Pengisian Batere VRLA dengan Metode

Perpustakaan Unika
Pengisian Batere VRLA dengan Metode Constant Current
Constant Voltage (CC CV)
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh :
Wiwin Kurniawan
04.50.0015
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
SEMARANG
2009
i
Perpustakaan Unika
PENGESAHAN
Laporan tugas akhir dengan judul “Pengisian Batere VRLA dengan
Metode Constant Current Constant Voltage (CC CV)“ disetujui dan
disahkan pada tanggal . . . November 2009 dan siap untuk diajukan ke ujian tugas
akhir.
Semarang, . . . November 2009
Menyetujui,
Pembimbing
(Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT.)
058.1.1992.110
Mengetahui,
Koordinator Tugas Akhir
(Benardinus Harnadi., ST, MT.)
058.1.1994.158
ii
Perpustakaan Unika
ABSTRAK
Battery charger (alat pengisian batere) digunakan untuk mengisi ulang
batere yang rechargeable (batere yang dapat diisi ulang) dan jenis batere isi
ulang yang digunakan adalah VRLA (valve regulator lead acid). Untuk menjaga
agar batere selalu dalam kondisi yang baik maka diperlukan perawatan, termasuk
memilih charger yang sesuai karena usia batere isi ulang dipengaruhi juga oleh
cara pengisinya. Suatu charger yang baik harus mampu mengisi batere dengan
cepat dan tepat. Pada Tugas Akhir ini penulis akan merealisasikan sebuah alat
charger yang mampu mengisi batere rechargeable (batere yang dapat diisi ulang)
dengan cepat, aman, efisien, dan dapat memperpanjang usia batere. Teknik yang
digunakan adalah teknik Konverter Buck(Chopper Step Down) pada dayanya
dengan kendali hysterisis. Batere isi ulang yang dipakai adalah jenis VRLA dengan
rating tegangan antara 10,5 hingga 12 volt dan kapasitas arus 150 hingga 2000
mAh.
Dari penelitian yang sudah dikerjakan menunjukkan bahwa metode yang
dipakai cukup efisien dan cepat. Rata-rata waktu yang dibutuhkan adalah sekitar
±6 jam dengan besar arus pengisian ≤0,4C dan Negative delta voltage pada
termination charge lebih efektif melindungi batere dari overcharging sekaligus
dapat mengisi batere dengan penuh. Tegangan batere VRLA pada saat
kapasitasnya sudah penuh dipengaruhi oleh suhu ruang, semakin tinggi suhu,
maka semakin rendah tegangan yang dicapai batere pada saat mencapai kapasitas
maksimumnya.
iii
Perpustakaan Unika
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena
dengan segala rahmat dan anugerahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan
Tugas Akhir beserta laporannya yang menjadi tugas studi penulis sebagai
mahasiswa Program Sarjana Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro
Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Laporan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan data – data pengamatan
dan pembelajaran (literature) yang diperoleh selama kuliah di Fakultas Teknologi
Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Pada kesempatan ini penulis tak lupa mengucapkan terima kasih kepada
pihak – pihak yang telah banyak membantu selama pelaksanaan Tugas Akhir di
Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik
Soegijapranata Semarang dan penulisan laporannya yaitu :
1. Tuhan Yesus Kristus; yang telah menyertai dalam setiap langkahku.
2. Papa, Mama, keluarga, saudara, teman-teman mahasiswa FTI, temanteman diluar sana atas doa dan semangatnya.
3. Bapak Leonardus Heru P.,ST,MT; selaku Dekan Fakultas Teknologi
Industri UNIKA Soegijapranata Semarang, yang telah memberikan
saya ijin untuk melaksanakan Tugas Akhir di Fakultas Teknologi
Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata
Semarang.
4. Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT; selaku dosen pembimbing dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini, baik dalam pengerjaan alat telah
iv
Perpustakaan Unika
memberikan saran, kritik, dan semangat hingga selama proses
penyusunan laporan Tugas Akhir.
5. Benardinus Harnadi., ST, MT; selaku koordinator Tugas Akhir, yang
telah memberikan ijin kepada saya untuk melakukan Tugas Akhir di
Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas
Katolik Soegijapranata Semarang.
6. Fx. Hendra Prasetya, ST, MT; selaku dosen wali, yang telah
membimbing, memberi saran dan kritik kepada saya selama saya
kuliah di Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro
Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
7. Mas E. Agung N; selaku pendamping laboratorium, yang telah
memberikan informasi mengenai segala hal yang diperlukan selama
pengerjaan Tugas Akhir dan selama proses penyusunan laporan Tugas
Akhir ini.
8. Seluruh Dosen dan Karyawan Fakultas Teknologi Industri Jurusan
Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang
telah banyak membantu memberikan fasilitas sehingga pengerjaan
Tugas Akhir ini dapat berjalan lancar dan cepat selesai.
9. Teman – teman yang suka nongkrong di Lab; cepet pada lu2s y... ^^
10. Teman – teman Fakultas Teknologi Industri jurusan teknik Elektro
angkatan 2004.
Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu – persatu yang
telah membantu dalam pelaksanaan Tugas Akhir dan penulisan laporan ini.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangannya, maka penulis
v
Perpustakaan Unika
sangat mengharapkan saran maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan
dimasa yang akan datang. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan
permohonan maaf apabila terdapat hal – hal yang kurang berkenan dalam
penulisan laporan ini.
Akhirnya besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan
sumbangan yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di lingkungan kampus
Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik
Soegijapranata Semarang.
Semarang,
Penulis
vi
Juli 2009
Perpustakaan Unika
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ ii
ABSTRAK ............................................................................................................. iii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv
DAFTAR ISI ........................................................................................................ vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL ....................................................................................................x
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ....................................................................................1
1.2 Perusmusan Masalah ............................................................................2
1.3 Pembatasan Masalah ............................................................................2
1.4 Tujuan dan Manfaat ............................................................................2
1.5 Sistematika Penulisan .........................................................................3
BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Pendahuluan .........................................................................................6
2.2 Metode Pengisian VRLA .....................................................................7
2.2.1 Metode Konstan Tegangan .........................................................7
2.2.2 Metode Konstan Arus dan Konstan Tegangan saat Pengisian ....8
2.3 Chopper ................................................................................................9
BAB III
PENGISIAN BATERE VRLA DENGAN METODE CONSTAN
CURRENT CONSTAN VOLTAGE (CC CV)
3.1 Pendahuluan .......................................................................................11
3.2 Rectifier ..............................................................................................12
3.3 Topologi Konverter ............................................................................14
3.3.1 Konverter Buck ........................................................................15
3.3.2 Topologi Boost .........................................................................16
3.3.3 Topologi Buck-Boost ...............................................................18
vii
Perpustakaan Unika
3.4 Prinsip Kerja Chopper Step Down ....................................................20
3.5 Chopper Step Down dengan Beban RL ............................................22
3.6 Konsep Kendali .................................................................................26
3.7 Pengisian Batere VRLA dengan Metode CC CV Kendali Histerisis 29
3.8 Rangkaian Driver ...............................................................................30
3.9 PWM (Pulse With Modulation) ........................................................32
3.10 Pembangkit Gelombang Segitiga ....................................................33
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pendahuluan ......................................................................................35
4.2 Simulasi dengan Menggunakan Power Simulator ............................36
4.3 Pengujian Laboratorium ....................................................................43
4.4 Pembahasan ........................................................................................44
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .......................................................................................47
5.2 Saran ..................................................................................................48
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................49
LAMPIRAN ..........................................................................................................50
viii
Perpustakaan Unika
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian Chopper Buck Konverter .............................. .......................... 10
Gambar 3.1 Diagram Blok Pengisian Batere VRLA CC CV .............................. ......... 12
Gambar 3.2.a Rectifier tanpa filter ................................................................................ 14
Gambar 3.2.b Rectifier dengan filter ............................................................................. 14
Gambar 3.3.1 Topologi Buck ........................................................................ .................17
Gambar 3.3.2 Topologi Boost .......................................................................... ..............18
Gambar 3.3.3.a Konverter Buck-Boost .............................. ............................................19
Gambar 3.3.3.b Konverter Flyingback ............................... ............................................19
Gambar 3.4 Chopper Step Down dengan Beban Resitif ............................................... 20
Gambar 3.5 Chopper dengan Beban RL ......................................... .............................24
Gambar 3.6.a Diagram Blok Modul Terkendali Rangkaian Pengisian .. .........................26
Gambar 3.6.b Grafik Hysterisis ............................................................................... .......27
Gambar 3.6.c Skema Rangkaian Hysterisis ............................................................. .......28
Gambar 3.8.a Optocoupler TLP 250 ........................................................................ .......30
Gambar 3.8.b Rangkaian Driver .............................................................................. .......31
Gambar 3.9.a Rangkaian Penghasil Pulsa PWM ..................................................... .......32
Gambar 3.9.b Pulse Width Modulation ................................................................... .......32
Gambar 3.10.a Pembangkit Gelombang Segitiga .................................................... .......34
Gambar 3.10.b Gelombang Segitiga dari XR2206 .................................................. .......34
Gambar 4.2.a Simulasi Rangkaian Chopper close loop dengan Kendali Hysterisis .......37
Gambar 4.2.b Hasil Simulasi Iact dan Iref ............................................................... .......38
Gambar 4.2.c Vout pada Beban ............................................................................... .......39
Gambar 4.2.d Simulasi Rangkaian Pengisian Batere CC CV .................................. .......40
Gambar 4.3.a Keluaran Iref Iact pada pengujian laboratorium ................................ .......42
Gambar 4.3 b Keluaran pulsa pada Vy1 saat berjalanya sistem .............................. .......43
Gambar 4.3 c Keluaran PWM Vy2 pada masukkan gerbang switch ....................... .......43
ix
DAFTAR TABEL
Perpustakaan Unika
Tabel 4.2 Simulasi Rangkaian Chopper Kendali Hysterisi ...................................36
Tabel 4.3 Rangkaian Pengisian VRLA CC CV .....................................................41
x