rancang bangun alat pemantau dan perekam energi pelepasan

RANCANG BANGUN ALAT PEMANTAU DAN PEREKAM ENERGI
PELEPASAN MUATAN BATERAI DENGAN MIKROKONTROLER
ATMEGA32A
Wahyuadi Tri Ananto, Iwa Garniwa M. K.
Department Teknik Elektro, Universitas Indonesia
[email protected], [email protected]
Abstract
This paper discusses the design of battery discharge monitoring and recording
device using microcontroller that calculates the battery state-of-charge (SOC) and
compare to SOC estimation using predicted open-circuit voltage method. The system
board design consists of voltage divider circuit, minimum circuit for microcontroller,
voltage regulator LM7805, and microcontroller ATmega32A. The coulomb counting
method that used in microcontroller calculation remains error in estimating the battery
SOC. Moreover the predicted open-circuit voltage overcomes error little more than
coulomb counting. Predicted open terminal is used to correct the coulomb counting
readings without including the correction factor in the calculation of practical testing.
The validation has been conducted by the measurement, where it agrees with the
simulation result, in particular for the parameter of SOC and decreasing the closecircuit voltage.
Key words: Battery Management System; energy management; battery capacity
Abstrak
Jurnal ini membahas rancang bangun alat pemantau dan perekam energi pelepasan
muatan baterai dengan menggunakan mikrokontroler yang dapat menghitung kapasitas baterai
dan membandingkannya dengan prediksi SOC dengan menggunakan metode prediksi
tegangan rangkaian terbuka. System board yang dibangun terdiri dari rangkaian pembagi
tegangan, sistem minimum untuk mikrokontroler, pengatur tegangan LM7805, dan
mikrokontroler ATmega32A. Metode coulomb counting yang digunakan dalam penghitungan
dengan mikrokontroler menyisakan error dalam menghitung SOC baterai. Selain itu, error
yang dihasilkan dengan metode prediksi tegangan rangkaian terbuka juga lebih besar dari
yang dihitung dengan metode coulomb counting. Metode predicted open terminal digunakan
sebagai koreksi atas metode coulomb counting dalam pengujian praktis. Dari pengukuran
yang telah dilakukan didapatkan bahwa tegangan yang dibaca oleh mikrokontroler sesuai
dengan hasil simulasi khususnya pada penentuan SOC dan penurunan tegangan baterai saat
rangkaian tertutup.
Kata kunci : Sistem Pengatur Baterai; manajemen energi; kapasitas baterai
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
1.PENDAHULUAN
Terkait dengan penggunaan baterai – baterai tersebut pada sistem UPS pada bidang
telekomunikasi ataupun pembangkit listrik, pada kendaraan listrik ataupun kendaraan listrik
hibrid, dan aplikasi pada sistem lainnya, baterai tersebut seringkali tidak berdiri sendiri dalam
utilisasinya. Terdapat suatu sistem manajemen baterai yang dapat mengatur kinerja baterai
termasuk pemantauan dan perekaman energi baterai selama proses pelepasan muatan maupun
pengisian muatan. Pemantauan biasanya dilakukan terhadap tegangan baterai untuk setiap
string pada susunan baterai, setiap baterai pada setiap string, ataupun setiap sel pada setiap
baterai. Pemantauan dan perekaman energi baterai ini diperlukan dalam hal penentuan
kapasitas baterai secara akurat sehingga sistem yang terhubung dengan sistem manajemen
baterai dapat bekerja secara tepat. Untuk dapat mengetahui gambaran besar kinerja suatu
sistem manajemen baterai, diperlukan insiasi perancangan pengukur parameter tegangan pada
baterai agar didapatkan ketepatan pengukuran kapasitas baterai. Perancangan ini termasuk
perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yang diperlukan untuk membuat sistem
tersebut yang kemudian diwujudkan dalam suatu rancang bangun alat pemantau dan perekam
energi baterai pada prose pelepasan muatan.
2.TINJAUAN TEORITIS
Dalam sistem kelistrikan, baterai adalah divais yang terususun atas satu atau lebih sel –
sel elektromekanis yang mengkonversikan energi kimia menjadi eneri listrik. Sejak penemuan
baterai pertama pada tahun 1800-an oleh Alessandro Volta dan pada khususnya semenjak
secara teknis telah dikembangkannya Daniel Cell pada tahun 1836, baterai menjadi sumber
energi yang sering digunakan pada aplikasi industri dan rumah tangga. Terdapat dua jenis
baterai yang ditemui di pasaran saat ini, baterai primer (disposable batteries) yang hanya
dapat digunakan sekali dan baterai sekunder (rechargeable batteries) yang dapat digunakan
berkali – kali karena muatannya dapat diisi ulang. Baterai muncul dengan beragam ukuran,
dari yang kecil untuk keperluan arloji atau jam tangan hingga battery bank seukuran ruang
kamar yang diperlukan untuk suplai energi pusat penyimpanan data (data servers).
Perilaku pelepasan atau pengisian baterai tergantung pada beberapa parameter.
Parameter – parameter ini akan digunakan untuk perbandingan baterai. Beberapa parameter
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
baterai antara lain, tegangan, kapasitas, muatan energi, energi spesifik dan kerapatan energi,
resistansi internal, termasuk juga karakteristik pengisian dan pelepasan muatan baterai.
3.METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan pada penelitian dan penulisan skripsi ini adalah :
a. Studi Kepustakaan
Metode ini dilakukan berdasarkan penelitian pada bahan-bahan literatur seperti jurnal-jurnal
penelitian, buku, artikel yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya.
b. Simulasi Perangkat Lunak
Menggunakan perangkat lunak khusus untuk mensimulasikan rancangan alat pemantau dan
perekam energi pelepasan muatan baterai dan melihat parameter – parameter baterai
khususnya tegangan berdasarkan hasil simulasi.
c. Pengukuran Alat Pemantau Energi Pelepasan Muatan Baterai
Pengukuran prototip alat pemantau energi pelepasan muatan baterai dilakukan untuk melihat
penurunan tegangan baterai yang nyata dan kemudian dibandingkan dengan pembacaan
multimeter. Hasil dari pembacaan alat juga dibandingkan dengan pengukuran kapasitas
dengan metode prediksi tegangan rangkaian terbuka baterai.
4.HASIL PENELITIAN
Secara umum, metode coulometric digunakan karena ketepatannya dalam menentukan
energi yang dilepas ketika ketika terjadi pelepasan muatan pada baterai. Secara matematis,
nilai energi yang terlepas adalah sebagai berikut:
t
W   VI dt
4.3)
t0
Dari proses discharge yang dilakukan selama 820 menit, telah dicatat penurunan
tegangan yang terjadi oleh mikrokontroler dengan nilai arus diset pada nilai 1 Ampere dengan
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
toleransi ±0.1 Ampere. Dari pengambilan data tersebut diperoleh pembacaan tegangan oleh
mikrokontroler bervariasi dari 51,96 hingga 38,05 Volt. Untuk mendapatkan nilai energi di
setiap detik, maka nilai selisih waktu yang digunakan adalah tetap yaitu satu detik untuk
setiap tegangan dan nilai arus yang digunakan adalah yang terbaca pada clampmeter.
Perhitungannya seperti terlihat pada Tabel 4.2 berikut.
Tabel 4.1. Perhitungan metode coulometric dengan pembacaan tegangan oleh mikrokontroler
Percobaan
ke 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Waktu
ke–
(detik)
1.614
5.294
8.932
12.562
14.927
17.270
19.690
23.305
26.963
30.649
34.311
37.931
42.657
45.258
49.208
Waktu
ke –
(menit)
27
88
149
209
249
288
328
388
449
511
572
632
711
754
820
Tegangan
Total (Volt)
Arus
(Ampere)
82.111
186.714
181.951
180.343
115.896
113.974
119.423
173.049
173.109
175.024
163.176
158.794
160.828
151.843
171.261
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
Selang
waktu
(detik)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Akumulasi
Energi (kJ)
82,1
268,8
450,8
631,1
747
861
980,4
1.153,4
1.326,6
1.501,6
1.664,8
1.823,6
1.984,4
2.136,2
2.307,5
Dari perhitungan tersebut didapat bahwa akumulasi energi yang dilepaskan selama 15
kali percobaan dari awal muatan baterai terisi penuh (100%) hingga muatan baterai habis
(0%) sebesar 2.307,5 kJ dengan total waktu pengambilan data selama 820 menit.
Sementara itu, pembacaan oleh multimeter memberikan penurunan tegangan yang
hampir sama dengan terdapat selisih beberapa persen. Perhitungan untuk pembacaan tegangan
oleh multimeter dapat dilihat pada Tabel 4.3 berikut.
Tabel 4.2. Perhitungan metode coulometric dengan pembacaan tegangan oleh multimeter
Percobaan
ke 1
2
3
4
5
6
7
Waktu
ke–
(detik)
1.614
5.294
8.932
12.562
14.927
17.270
19.690
Waktu Tegangan
Arus
ke –
Total
(Ampere)
(menit)
(Volt)
27
81.971
1.0
88
186.714
1.0
149
180.951
1.0
209
178.860
1.0
249
105.106
1.0
288
113.805
1.0
328
116.802
1.0
Selang
waktu
(detik)
1
1
1
1
1
1
1
Akumulasi
Energi
(kJ)
81,97
267,16
448,12
626,98
732,08
845,89
962,69
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
Kapasitas
(%)
3,61
11,76
19,73
27,6
32,22
37,24
42,38
8
9
10
11
12
13
14
15
23.305
26.963
30.649
34.311
37.931
42.657
45.258
49.208
388
449
511
572
632
711
754
820
172.965
173.082
177.983
163.465
159.187
161.717
152.892
147.496
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1
1
1
1
1
1
1
1
1.135,65
1.308,73
1.486,72
1.650,18
1.809,37
1.971,09
2.123,98
2.271,48
49,99
57,62
65,45
72,65
79,66
86,78
93,51
100
Dari perhitungan total energi dengan metode coulometric dengan pembacaan oleh
mikrokontroler dan multimeter serta perhitungan ideal, didapatkan persentase kesalahan pada
Tabel 4.4 berikut.
Tabel 2 perbandingan hasil simulasi dan pengukuran antena
Akumulasi Akumulasi
Akumulasi
Akumulasi
Waktu
Energi
Energi
Percobaan
%Error %Error %Error
Energi (kJ)
(kJ)
(kJ)
ke H-Mu
H-Mi Mu-Mi
detik
Hitungan Multimeter
Mikon
1
1.614
75,03
81,97
82,1
9,25
9,42
0,16
2
3.680
246,11
267,16
268,8
8,55
9,22
0,61
3
8.932
415,23
448,12
450,8
7,92
8,57
0,6
4
12.562
583,99
626,98
631,1
7,36
8,07
0,66
5
14.927
693,93
732,08
747
5,5
7,65
2,04
6
17.270
802,85
845,89
861
5,36
7,24
1,79
7
19.690
915,36
962,69
980,4
5,17
7,11
1,84
8
23.305
1.083,41
1.135,65
1.153,4
4,82
6,46
1,56
9
26.963
1.253,47
1.308,73
1.326,6
4,41
5,83
1,37
10
30.649
1.424,82
1.486,72
1.501,6
4,34
5,39
1
11
34.311
1.595,06
1.650,18
1.664,8
3,46
4,37
0,89
12
37.931
1.763,35
1.809,37
1.823,6
2,61
3,42
0,79
13
41.657
1.936,57
1.971,09
1.984,4
1,78
2,47
0,68
14
45.258
2.103,97
2.123,98
2.136,2
0,95
1,53
0,58
15
49.208
2.287,6
2.271,48
2.307,5
0,7
0,87
1,59
Pengukuran tegangan dengan metode open terminal merupakan metode yang paling
umum dalam mengukur kapasitas baterai sealed lead acid karena sangat mudah, cukup
dengan mengukur tegangan terminal terbuka dan melihat datasheet tegangan dari pabrikan
yang
diberikan.
Namun
pada
analisis
ini,
penentuan
tegangan
terminal
yang
merepresentasikan kapasitas seperti yang ditunjukkan pada sub bab 4.4.
Pengukuran yang dilakukan adalah dengan menghitung tegangan selama beberapa
menit awal untuk dilakukan prediksi terhadap tegangan open terminal yang terukur ketika
memasuki nilai kestabilan. Prediksi ini dilakukan karena tegangan sesaat setelah baterai
dilepas dari rangkaian bukanlah tegangan yang merepresentasikan kapasitas baterai saat itu
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
karena tegangan rangkaian terbuka ini masih akan naik untuk jangka waktu tertentu seperti
terlihat pada Gambar 4.11.
Gambar 4. 1. Grafik tegangan rangkaian terbuka vs logaritma waktu
Perhitungan tegangan rangkaian terbuka dapat pula dilakukan dengan pendekatan
rumus, yaitu:
VOC  M . X P  VO
4.6)
di mana:
VOC
= tegangan rangkaian terbuka setelah recovery (Volt)
M
= gradien garis
XP
= titik temu tegangan yang sudah stabil
VO
= tegangan rangkaian terbuka sesaat setelah rangkaian terbuka (Volt)
M (gradien garis) dari grafik merupakan nilai yang dapat dikalkulasi dari data
kenaikan tegangan (biasanya setelah 10 menit dari rangkaian terbuka, gradien dapat
diketahui) sementara titik XP dapat ditentukan secara eksperimental dan akan bernilai sama
untuk setiap rentang nilai kapasitas sehingga cukup ditentukan pada percobaan pertama
kemudian kita gunakan nilai tersebut sebagai nilai XP untuk percobaan berikutnya. Secara
umum, grafik tegangan vs logaritma waktu untuk recovery ke-1, dan ke-9, dan ke-13 seperti
terlihat pada Gambar 4.12, 4.13, dan 4.14.
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
53
52
51
50
Recovery
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
Teganagn (Volt)
Grafik tegangan recovery percobaan ke-1
Trend
X = log(t); t dalam menit
48.2
48
47.8
47.6
Recovery
47.4
Trend
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
Tegangan (Volt)
Grafik tegangan recovery percobaan ke-9
X = log(t); t dalam menit
VOC  0,18 1,64  47,81
VOC  48,11 Volt
Sehingga dapat ditentukan dari referensi pada grafik 4.10. bahwa tegangan 48,11 Volt
merepresentasikan kapasitas baterai sebesar 48 %.
44.5
44
43.5
Recovery
43
Trend
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
Tegangan (Volt)
Grafik tegangan recovery percobaan ke-13
X = log(t); t dalam menit
VOC  0, 24 1, 64  43,98
VOC  44,37 Volt
Sehingga dapat ditentukan dari referensi pada grafik 4.10. bahwa tegangan 44,37 Volt
merepresentasikan kapasitas baterai sebesar 2,7 %.
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
Untuk seluruh percobaan pengamatan recovery tegangan ini dapat dilihat pada Tabel
4.9 berikut:
Tabel 4.3. Perhitungan prediksi tegangan open terminal untuk seluruh percobaan
Percobaan
ke1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
XP
XN1
XN2
YN1
YN2
M
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
1,64
0
0
0
0
0
0,3
0,4
-0,4
0
0,1
0,4
0
0
0
0,8
1,1
0,6
0,9
0,8
0,6
0,7
1,3
0,5
0,9
0,6
1,3
1,0
1,0
0,8
1,2
51,39
50,63
50,62
49,97
49,73
49,17
48,79
48,21
47,81
45,66
45,25
44,65
43,98
43,23
42,92
51,82
50,88
50,8
50,02
49,85
49,21
48,91
48,37
47,97
46,39
45,85
44,91
44,22
43,6
43,23
0,39
0,42
0,2
0,29
0,2
0,1
0,13
0,18
0,18
1,46
0,67
0,26
0,24
0,46
0,78
VOC
(Volt)
52,03
51,32
50,95
50,45
50,18
49,33
49
48,51
48,11
48,05
46,35
45,08
44,38
43,98
44,2
Kapasitas
(%)
95,5
86,17
82,41
76,33
73,04
62,17
58,73
52,78
47,97
47,22
26,58
11,16
2,66
0
0,51
5.PEMBAHASAN
Setelah proses perancangan selesai, proses pembuatan alat dilakukan untuk
membangun sistem pemantau dan perekam energi pelepasan muatan baterai. Beberapa hasil
dari perancangan sistem pemantau dan perekam energi pelepasan muataan baterai adalah
sebagai berikut:
a. Sistem minimum mikrokontroler ATmega32A
Dengan menggunakan pcb board, komponen – komponen seperti resistor, kapasitor,
tombol reset, LED, induktor, jumper, header, dan mikrokontroler dipasang pada board. Hasil
perancangan sistem minimum mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 4.1.
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
Gambar 4. 2. Hasil rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATmega32A
b. Voltage regulator LM7805
Rangkaian untuk aplikasi LM7805 yang sederhana hanya membutuhkan dua
kondensator elektrolit dengan nilai kapasitas 1000μF dan 1μF. Hasil perancangan seperti
terlihat pada Gambar 4.2 berikut.
Gambar 4. 3. Rangkaian voltage regulator
c. Rangkaian pembagi tegangan
Dengan menggunakan pcb board, resistor dipasang seperti konfigurasi yang telah
dijelaskan sebelumnya. Hasil perancangan rangkaian pembagi tegangan dengan kombinasi
resistor 20kΩ, 150kΩ, dan 470kΩ seperti terlihat pada Gambar 4.3 berikut.
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
Gambar 4. 4. Rangkaian pembagi tegangan
Rangkaian pembagi tegangan ini disusun agar sinyal dari empat baterai dapat menjadi
input mikrokontroler dengan tegangan yang sesuai, yaitu 5 Volt yang merepresentasikan
kondisi tegangan masing – masing baterai. Dari hasil pengujian dengan membandingkan
dengan pembacaan yang dilakukan oleh voltmeter digital didapatkan nilai kesalahan yang
sangat kecil sehingga dapat dikatakan bahwa rangkaian pembagi tegangan ini cukup
representatif untuk merepresentasikan nilai tegangan nyata baterai.
Agar didapatkan keluaran pembacaan yang optimal, maka diperlukan suatu kalibrasi
terhadap alat yang sudah dipercaya pembacaannya. Untuk rangkaian pembagi tegangan ini,
pembacaan awal dilakukan oleh multimeter digital. Kemudian dilakukan pembacaan oleh
rangkaian pembagi tegangan dengan mikrokontroler yang disimpan oleh personal computer.
Pengukuran dilakukan saat tegangan keempat baterai berada pada nilai 12,3 Volt dengan
waktu pengambilan data selama 200 detik. Perlu dicatat bahwa pada pengambilan data ini
rangkaian utama dengan beban motor dc brushless tidak aktif artinya pengukuran oleh
mikrokontroler bebas dari gangguan sinyal yang dihasilkan motor dc brushless. Hasil
perhitungan dan nilai persentase kesalahan seperti terlihat pada grafik Baterai1, Baterai2,
Baterai3, dan Baterai4. Pada baterai 1, terlihat bahwa nilai pembacaan oleh mikrokontroler
berada di sekitar nilai yang telah dibaca oleh multimeter digital dengan persentase kesalahan
dihitung dengan persamaan 4.1 berikut:
%e 
VM  VD
VM
 100%
di mana:
VM = tegangan yang diukur multimeter (Volt)
VD = tegangan yang diukur mikrokontroler sebagai data (Volt)
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
4.1)
Tabel 4.4. Hasil pengukuran Baterai1
Tegangan Baterai1 Jumlah % Jumlah
Error
% Error
12.243
1
0.5%
0.057
0.46%
12.255
1
0.5%
0.045
0.37%
12.268
11
5.5%
0.032
0.26%
12.280
93
46.5%
0.020
0.16%
12.293
89
44.5%
0.007
0.06%
12.305
5
2.5%
0.005
0.04%
Dari perhitungan yang telah diperoleh, kita dapat mengetahui perbandingan penentuan stateof-charge antara metode open terminal, metode coulometric dengan multimeter, coulometeric dengan
mikrokontroler, dan berdasarkan penurunan tegangan terhadap waktu secara ideal. Persentase
kesalahan antar metode tersebut terhadap metode berdasarkan penurunan tegangan terhadap waktu
secara ideal sebagai referensi seperti diperlihatkan pada Tabel 4.10 berikut (perbandingan untuk
percobaan ke-1, ke-9, dan ke-13).
Tabel 4.5. Perbandingan percobaan dengan metode coulometric dengan open terminal
Metode
Metode
Metode
Metode
%Error
%Error
%Error
Coulometric Coulometric Coulometric Open Coulometric Coulometric Coulometric
Ideal
Multimeter
Mikon
Terminal
IdealIdeal-Mikon Ideal-OT
(OT)
Multim
96,07%
96,39%
96,44%
95,5%
0,33%
0,33%
0,59%
45,02%
42,38%
42,51%
47,97%
5,86%
5,57%
6,55%
15,34%
13,22
14%
2,6%
13,82%
8,74%
43,02%
Hasil perhitungan persentase kesalahan untuk setiap perbandingan antara perhitungan
ideal dengan metode open terminal, ideal dengan metode coulometric multimeter, ideal
dengan metode coulometric mikrokontroler, metode open terminal dengan metode
coulometric multimeter, metode open teminal dengan metode coulometric mikrokontroler,
dan metode coulometric multimeter dengan metode coulometric mikrokontroler untuk
keseluruhan percobaan, diperlihatkan pada Tabel 4.11 berikut.
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
Tabel 4.6. Grafik persentase kesalahan untuk setiap perbandingan metode pengukuran
Percobaan
ke –
%Error
Ideal Mikon
%Error
Ideal Multim
%Error
Ideal –
OT
%Error
Mikon Multim
%Error
OTMikon
%Error
OTMultim
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0,29%
1,00%
1,69%
2,45%
2,93%
3,42%
4,12%
4,99%
5,96%
7,40%
7,99%
8,49%
8,75%
7,54%
-
0,34%
1,12%
1,93%
2,78%
2,72%
3,30%
3,95%
5,01%
6,24%
8,40%
9,65%
11,23%
13,82%
19,11%
-
1,26%
3,44%
0,69%
2,50%
4,84%
4,21%
2,09%
0,27%
6,11%
25,20%
12,20%
51,30%
82,67%
100,00%
-
0,05%
0,13%
0,24%
0,35%
0,21%
0,12%
0,18%
0,02%
0,30%
1,09%
1,83%
3,09%
5,88%
14,30%
-
0,98%
2,47%
2,42%
5,07%
8,00%
0,83%
2,12%
5,53%
12,84%
35,20%
4,57%
46,79%
81,00%
-
0,92%
2,34%
2,66%
5,43%
7,78%
0,94%
1,93%
5,55%
13,18%
36,68%
2,82%
45,14%
79,89%
-
Pada Tabel 4.11, terlihat bahwa perbandingan persentase kesalahan antara Ideal –
Multim dengan Ideal – Mikon terlihat hampir sama untuk persentase SOC di bawah 45%.
Begitu pula dengan Ideal – OT yang menunjukkan persentase kesalahan yang hampir sama
(sedikit lebih besar) dibandingkan dengan Ideal – Multim dan Ideal – Mikon. Dari tabel pula,
terlihat persentase kesalahan Ideal – OT justru terlihat mengalami peningkatan ketika
pembacaan memasuki percobaan ke-10 di mana persentase kesalahan dari yang sebelumnya
hanya sekitar 6% menjadi 25% dan seterusnya hingga percobaan ke-15 persentase bertahan di
atas 10%. Dari jurnal yang digunakan sebagai referensi juga mencatat bahwa pembacaan
mengalami kenaikan persentase kesalahan saat persentase kapasitas berada di bawah 20%.
Sementara untuk persentase kesalahan Ideal – Mikon untuk seluruh percobaan berada di
bawah 10%. Persentase kesalahan Ideal – Mikon mengalami peningkatan pula seiring dengan
berkurangnya kapasitas baterai dengan angka kesalahan tertinggi adalah 8,5%. Kemudian jika
kita lihat kesalahan Ideal – Multim, akan kita lihat kenaikan persentase kesalahan yang
hampir mirip dengan Ideal – Mikon perbedaannya terletak pada persentase kesalahan yang
sudah melewati 10% setelah percobaan kedua belas dengan nilai kesalahan tertinggi pada
angka 19%.
Perbandingan persentase kesalahan dari ketiga metode dengan coulometric ideal tidak
serta merta merepresentasikan kesalahan pengukuran yang sebenarnya. Faktor – faktor yang
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
menentukan kinerja baterai juga harus dilibatkan seperti parameter suhu ambien, kondisi
kesehatan (state of health), dan kondisi – kondisi spesifik pada sel – sel baterai karena
kesemua parameter tersebut sudah tidak berada dalam kondisi baru sehingga tidak mendekati
grafik yang ideal. Pertimbangan tersebut pada perhitungan ideal dihilangkan hanya untuk
melihat seberapa dekat kondisi baterai terhadap gradien kemiringan garis yang diberikan. Dari
tabel pula, terlihat bahwa persentase kesalahan antara pembacaan oleh mikrokontroler dengan
multimeter didapatkan bahwa persentase kesalahan cenderung konstan bahkan dibawah 6%
hingga akhir percobaan ke-13, sementara itu angka tertinggi kesalahan hanya bernilai 14%.
Dari sini terlihat bahwa persentase kesalahan juga mengalami peningkatan ketika state-ofcharge sudah berada di bawah 20%. Selain itu hal ini juga lebih dapat dilihat sebagai
pembanding yang lebih seimbang, bukan karena pembacaan persentase kesalahan yang lebih
sedikit dan konsisten namun membandingkan pengukur yang dibuat sendiri dengan alat ukut
yang telah established merupakan suatu keharusan agar pembacaan alat yang telah dibuat
dapat diterima hasilnya untuk dilakukan perbaikan. Untuk melihat lebih jauh lagi,
perbandingan dilakukan pada OT – Mikon dan OT – Multim. Dari keduanya, terlihat bahwa
peningkatan persentase kesalahan di atas 10% dimulai secara berbarengan dari akhir
percobaan kesembilan dan terus mengalami peningkatan kesalahan hingga mencapai nilai
tertinggi 80% pada sisa kapasitas 15%. Dari perbandingan tersebut juga terlihat bahwa
semakin sedikit kapasitas yang tersisa akan semakin tinggi persentase kesalahan yang
diberikan.
Secara keseluruhan, pada prakteknya nanti, pembacaan oleh mikrokontroler pada
mobil listrik tidak dapat berdiri sendiri sebagai divais pengukuran. Cara yang paling mungkin
untuk dilakukan sebagai pengoreksi hal ini adalah dengan menghitung tegangan recovery
rangkaian terbuka selama selang waktu tertentu untuk dapat menyimpan data gradien
kenaikan tegangan. Mikrokontroler yang terpasang dapat melakukan ini dan dengan cara
pengkodingan yang tepat akan dapat memperlihatkan perhitungan dari koreksi yang
dilakukan. Dari percobaan yang telah dilakukan, antara pembacaan kapasitas yang didapat
dari mikrokontroler dan tegangan recovery open terminal menunjukkan kenaikan persentase
kesalahan di atas 10% pada persentase sisa kapasitas ke-45%. Hal ini menandakan bahwa
pada prakteknya nanti jika mikrokontroler telah mendapatkan pembacaan kapasitas di angka
tersebut maka baterai harus dilakukan pengisian muatan ulang. Hal ini disamping untuk
mencegah nilai koreksi kesalahan yang besar, juga dapat meningkatkan usia pakai baterai.
Secara keseluruhan, jika dibandingkan dengan pembacaan oleh multimeter
yang telah
established (karena telah masuk pasar), persentase kesalahan pembacaan kapasitas oleh
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
mikrokontroler masih berada di bawah 20% pada kapasitas tersisa 8%. Hal ini menunjukkan
penggunaan divais yang dibuat dapat diaplikasikan langsung untuk percobaan – percobaan
berikutnya pada mobil listrik tenaga surya tanpa melibatkan multimeter. Tentunya perbaikan
– perbaikan dan penambahan komponen – komponen pendukung seperti sistem minimum
Arduino, sensor arus, real time clock, dan memory SD Card mutlak harus dilakukan karena
dengan sistem yang ada saat ini mikrokontroler tidak dapat melakukan pembacaan dan
penyimpanan data serta melakukan eksekusi – eksekusi yang diperlukan dengan lebih
tangkas.
6. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian pada rancang bangun alat pemantau dan perekam energi
pelepasan muatan dengan mikrokontroler Atmega32A, didapatkan beberapa kesimpulan
diantaranya:

Kesalahan pembacaan tegangan total baterai secara rata – rata antara mikrokontroler
dan multimeter bernilai di bawah 3% sehingga dapat secara representatif mewakili
nilai tegangan baterai.

Persentase kesalahan rata – rata pembacaan kapasitas baterai antara perhitungan ideal
dengan mikrokontroler sebesar 4,8%, antara perhitungan ideal dengan pembacaan
multimeter sebesar 6,4%, dan antara perhitungan ideal dengan predicted open terminal
sebesar 21%.

Persentase kesalahan rata – rata pembacaan kapasitas baterai antara metode
coulometric dengan mikrokontroler dan metode predicted open terminal sebesar 16%
dengan persentase kesalahan rata – rata sebesar 3,4% untuk proses pelepasan muatan
dari 0% hingga 50% kapasitas total dan 36,1% untuk proses pelepasan muatan dari
50% hingga 100% kapasitas total.

Metode predicted open terminal dapat digunakan sebagai pembanding pembacaan
kapasitas baterai oleh mikrokontroler dengan metode coulometric ketika untuk
pelepasan muatan di bawah 50%.

Impelementasi dari alat ini dapat diekspansi dengan menambahkan sensor arus,
memory SD Card, real time clock, sistem minimum Arduino Uno, dan relay agar
mikrokontroler dapat membaca data dengan waktu pengambilan yang lama dan dapat
melakukan eksekusi dengan penggerak relay secara real time.
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
8.KEPUSTAKAAN
[1] M. Bush, D.,L. Chamberlin, J., P. Clark, R., L. Watkins, J., Handbook of Secondary
Storage Batteries and Charge Regulators in Photovoltaic Systems Final Report.
Contractor Report, SAND81-7135, Arizona Solar Center, Inc. 2002.
[2] Sinclair, P., Duke, R., Round, S. An Adaptive Battery Monitoring System for an
Electric Vehicle. 1998 International Conference on Power Electronic Drives and
Energy System for Industrial Growth. Page(s): 786 – 791. 1998.
[3] Dixon, J. Energy Storage for Electric Vehicle. 2010 International Conference on
Industrial Technology (ICIT). Page(s): 20 – 26. 2010.
[4] Duryea, S., Islam, S., Lawrence, W. A Battery Management System for Stand-Alone
Photovoltaic Energy Systems. IEEE Industry Application Magazine. Page(s): 67 –
72. 2001.
[5] Ng, Kong-S., Huang, Yao-F., Moo, Chin-S., Hsieh, Yao-C. An Enhanced Coulomb
Counting Method for Estimating State-of-Charge and State-of-Health of Lead-Acid
Batteries. 31st International Telecommunications Energy Conference 2009. Page(s):
1 – 5. 2009.
[6] Moo, C. S., Ng, K. S., Chen, Y. P., Hsieh, Y. C. State-of-Charge Estimation with
Open-Circuit-Voltage for Lead-Acid Batteries. Power Conversion Conference, at
Nagoya. Page(s): 758 – 762. 2007.
[7] Snihir, I., Rey, W., Verbitskiy, E., Belfadhel-Ayeb, A., Notten, Peter H. L. Battery
Open-Circuit Voltage Estimation by Method of Statistical Analysis. Journal of Power
Sources 159 (2006). Page(s): 1484 – 1487. 2006.
[8] Jovendra, Heru. Rancang Bangun Kendaraan Listrik Tenaga Surya. Tugas Akhir –
Universitas Indonesia. 2012.
[9] M. A. Spina, R. J. de la Vega, S. R. Rossi, G. Santillán, R. C. Leegstra, C. Verucchi,
F. A. Gachen, R. E. Romero, G. G. Acosta. Some Issues on the Design of a Solar
Vehicle Based on Hybrid Energy System. International Journal of Energy
Engineering. Page(s): 15 – 21. 2012.
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.
[10] Yurianto, Ade. Perancangan Sistem Otomasi dan Data Logger Terintegrasi untuk
BTS pada Remote Area. Tugas Akhir – Universitas Indonesia. 2011.
[11] Permana Putra, Hermawan. Studi Karakteristik Pelepasan Muatan Baterai Lead
Acid terhadap Variasi Beban RLC. Tugas Akhir – Universitas Indonesia. 2010.
[12] Dwi Utomo, Siswo. Desain Text to Speech untuk Membaca SMS dalam Bahasa
Indonesia. Tugas Akhir – Institut Teknologi Sepuluh November. 2008.
[13] Situ, L. Electric Vehicle Development: The Past, Present, & Future. 3rd
International Conference on Power Electronics System and Applications. 2009.
[14] Kaniewski, R., Kotz, F. The Monitoring System of Valve Regulated Lead-Acid
Batteries – BMS. The Third International Telecomunications Energy Special
Conference. Page(s): 323 – 326. 2000.
[15]
http://telinks.wordpress.com/2010/05/01/rangkaian-driver-relay-praktis-menggu
nakan-transistor-bipolar/, diakses pada 16 Oktober 2012 pukul 15.30.
[16] http://www.greenrhinoenergy.com/solar/technologies/pv_electronics.php, diakses
pada 1 November 2012 pukul 14.05.
[17]http://batteryuniversity.com/learn/article/battery_fuel_gauge_factual_or_fallacy/,
diakeses pada 19 Januari 2013 pukul 18.55.
Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.