ISSN : lSrS-&4"15
-FentrKFRF
K*kre*Fsgi
TTrcffffi,S Vol. 2 No.l Agustus 2009
Ls
%t
"a.a ,:::&
*!, neffi*' #'"1. t B'
TEKNOLOGI TECHNOSCIENTIA 1 Agustus 2009
IS.SN: 1979-U75
DAFTAR ISI 001
- 012
013
- 020
o21
-
029
030
-
041
Arus Peralihan Rangkaian Seri R-L dengan Tegangan Berbasis Matlab
442
- M9
Tugas-Tugas Software- Defi n ed Radio (SDR)
050
-
060
061
-
069
070
-
077
078
- 087
088
-
098
099
-
106
107
-
116
117
- 126
Algoritma Berbasis Ant Colony Optimization untuk Web Bambang Riyanto 7., Rila Mandala, Rajesri Govindanju Efektivitas Penyajian Search Resu/t dari Sistem Temu Menggunakan Clustering Dokumen
Kapasitas Baterai Pada Kendaraan Listrik Dengan Metoda SriKaloka :uan Panas Normalising pada Pengelasan Argon
Mekanik Hasil Lasan Baja Karbon Rendah
r
pada Sambungan Plat Pembentuk SodiMobil Arbintarso
l:r.'tr -€,ri
endalian Kualitas dan Efektivitas Dengan lntegrasi Konsep & Effect Analysis dan Fault Tree Analysis serta Overall Effectlyeness
Pentanahan Sebagai Upaya Untuk Antisipasi Di Daerah Perbukitan Wilayah Bantul Su
yanto; Sri Mulyaningsih
Ujian diSekolah Terhadap Hasil Ujian Nasionatdi Limboto Kabupaten Gorontalo
Temper terhadap Sifat Mekanik dan Ketahanan Fe-1,52a1-1,44c
Kompleks dalam Kaolin ra dengan Metode Kalsinasidan Elutriasi Sut$an, Akhmad Bening W, Segar Budihafto Laminated Coco Matdan Chopped Strand Mat Material Komposit
15
}URNAL TEKNOLOGI TECHNtrCIENTIA Vol.2 No.1 Agustus 2009
ISSN:1979-8415
PERAMALAN KAPASITAS BATERAI PADA KENDARAAN LISTRIK DENGAN METODA GOULOflETRI
ngF
bn,
lBambang lJurusan
Sri lGlnko
Teknik Elektro, Universitm Jember
Masuk: 16 April2009 2009, revisimasuk: 21 Juli2009, diterima: 25 Juli2009 ABSTRACT This afticle proposes a new rculometric approach to calculate the state of charge
of a lead acid baftery in electric vehicles. The main existring sfafe of charge algo-rithms have two maior defecfs; a sfafe of charge definition not adapted to electric vehiele applications and the nanoptimal use of statrb pertarmance of the accumulator to estimate its state under dynamic sfresses. ln order to imprcve these two weaknesses, we propose a new coulanetic algorithm linked to the performance of the electric vehicle and where the ampere haurs virtually discharged arc obtained by applying sfafisfica/ equivalence coefricients to the real cunent profile. The evaluation of this new algorithm on real discharges reveals a significant improvement with less fhan 5%o errors in all cases studied. Keywords: state of charge, coulometry, etectic vehicle INTISARI Artikel ini memperkenalkan suatu pendekatan coulometri untuk menghitung kapasitas muatan suatu baterai asam {Pb), digunakan kendaraan listrik. Algoritma yang sudah ada dalam penentuan kapasitas muatan suatu baterai memiliki dua kekurangan, yaitu pertama tidak adaptif untuk digunakan pada kendaraan listrik dan kedua tida( optiinal bjla digunakan dengan beban yang dinamis. Untuk memperbaiki dua kekurangan iersebut maka metode coulometridigunakan untuk menentukan kapasitras baterai/Ah dengan menerapkan persamaan statistik. Evaluasi terhadap algoritma baru ini memberikan perbaikan dengan tingkat ke-salahan tidak kurang dari So/o.
Kata kunci: kapasitas muatan, coulornetri, kendaraan listrik PENDAHULUAN Kendaraan listrik membutuh-kan suatu energi listrik yang memilikidimensi tidak besar, dapat dipindah tempat, dapat diisi ulang dan dapat didaur ulang. Berbagai jenis -sumber energi listrik ini di-
digunakan untuk kendaraan listrik harus memiliki karakteristik listrik dan karak-
teristik kerja. Karakteristik listrik meliputi kapasitas baterai, arus baterai/laju discharge, pengisiao. sfafe of eharge, pemakaian baterai ini, efisiensi, daya dan energi suatu baterai (Dhameja, 2A04. Penelitian tentang kendaraan listrik diperlukan seir,ing dengan tingginya harga minyak dunia, isu pemanasan global dan pencemaran udara. Disamping itu diperlukan juga pengaturan energi untuk menjalankan kendaradn listrik. Model matematis bate.fai as.ar-n pb telah dibangun untuk menentukan rugi internal baterai, kapasitas baterai/Ah dan tegangan. Model rnenggunakan komponen nonlinier dengan menggunakan bahasa p€mrograman 8ASIC. Model ini cukup akurat me-
kembangkan untuk menjalankan kendaraan listrik, tetapi namun baterai masih sangat populer untuk kendaraan jenis ini. Baterai yang digunakan untuk kendaraan listrik harus memiliki daya tinggi, energi besar, kapasitas muatan ini 6'Jsar, m6miliki masa pakaiyang panjang, memiliki masa kerja yang panjang dan dapat didaurulang serta harga yang tidak terEtu tinggi. Sampaisaat ini bateraiyang digunakan untuk kendaraan listrik memiliki usia kerja yang pendek dan harganya masih tinggi (Husein, 2003). Baterai yang
@
21
IURNAL TEKNOLOGi TECHNOsCIENTIA YoL.2No.1 Agustus 2009
nentukan performa baterai untuk kondisi temperatur yang bervariasi, arus pengisianlcharge dan arus pemakaian bervlriasi (Salameh, et at, 1992). Kelemahan dari model ini adalah suatu konsentrasi elektrolit dianggap konstan sehingga belum bisa menggambarkan bateraiiecara
Elektrolit, yaitu larutan kimia yang berfungsi untuk menghantarkan ion antara elektrode positif dan negatif, Separatorlpemisah berfungsi untuk mengisolasi secara elektrik elektrode positif dan negatif.
Dalam beberapa desain baterai
utuh.
jarak fisik antar elektrode memberikan
Metode Coulometry merupakan
isolasi elektrik, sehingga tidak diperlukan pemisah. Ketika set baterai disisipkan dalam rangkaian yang lengkap maka muatan elektron mengalir di sekitar rangkaian. Muatan elektron yang mengalir dalam rangkaian eksternal ini menimbulkan arus listrik. Sedang dalam sel muatan mengalir dalam bentuk ion dad satu elektrode ke elektrode lainnya. Elektrode po-
suatu cara untuk menentukan jumlah muatan yang ada pada baterai. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan pengisian baterai ini yang digunakan pada
mobil listrik (Caumont, et al, 2000; Bagotsky, 2006). Metode coulometry me-
mungkinkan untuk menentukan kapasitras baterai/Ah berdasarkan konsentrasi elektrolit yang ada pada baterai. Metode ini
i I
i*
ISSN:1W9-8415
memiliki kelebihan yaitu dapat menen_ tukan pengisian baterai pada mobillistrik dan juga dapat mengestimasi kapasitas muatan baterai bila diberi beban dina_ mis. Algoritma ini memiliki kesalahan ti_ dak kurang dan 5o/o terhadap nilai aktual. Nilai energi, efisiensi dan pengi_ sian bateraisangat penting untuk kendl_ raan listrik. Suatu pendekatan model re_ aksi elektrokimia digunakan untuk me_ 1entuk"l besarnya pengisian baterai pa_ da kendaraan listrik. Metode ini mengu_ kur pengisian baterai berdasarkan rea'i<si elektrode, rugi-rugi internal dan konsen_ , trasi elektrolit dalam baterai (ying, et al, 2008). Pemodelan matematis ini-baterai berdasarkan proses fisika kimia pada elektrode dan elektrolit telah dibangun (Ledovskikh, et at, 2003). Modet meisi_ mulasikan besarnya tegangan, tekanan gas dan temperatur baterai selama be_ kerja. Model didasarkan pada pengaruh termodinamika, kinetika dan proses difusi dalam baterai.. Bateraiterdiri dari satu atau lebih selelektrokimia. Sel elektrokimia ini sua_ tu bentuk baterai dengan terhubung se_ cara seri atiau paralel sesuai Oengan ke_ bu-tuhan. Satu sel baterai berisiempat komponen dasar ditunjukkan pada Gam_ bar 1 yaitu: r Elektrode positif yang menerima elektron dari rangkaian eksternal ketiklf sel baterai melepas energi listrik, . Elektrode negatif yang memberikan elektron ke rangkaian ekstemal ketika sel baterai melepas energi listrik.
22
sitif menerima elektron dari'rangkaian eksternal ini saat melepas energi-listrik. Elektron-elektron ini selanjutnya bereaksi dengan bahan aktif elektrode positif dise_ but sebagai reaksi reduksi. Reaksi dilan_ jutkan aliran muatan menuju elektrode negatif metalui larutan elektrolit. pada elektrode negatif terjadi reaksi oksidasi antara bahan aktif elektrode negatif de_ ngan muatian yang mengalir melalui laru_ tan elektrolit,. mengakibatkan terjadinya kelebihan.elektron yang selanjutnya akin diberikan ke rangkaian ekstemal.
t&r po.il |nffi rnH
hh
ddhr
Gambar 1. Seltunggal bateiai elektrokimia. Pedu untuk diingat bahwa dalam sisfiern brtrh.rp masing-mssinq elektron yang d*Esilkan dalam reaksi dfsidasi Oi *ldoda regdif ini akan diikuti denoan konsun* eldcton disisi elektrode oo'"itif mebftf rd<si reduksi. proses akan ber_
bnfit pada bahan aktif sampai reaksi rrgfad hmbal sehingga baierai tidak
rnarnpu bgi menyediakan etektron.
,{415
IURNAL TEKNOLOGI TECHNOSCIENTIA Vol.2 No.1 Agustus 2009
ng bern anta-
Baterai asam Pb banyak digunakan sebagai media penyimpan energi elektrokimia. Banyak penelitian tentang bateraijenis ini, namun pokok permasa-
untuk
*bode baterai berikan
rrlukan isipkan
ka muangkadir da-
bulkan muatan
I
elekxie poBkaian i listrik.
reaksi ffidisei dilan-
lahan yang ada pada baterai ini masih belum terjawab. Hal iniyang menjadipermasalahan dalam pabrikasi baterai jenis ini karena sulitnya memahami kondisi spesifrk yang ada. Baterai jenis ini telah digunakan sejak tama, namun permasalahan mendasar yang menjadi landasan dalam menentukan performa baterai belum terpecahkan. Performa baterai akan diketahui dengan baik jika dioperasikan dalam kondisi statis (arus dan temperature konstan), padahal penggunaan baterai untuk kendaraan listrik membutuhkan kondisi yang bervariasi (Caumont,
utamanya {Larminie, 2003). Namun baterai pada mobil listrik memiliki kelemahan
yaitu kapasitas muatan (Ah) yang terbatas sehingga perlu dilakukan pengisian kembali. Baterai juga mempunyai masa pakai yang terbatas ketika dilakukan pengisian yang berulang-ulang atau jika
ladinya a akan
Penelitian tentang penggunaan ba-terai pada kendaraan listrik telah banyak dilakukan. Baterai dimodelkan menjadi dua rangkaian listrik yang berbeda, satu rangkaian merepresentasikan kapasitas baterai dan rangkaian yang lain merepresentasikan karakteristik transien dan tahanan internal baterai seperti pada Gambar 2 (Knauff, Singh et al, 2007). Hasil simulasi model fesbed baterai terhadap data eksperimen mempunyai tingkat kesalahan sebesar 0,19yo. Model ini cukup bagus untuk memodelkan suatu baterai, namun tidak adaptif terhadap perubahan suhu/temperatur dan konsentrasi elektrolit.
vs6 \
Mobil listrik umumnya menggunakan baterai sebagai sumber energi
Pada
!ilaru-
kur impedansi baterai (Nugues, 1996 dan Smimite, 1997).
et al, 2000).
*trode ksidasi fif de-
ISSN:1979-84Ls
diberi beban dinamis yang bervariasi.
l$
n,
cq,
Gambar 2. Model Rangkaian Baterai (Singh et al, 2007).
Perlu dilakukan pengaturan pembebanan agar baterai tidak bekerja keras. Untuk menerapkan baterai pada kendaraan listrik, perlu diketahui bagaimana karakteristik baterai yang akan dipaftai. Ada dua karakteristik utama baterai yaitu karakteristik listrik dan karak-
Model baterai juga dikembangkan dari persamaan Butler-Volmer dengan mengukur terminal output baterai. Model ini cocok untuk mengestimasi tegangan dan arus bateral, tetapi memFtit(f kelemahan karena baterai harus dalam kondisi terisi antara 60% - 80%(Yun, et
!s
bristik kerja. Karakteristik listrik
al, 2004).
th
sitas baterai (Ah), besarnya daya dan energi suatu baterai. Karakteristik kerja
rrol Ftr TIft, d&il
ri
dalam
bktron itasi di bngan rpositif rn berreaksi
: sJ-r-
baterai
meliputi tegangan sumber baterai, kapa-
baErai untuk menentukan lama pemakaian baterai. Untuk menganalisis permas46"n tersebut perlu digunakan suatu pendekatan. Pendekatan ini diperlukan lntrk mendapatkan data-data tentang rerai yang akan digunakan untuk kendaraan listrik. Pendekatan yang dipakai dalah pendekatan model dan pendelatan eksperimen. Pemodelan dital(frkan Gqan membuat model ini persamaan rangkaian listrik dan analisis model. Sedagkan eksperimen dilakukan dengan n-ngukur kerapatan larutan elektrolit, nnngukur tegangan baterai dan mengu-
Simulator untuk menentukan optimasi pengisian muatan baterai dibuat dengan menggunakan metode Euler dan Peukerts maka dapat ditentukan besarnya tegangan dan arus baterai (Lee, et al, 2001). Baterai dibagi dalam dua mode yaitu mode pengisian muatan dan mode pemakaian energi. Sedangkan cara menentukan pengi-sian muatan baterai dan lama pemakaian baterai telah dibangun dengan menggunakan metode logika fuzzy (Wang dan Singh, ,2001). Model ini
cukup efektif untuk baterai asam yang memiliki kerugian kapasitas baterai karena pengaruh temperatur yang rendah, rugi intemal yang tinggi, berkurangnya jumlah elektrode dan pembentukan sulfasi **1a
alaLllcar{a
l,^*
aLa:
l-:-i^
JURNAL TEKNOLOGI TECHNOSCIENTIA VoL2 No.1 Agustus 2009
ngan larutan asarn sulfat. Sedangkan im-
ISSN:1979-8415
kapasitor internal, Vo: tegangan ter-
plementasi logika fuzzy untuk menentukan pengisian muatan bateraidan lama pemakaian baterai juga telah dilakukan (Singh dan Reisner, 2001). Pengembangkan logika fuzzy dengan metode coulometi untuk menentukan pengisian muatan baterai juga telah dikembangkan (Gaddam, et al, 2000). lnput yang diukur dalam eksperimen, adalah temperatur dan arus pemakaian. Outputnya adalah efisiensi pemakaian. Estimasi pengisian muatan baterai untuk Scooters listrik dengan metode fuzzy neural netwark telah dikembangkan. Estimasi ini digunakan untuk menentukan jumlah energi yang dibutuhkan oleh scooters. Kelemahan metode ini adalah belum adaptif untuk temperatur yang bervariasi (Lee, Shiah dan Wang, 2OO7r. Penelitian lain tentang estimasi pengisian muatan baterai pada baterai asam Pb dengan met&e coulomefn dan radial basls funcfion. Model ini lebih adaptif terhadap perubahan temperatur pada baterai {Sauradip, et al, 2001). Model matematis untuk melakukan estimasi pengisian muatan pada baterai telah juga dikembangkan (Chiasson, et al, 2005). Persamaan matematis dikembangkan dari model Thevenin baterai, untuk mendapatkan respon dinamis inisepertiGambar 3.
minal).
C
,
Yo
ano(
iilu
Hil
frJ*
V_V poc
btl (2)
Rb
Model pemakaian baterai asam Pb dengan membagi beban secara bertingkat telah dibangun oleh lgor papic, 2006. Model disimulasikan ini dengan menggunakan teknik besaran arus discharge konstan. Kelebihan energi listrik disimpan kedalam baterai ketika beban rendah, dan mengembalikan energi tersebut ke beban apabila kebutuhan beban sangat tinggi. Metode ini dikenal dengan nama battery energy sforage system (BESS). Modet ini dapat digunakan untuk meramal daya yang diperlukan oleh beban, tetapi memiliki kekurangan yaitu tidak dapat digunakan untuk kondisi temperatur yang bervariasi. Prinsip kerja baterai berdasarkan reaksi redoks, yang terdiri darireaksi oksidasi dan reduksi. Reaksi oksidasi adalah reaksi yang melibatkan pelepasan elektron oleh suatu zat, sedangkan reaksi reduksi adalah reaksi yang metibatkan pengikatan elektron oleh suatu zat. Atom timbal pada anoda ketika di-reaksikan pada larutan asam sulfat H2SO4 akan melepaskan elektronnva (e') dan menimbulkan ion timbal (p02.). nel aksioksida-si pada sisi anode adaljh : P&(s) + sO!- (aq) --> pbSOo +2e... (3) Elektron (ef bermuatan negatip dan ion timbal (Pb') brmuatan positip. pada kondisi standar (2SoC, 1 atm), potensial di anoda dengan reaksi seperti persa_ maan {3) adalah {,31 volt.,pada katode terjadi pangikatan elektron oleh ion pba* menjadibn Pb'*. Reaksi dengan larutan asam sulfat HSOr sebagaiberikut: PbO, +1H- -5O.2- + 2e --+ PbSOn +2HrO.. (4)
tegangan open circuit, Vc: tegangan
Ens
bur\ Hr-
.y>v {1}
dan
Persamaan dinamis dari model baterai tahap charging dan discharging adalah dengan: (R": tahanan charging, Rs: tahanan discharging, 16: Arus baterai, C: kapa-sitas polarisasi baterai, Vo-.
diha
P&
I
ff=u,fi.n-#-,,i
Gambar 3. Model dinamis baterai (Chiasson, et al, 200i).
Vol
sep(
| *, | .d'r=-u -, : dt --'o RoC-'* &C-to
It=
ILry
,nqP
rda Ed
&*E rrtde
ft2* sirn dan
r
bgf Ed ki* Pb+
F+
seE be{b
ry(
(*d
H lrr
ilIrEtll
s.rE suffi perd
#t
suil 24
t15
ter-
{1)
(2)
sam
JURNAL TEKNOLOGI TECHNOSCIENTIA VoL 2 No.1 Agustus 2009
Potensial reduksi standar yang dihasilkan pada katode dengan reaksi seperti persamaan (4) adalah 1,7 volt. Potensial sel (E"q) merupakan beda potensial yang terjadi antara katode dan anode. Apabila anode dan katode dihubungkan dengan sebuah penghantar lisFik, maka akan mengalir elektron (el dari anode ke katode, sehingga mengalir arus listrik dari katode ke anode. Oleh karena itu kutub positif terjadi pada katode dan kutub negatif terjadi pada anode. Besarnya beda poten-sial untuk satu sel bateraiasam Pb adalah: E""t =
ber-
E*,*o-
Ws=66=-€.F.Es61
C/mol), E*1 = tegangan sel ideal (V), Perubahan
energi bebas Gibbs diberikan oleh persamaan:
AG=AH-TAS
2,91 volt
disbtrik :ban ter-
berlangsung dalam kondisi setimbang.
Jika T.AS positil proses elektrokimia memerlukan energi, ditandai dengan suasana lingkungan yang dingin. T.AS berharga negatil bila proses elektrokimia membebaskan energi, ditandai suasana lingkungan yang panas. Persamaan kesetimbangan tegangan sel Es(V) adalah:
be-
I desysakan ukan
Gambar 4. Prinsip kerja baterai asam Pb (Husein, 2003).
ngan
Elektron (a) yang mengalir ke katode melalui penghantar akan membentuk ion Pb", ion ini bereaksi dengan larutan a-
ndisi asar-
:aksi *dasi
asan reak-
rtkan
bo
sam sulfat membentuk molekul pbSO4 dan membentuk air (HzO).
. Ren:
. (3) n ion Pada
nsial ersa-
*ode Pb4*
rutan
..(4)
Pb + PbO, + 2H ,SO n -+ 2pbSO
B#rai
n
+ ZH
,O
AG
n.f
jumlah muatan elektron yang 99ng?n n: dihasilkan; F: konstanta Faraday, sami dengan 96485 As/equiv.; n.F berarti jumlah muatan tistrik hasil reaksi elektrokimial . F=26, 802lhlequiv;2. F=53,604 Ah./eq,uiv); n.F.U0 e-nirgi tistrik yang timbul (kJ). Modet Shepherd merupikan model baterai yang paling sering digunakan untuk menganalisa baterii, menguraikan tentang perilaku elektrokimia baterai. Model ini digunakan bersama dengan persamaan peukert untuk mendapatkan tegangan baterai dan pengisian muatan baterai:
Prinsip dasar baterai adalah sebuah reaksi kimia antara elektrode negatif dan elektroda positif dengan suatu brutan elektrolit:
etika sulfat a (el
{7)
AH = perubahan enthalpy (Jlmol), lS = perubahan entropy (-163,25 J/mol K), T = temperatur (K). Besar AH pada operasi standar dengan temperatur 25oC dan tekanan 1 atm dengan hasil reaksi berupa air adalah -285,8 kJ/mol. Perbedaan antara AH dan AG menghasilkan T.AS, yaitu pengaruh panas timbal balik. Perbedaan tersebut merepresentasikan panas yang muncul disekeliling ketika proses berlangsung timbal balik, yang berarti keadaan
tg
rgan
(6)
F = konstanta Faraday (96485
E*oao
= 1,7-(-0,31) =
apc,
ISSN:1979-8415
(5)
akan memberikan energi lis-trik
sekna kedua elektrode masih memiliki
beda potensiat. Setelah kedua elektrode lagi memiliki beda potensial maka dr&kan baterai tersebut kosong atau ffak bermuatan. Untuk itu perlu dilakuFr proses pengisian baterai dengan nnrnberikan arus listrik agar berlangs,ng reaksi redoks kembali. Usaha listrik maksimum (Wd rrdr baterai yang beroperasi pada temperdlr dan tekanan konstan diberikan Gr perubahan energi bebas Gib'bs dari s.du reaksi kimia, yaitu:
ffi
Y, (e)
=Eo-R,I
&
dengan V1 tegangan terminal baterai (volt), Ee tegangan rangkaian terbuka ketika baterai diisi penuh (vott), ft ham-
25
ISSN:1979-8415
TEKNOLOGI TECHNOSCIENTIA No. 1 Agustus 2009 Vol.2 'URNAL
batan internal baterai (ohm), K hambatan polarisasi(ohm), I arus sesaat (ampere).
f = IJ_na,
(10)
dengan f adalah ampere jam yang terkumpul dibagi dengan kapasitas baterai penuh (Qo).
Rugi tegangan Polarisasi adalah rugi-rugi yang diakibatkan oleh reaksi kimia yang terjadi pada elektrode. Besar rugi tegangan polarisasi dapat dicari dari persamaan (9) dan persamaan {10) berikut:
o
V-=K '
Q
-it
{1 1)
dimana: K konstanta polarisasi, Q: kapasitas baterai (Ah), i: arus beban (A), t lama wak-
tu pengisian (detik).
Dengan memasukkan Persama-
an (10) dan (11) ke dalam persamaan (9) dan dengan memasukkan tegangan iatuh pada saat baterai bekeria maka rnenghasilkan persamaan tegangan keluaran (Vo'J per-selnya sebagai berikut: V, = Env-
'
y
-9Q-it
+ Ae-\u
- t&, .,
(12)
dengan A dan B adalah suatu konstanta.
Model tegangan keluaran berbe-
ban dalam bentuk blok diagram dibuat berdasarkan persamaan (12), seperti pada Gambar 5. Model ini diperlukan untuk
mengetahui tegangan keluaran baterai terhadap perubahan arus beban.
Gambar 5. Model baterai pada kendaraan listrik.
re bderai pada gambar ssi#ran perbrma baterai ketila btd seeng dibi muatan dan E Erd sedang memberikan 5
m"Attsnergi ke beban. Dari kedua fes fu nde model dibuat menjadi dra mode yaitu mode kapasitas batritSilafe of Charge dan mode be-
srrya
muatan yang dilepaskan/Sfae.ddllsr*large. Stafe of Charge adalah besamya kapasitas baterai pada suatu uaktu t tertentu. Arus yang mengqlir merupckan perubahan muatan per satuan waktu.
dSoC, g
* fr
t
il
:
-dq """""""
SoCr(t) = Qr
t14}
o
Sfafe of discharye adalah besamya muatan yang telah dikeluarkan dari baterai pada, waktu tertentu. Persamaan matematis sfate of discharge diperoleh dari kappasitas maksimum baterai dikurangi dengan kapasitas baterai pada waktu tertentu. I
SoDr(t)- Lq =
ltglar
0
SaDr(t)=Qr-SoCr(t) PEMBAHASAN
(13)
- p{r)ar...........
(15)
9-8415
IURNAL TEKNOLOGI TECHNOSCIENTIA Vo1.2 No.1 Agustus 2009
Simulasi model ini telah dila-
:fsamataan (9) an jatuh I mengeluaran
ISSN: 1979-U15
sar tegangan keluaran baterai men-jadi
kukan menggunakan data (Kiehne,
2003), Hasil simutasi dengan
Va"to*=n.V
menggunakan Si-mulink dijelaskan pada Gambar 6.
Tegangan
(71 B*trd Tegangan cut
1t
Eq&tumCdB&tyv@
/
12
.. {12)
'tB
t
22
I
t tr
stanta. r berber dibuat
nrti pan untuk baterai
:
5 6 a
l: !tr
t
I
1
2
lm
g
iv
-2
r! IT
atro tdC.urtltdmfdtt
Gambar 7. Tegangan bateraivs waktu ketika bateraibekerja
Gambar 6. Tegangan sel baterai vs konsentrasi larutan.
Model diatas diperoteh dari enam buah sel elektrokimia jenis pb yang tersusun
Hasil simulasi program MATLAB/SIMULINK terhadap tegangan satu sel baterai asam H2SOa berkisar antiara nilai 1,7 volt sampai 2,1 volt dengan konsentrasi larutan sebesar 1wt7o(1gtcm) - sowt% (1,4glcm3). Li_ nearisasi tegangan sel baterai secara praktis ditentukan menurut persamaan(16) (Kiehne, 2003):
secara seri.
Trga,lgm Blt nl SractEElng 1t t2
ito ;8 D^ .8r
V sel=konsentrasi larutan+0,g4 ..(1 6)
2
0
"'i1+l }samya
baterai atemakappa-
lengan t.
..
(15)
Pendekatan linear pada konsentrasi tersebut memberikan nilai tegangan satu sel baterai asam pb sebesar 1,84vo-lt untuk konsentrasi larutan 1g/cm3 - 2,24volt untuk konsentrasi l9rutan 1,4glcm3. penyimpangan model Matlab/SIMULtNK terhadap model linear rata-rata sebesar 3,g3% (kurang dari 5%). Gambar 7 menjelaskan tegangan baterai asam pb ketika sedang bekerja dengan simulasi terhadap enam sel elektrode menghasilkan tegangan maksimum tZ volt dan teganq_an cut off 9,6 volt. Tegangan cut off adalah tegangan baterai-dimana baterai sudah tidak boleh lagi dibebani. Tegangan baterai sendiri tergantung dari banyaknya sel elekbokimia yang tersusun secara seri. Dengan n sel elektrokimia maka be-
Gambar 8. Tegangan bateraivs waktu ketika bateraidiisi.
'
Gambar I menjelaskan tentang tegangan baterai asam pb saat dilakukan pengisian muatan. Dari simulasi model te_ gangan baterai asam pb diperlukan waktu pengisian selama 10900 detik dengan arus pengisian 0,45 ampere untuk mendapatkan tegangan baterai sebesar 12 volt dan kapasitas 5 Ah.
Gambar g menjelaskan penouiian baterai asam pb 12 voli, 5 Ah denqa-n'be_ ban R,1,1 ohm, memberikan nilaitelangan baterai sebesar 12,S volt sampai iO ioft saat cuf off Waktu mencapai cut off adalah
769
27
detik.
IURNAL TEKNOLOGI TECHNOSqENTIA VoL2 No.1 Agustus 2009
Tqnrqm Ederd deqm b&m
R 1,1
Qtm
simulas
ul?
fto ao
t"
ir s. oa
eksperimen
F
1
0 1mmmffi5Inffi7gDfi]rl llrlt (ilxll
Gambar 9. Tegangan baterai vs waktu. KESIMPULAN
Kapasitas baterai ini sangat penting bagi kendaraan listrik. Nilai kapasitas ini dapat ditentukan dari besarnya muatan suatu baterai. Nilai kapasitas muatan dapat didekati dari dua perhitungan. Pertama dengan menentukan integrasi terhadap arus konstan yang digunakan untuk mengisi baterai sampai diperoleh suatu tegangan nominal baterai. Kedua dengan metoda coulometri yaitu penentuan kapasitas baterai berdasarkan jumlah muatan yang ada pada baterai. Hasil simulasi dengan MATLAB/Simulink terhadap data eksperimen memberikan nilai yang mendekati dengan kesalahan tidak lebih dariS%. DAFTAR PUSTAKA Caumont, O, Le Moigne, P, Romba-
ut Muneret, X., Lenain, P., Energy Gauge for Lead-Acid Batteries in Electric Vehkies, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol 15, No3. September2000, pp. 354-35O. Chiasson, J, Vairamohan, B. Esditt* ting the sfafe of dtarye d a battery, IEEE Trar#ierns on Control SysEnr Tecfin+ logy, Volume 13, b6n e 3. May 20O5, pp-4s.l170-
ffib Vefrlie Baftery SySerns, Natne,
Dhameja, S., 2002, E United Silaled
ISSN:
\979-U15
Gaddam, V. R, Wang, X.Q., Arey, S., Yang, Z.J. and Singh, P, Fuzzy Logic Based lnternal and External SOC Meters for Li/SO2 Cells, 2000, www. ece.villanova. edul-singh/PAPERyI E
SOCLi.pdf. Husain, 1., 2003, Electric and Hybid Vehicles Design Fundamentals, Pertama, CRC Press, United Stated. Kiehne, A, 2003, Battery Technology Handbook, Second Edition, Marcel Dekker, NY. Knauff, M., Mclaughlin, J., Dafis, C., Niebur, P., Singh, P., Kwatny, Nwankpa, C., Simulink Modelof a Lithiumlon Battery for the Hybrid Power Sysfem Testbed, 2007, www.power ece.drexel /StudentslKnauff pdf Kunzli, N., Public-Health lmpact of Outdoor and Traffic-Related Air Pollution: A European Assessrnent, The Lancet, Vol. 356, September 2000, pp. 795.
.
801.
Larminie, J, Lowry, J, 2003, Hectric Vehicle
Technology Explai-ned, John Wiley & Son, USA.
Lee, W, Sunwoo, M, Vehicle Electic Power Simulator for Optimizing the Electric
Charging Sysfem, lntemational Joof Automative Technology, Vol. 2, No.4,2001, pp. 157-1M. Lee,D.T., Shiah, S.J., Lee, C.M. and Wang, Y.C., Sfafe of Charge Estimation for Electric Scoofers by Using Learning Mec-hanlsms, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 56, No.2, March 20O7, pp.544-556. Lew, F., 2OQ4, Reducing OitCons-sumption in Transport: Combinning Three Approaches, Office of Energy Efficiency, Technology and R&D lnternation Energy Agency. Nugues, S., Mesure de fdtat de charge d'une batteie parcou lomAtrie corrigde par imp6dancem6tn'e, These de doctonat, Octobre 1996, lNpG. Papic, 1., Simulatian Model for Discharging a Lead Acid Baftery Energy Starage Sysfem for Load Levelingf',lEEE Transactions on Energy Conversion, Vol2'1, No. 2, JUNE 2006, pp.608€15. Patterson, P., 2OO2, Quantifying the Fuel Use and GHG Reduc-tion Potential of EVs and HEVs, Available April
urnal
28
9-8415
,, Yang, ryb BaMel. www.
&
PERYIE
W I
Ve-
Perta-
Ed.
y Hand-
nl
Dek-
;., NieillwankLithiumI Power
f-@wer
IURNAL TEKNOLOGI TECHNOSCIENTIA Vol.2 No. i Agustus 2009
26,
2002:http:ltvww.ott.doe. gov pdfs/evslT.odf Sauradip, M.S., Sinha, K., Muthukumar, K., Estimation of Stafe of Charye of Lead Acid Battery using Radial Easis Funcfibn, IECON'O1:The 27th Annual Conference of the IEEE lndustrial Electronics Society, 2001, pp.131-136. Singh, P., Reisner, D.E., Development of Fuzzy Logic Based
Lead,Acid Bdftery ManAg* ment Technigues with Applications to 42V Sysfems, www. ece.villanova. ed
Smimite, H., Etude du compottement et ge$ion d'une batterie au plomb d rcambinaison Aquipant un vehicule dledrique,Th6se de doctorat, No-
vember 1997, Universit6 de Montpellier-
Wang, X., Singh, P., Preliminary Deslgn of a Smaft &attery Controller for SLI Batteries, 2001, www.ece.vill.edu/ sinqhlPAPER/PD99CSL|. pdf. Yun, H.S., Lee, J.H., B.H. Cho, "Modeling of 36V Lead Acid Baftery for the 42V Automotive System Simulation", 2004,.www. fu?.rlx. snu.ac.kr/ Publication/ icpe 0407.pdf.
u/-sing h/P
APERYDfvl,T4Ar.pdf.
f .pdf
Outdoor
Wbn: A r
Lancet,
pp.795iVehicle in Wiley
I
Power
lAectric foral Jopnology, L164.
! Wang, *ion for
g Learilansaclgry, Vol.
i{4-556. vmption
1 Three Ey Effi-
p
tnter-
' charge
Vb
I
corTh€se
'INPG.
Vfiarying
py
SfoRtgf, lE-
;y
Con-
E 2006,
he
I9SN:1979-8415
Fuel
<ential Dle April
29
