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