis pengujian baterai lithium di B2TKEBPPT khususnya, dan dapat menunjang pengembangan penerapan mobil listrik maupun sistem PLTS di Indonesia. TUJUAN PROGRAM Untuk mendapatkan karakteristik baterai lithium untuk aplikasi mobil listrik maupun sistem PLTS. Disamping itu, penelitian ini diharapkan untuk pengembangan disain statiun pengisian baterai hybrid berbasis energi surya. PROGRAM YANG DILAKSANAKAN Melakukan kajian dan pengembangan rancangan sistem pengisian baterai mobil listrik berbasis energi terbarukan (mis. energi surya) yang di-hybrid dengan jala-jala PLN (sebagai cadangan). Melakukan kajian dan pengujian baterai lithium-ion (LiFePO4) untuk aplikasi mobil listrik maupun aplikasi sistem PLTS, berdasarkan standar nasional (SNI) maupun internasional. Fasilitas Uji Baterai-B2TE Sampel Uji baterai Lithium 48V/100Ah HASIL PROGRAM Bidang : Energi Unit Kerja : Balai Besar Teknologi Energi Lokasi kegiatan: Puspiptek, Serpong Tahun ke : 1/3 Group Leader : Dr. Oo Abdul Rosyid, MSc Program Manager :Ir. Nur Aryanto A Alamat: Telepon: Perekayasaan Baterai Mobil Listrik B2TKE Gd. 620 PUSPIPTEK 021-7560550/021-7560904 Dana DIPA: Rp. 225.508.000 Dana mitra : Nama mitra kerja:Nipress Nama User : PT. DSBC, PT Nipress, Hasil pengujian baterai lithium-ion (LiFePO4) dan untuk aplikasi mobil listrik yang sesuai dengan standard nasional (5 laporan) Pengembangan disain dan prototype sistem pengisian baterai mobil listrik berbasis energi surya yang dihybrid dengan jala-jala PLN. Hal - 51 Referensi: 1. Freedom Car & Vehicle Technologies Program. Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, U.S. Department of Energy. August, 2003. 2. Reports DuPont Automotive/SAE Survey of Top Industry Issues. Materials are Critical to Reduce Dependence on Fossil Fuels, Detroit, MI, April 4, 2011. 3. Padhi, A. K., K. S. Nanjundaswamy & J. B. Goodenough. LiFePO4: A Novel Cathode Material for Rechargeable Batteries. Electrochemical Society Meeting Abstracts 96-1 (1996) 73. 4. Padhi, A. K., K. S. Nanjundaswamy & J. B. Goodenough. Phospho-olivines as positive-electrode materials for rechargeable lithium batteries. J. Electrochem. Soc. 144 (1997) 1188. 5. Tang, K., J. Sun, X. Yu, H. Li & X. Huang. Electrochemical performance of LiFePO4 thin films with different morphology and crystallinity. Electrochimica Acta 54 (2009) 6565. 6. Zhang, Y., Q. Huo, P. Du, L. Wang, A. Zhang, Y. Song, Y. Lv, G. Li. Advances in new cathode material LiFePO4 for lithium-ion batteries. Synthetic Metals 162 (2012) 1315. 7. Liu, H., Z. Wang, X. Li, H. Guo, W. Peng, Y. Zhang & Q. Hu. Synthesis and electrochemical properties of olivine LiFePO4 prepared by a carbothermal reduction method. Journal of Power Sources 184 (2008) 469. 8. Tang, K., J. Sun, X. Yu, H. Li & X. Huang. Electrochemical performance of LiFePO4 thin films with different morphology and crystallinity. Electrochimica Acta 54 (2009) 6565. 9. Fischer, Fred, Todd Peterson, Elena Mikalis. Apec Roadmap For International Electric Vehicle Standards. Disampaikan dalam 20th APEC Automotive Dialogue di Beijing, China pada tanggal 22-25 April 2014. 10. http://www.evsource.com/battery_calculator.php Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 52 Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 53 Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 54 Perekayasaan Baterai Mobil Listrik Hal - 55
