BAB 1 PENDAHULUAN
Latar Belakang Baterai adalah alat yang berfungsi sebagai penyimpan energi dan mengeluarkannya dalam bentuk energi listrik. Baterai terdiri dari sel elektrokimia yang mampu mengkonversi energi kimia ke energi listrik dan sebaliknya. Semenjak baterai berbasiskan elektrokimia ditemukan tahun 1800, baterai telah mengalami lompatan kemajuan yang besar, dari sisi teknologi maupun penggunaannya. Baterai telah merambah ke berbagai sisi kehidupan manusia dan banyak diaplikasikan pada berbagai level teknologi, baik ada piranti sederhana seperti telepon genggam dan komputer portabel maupun pada piranti yang vital bagi suatu sistem, seperti uninterruptible power supply (UPS). Baterai juga telah memasuki dunia otomotif dan transportasi, lewat perkembangan kendaraan yang memanfaatkan energi listrik sebagai sumber energi utamanya. Bahan bakar fosil masih menjadi primadona dalam industri energi di Indonesia. Permintaan energi yang semakin meningkat seiring perkembangan zaman melahirkan ide energi alternatif sebagai komplementer atau bahkan subsitusi dari energi fosil. Di dunia otomotif, ide ini sudah diaplikasikan cukup signifikan dengan banyaknya riset-riset terkait energi substitusi energi fosil pada kendaraan bermotor, dimana yang cukup populer adalah kendaraan bermotor bertenagakan listrik. Mobil listrik sendiri sudah dapat ditemui dan diperdagangkan di negara-
2
negara maju. Pada tahun 2020 diprediksi mobil listrik akan menjadi model transportasi utama dengan 3,8 juta unit baru digunakan setiap tahunnya [1]. Baterai memegang peranan penting dalam pengoperasian mobil listrik. Sebagai sumber energi utama dalam pengoperasiannya, baterai dituntut memiliki kinerja yang paling tidak sama baiknya dengan bahan bakar fosil. Hal ini menuntut pengembangan yang signifikan dalam teknologi baterai, terutama di sisi distribusi energi dan daya tahan baterai dalam jangka waktu tertentu. Battery management system (BMS) adalah sistem yang digunakan untuk memanajemen penggunaan baterai sehingga mampu memberikan keluaran dan masukan energi yang sesuai kebutuhan, meningkatkan level kesehatan baterai, serta mampu memonitor kondisi terkini baterai sebagai informasi bagi pengguna mobil listrik. BMS menjadi salah satu solusi untuk meningkatkan kualitas baterai sebagai sumber energi primer pada mobil listrik [2]. BMS sendiri memiliki banyak komponen penyusun, salah satunya cell balancing. Cell balancing merupakan metode untuk memperpanjang jangka penggunaan baterai dengan menyeimbangkan sel-sel penyusun baterai. Cell balancing sendiri umum digunakan pada berbagai bidang yang berhubungan dengan baterai, namun menjadi sangat penting dalam BMS mobil listrik dikarenakan penggunaan baterai pada mobil listrik yang dinamis dan menuntut fleksibilitas, yang mana akan menurunkan efisiensi dan jangka penggunaan baterai sendiri [3][4].
3
Topologi yang digunakan dalam Cell balancing dapat dibagi menjadi 2 jenis, active cell balancing dan passive cell balancing, dimana perbedaannya terletak pada penggunaan energi disipasi baterai. Shunting resistor adalah bagian dari passive cell balancing. Shunting Resistor merupakan metode penyeimbangan sel dengan mengeluarkan tegangan berlebih pada sel dalam bentuk panas sehingga nilai tegangan antar sel seimbang. Metode ini umum digunakan karena sederhana dalam aplikasinya serta lebih ekonomis dibanding metode lainnya [4][5]. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang dipaparkan sebelumnya, pada penelitian ini dirumuskan masalah bahwa dalam mengatasi pengaruh ketidakseimbangan tegangan
pada
sel-sel
baterai
dibutuhkan
instrumen
untuk
melakukan
penyeimbangan tegangan. Perancangan instrumen ini disesuaikan dengan modul baterai yang akan digunakan. Alat yang akan dibuat adalah penyeimbang tegangan dengan metode shunt resistor pada tiga sel baterai yang tersusun secara seri. Setiap sel memiliki tegangan maksimal 4.2 V. Alat ini akan mampu mengotrol penyeimbangan secara otomatis dengan bantuan perangkat lunak (Matlab 2013) dan perangkat keras (Arduino). Masukan tegangan baterai akan dikonversi oleh Arduino, sehingga nilai tegangan masukan dibatasi maksimal 3.3 V dengan bantuan rangkaian sensor. Tegangan akan dibuang melalui panas pada resistor pembuang. Resistor yang digunakan merupakan resistor yang umum ditemukan di pasaran.
4
Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut. 1.
Rangkaian BMS penggunaannya masih terbatas pada eksperimen di laboratorium.
2.
Baterai yang digunakan adalah baterai Lithium-Polimer tiga sel bermerk Turnigy yang masing-masing memiliki tegangan maksimal 4.2 V berkapasitas 2200 mAh, yang dirangkai seri, dengan tiga keluaran.
3.
Nilai tegangan sel baterai yang digunakan dalam penelitian dibatasi berada dalam nilai SOC.
4.
Pengukuran tidak memperhitungkan efek self-discharge dan menurunnya state of health baterai.
5.
Alat yang digunakan dalam penelitian ini dirancang dengan topologi shunt resistor.
Tujuan Penelitian Setelah pertimbangan yang dipaparkan sebelumnya, fokus utama dari penelitian ini adalah pada perancangan alat. Dari hasil penelitian, maka tujuan penelitian ini adalah membuat alat penyeimbang tegangan otomatis pada baterai berisi tiga sel dengan susunan rangkaian seri. Sistematika Penelitian Laporan akhir ini akan dipaparkan dalam lima bab. Bab pertama adalah bab pendahuluan. Bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, rumusan masalah
5
sebagai dasar penelitian, batasan masalah yang akan diterapkan, tujuan penelitian dan sistematika penelitian. Bab kedua adalah landasan teori. Bab ini berisi teori dan penjelasan mengenai topologi yang menjadi dasar bagi perancangan alat. Isi dari bab ini adalah penjelasan mengenai baterai, battery management system, cell balancing, dan topologi shunt resistor. Bab ketiga adalah perancangan sistem. Dalam bab ini dibahas mengenai perancangan alat serta implementasinya ke dalam perangkat keras. Bab ini berisi tentang jenis penelitian, alat dan bahan yang digunakan, desain perangkat, parameter yang diukur dan alur penelitian. Desain perangkat sendiri terdiri dari beberapa bagian, desain skematik, desain board, desain program dan desain spesifikasi alat. Bab keempat merupakan analisa dari performa implementasi desain dalam bentuk perangkat keras, dalam hal ini adalah alat penyeimbang tegangan. Bab ini akan berisi data pengujian meliputi pengujian rangkaian sensor, pengujian rangkaian shunt, pengujian keluaran dengan variasi resistor pembuang, serta pengujian penyeimbang tegangan pada tiga sel baterai terangkai seri. Data akan disajikan dalam grafik dan tabel. Bab kelima berisi kesimpulan penulis terhadap pembahasan dan analisis dari bab sebelumnya. Selain kesimpulan, bab ini juga ditambahkan saran penulis untuk pengembangan purwarupa alat. Bab ini merupakan akhir dari laporan akhir ini.
