PENGUKURAN PARAMETER INTERNAL SUPER KAPASITOR SEBAGAI PENGGANTI BATERAI TELEPON SELULAR BERDASARKAN KARAKTERISTIK PENGISIAN DAN PENGOSONGAN Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemaen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh Ricki Frans Sitorus 110402093
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Berbagai teknologi penyimpanan energi listrik sudah banyak dikembangkan untuk mendukung berbagai aplikasi. Baterai flywheels, fuel cells adalah contoh umum perangkat penyimpanan energi. Super kapasitor merupakan salah satu teknologi sebagai media penyimpanan energi, yang digunakan untuk mengganti baterai dengan menganalisa parameter internalnya. Dalam penelitian ini, parameter internal super kapasitor merupakan syarat agar karakteristik baterai dapat diamati. Untuk mendapatkan parameter internal baterai, maka dibuat pemodelan dalam bentuk simulasi berdasarkan karakteristik pengisian dan pengosongan. Hasil pengujian ini diperoleh bahwa pada pengukuran parameter internal baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah) dengan arus pengisian 2A dan arus pengosongan 2A, diketahui tahanan Ri1 sebesar 1.2359Ω, Rd sebesar 1.65Ω, dan Rl sebesar 0.2355 Ω serta besar kapasitansi Ci0 sebesar 72.8 F, Ci1 sebesar 586.95 F, Cd sebesar 583.61 F, danCl sebesar 403.6 F dan data parameter internal super kapasitor yang diamati, diambil dari perusahaan, bahwa data yang diperoleh dari super kapasitor 1500 F DLC dengan arus pengisian 2A dan arus pengosongan 2A, diketahui tahanan Ri1 sebesar 1.5 mΩ, Rd sebesar 0.4 Ω, dan Rl sebesar 3.2 Ω serta besar kapasitansi Ci0 sebesar 900 F, Ci1 sebesar 600 F, Cd sebesar 200 F, dan Cl sebesar 330 F.
Kata kunci : Baterai Telepon Selular, Super Kapasitor, Karakteristik Pengisian dan Pengosongan
i
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan kesanggupan dan kekuatan pada penulis untuk menyusun dan menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: “Pengukuran Parameter Internal Super Kapasitor Sebagai Pengganti Baterai Telepon Selular Berdasarkan Karakteristik Pengisian Dan Pengosongan” Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada orangtua tercinta yaitu Ayahanda Paris Sitorus beserta Ibunda Dorna Br. Sihombing, dan adik ku Monalisa Sitorus,Indah Sari Sitorus, dan Ardi Frederik Sitorus yang selalu menjai sumber semangat dan motivasi serta doa-doa yang memampukan penulis menyelesaikan masa studi dan menyusun Tugas Akhir ini. Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Ir. Arman Sani, M.T., sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan banyak waktu dan pikirannya untuk mengarahkan dan membimbing saya selama penyusunan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Suherman, S.T.M.Com, Ph.D, selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah memberikan banyak masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
ii
Universitas Sumatera Utara
3. Bapak Drs. Hasdari Helmi, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim,M.Si., selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU yang telah banyak memberikan bimbingan selama perkuliahan. 5. Bapak Soeharwinto, S.T., M.T., selaku dosen wali penulis yang telah banyak memberikan bimbingan selama kuliah. 6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pelajaran hidup yang berharga selama penulis menjalani masa perkuliahan. 7. Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU. 8. Kawan-kawan satu stambuk yang telah menemani penulis dari awal perkuliahan hingga penulis dapat menyelesaikan sarjananya, seperti Samgar Siahaan, Tony Putra Tobing, Guntur Sihotang, Irvan Hutajulu, Putra Hasiolan, Henry Situmorang, Yudha Simamora, Ari ginting, Albert Sitorus, Christo Surbakti, Emir Pahlevi, Winner Roedily, Andri Simamora, Andri Sihite, Sandro Panggabean, Yoshua Bangun, Canboy Doloksaribu. 9. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu. Saran dan kritik dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang terkait Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembacanya.
Medan, Agustus 2016 Penulis
Ricki Frans Sitorus
iii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman Abstrak …………………………………………………………………………
i
Kata Pengantar …………………………………………………………………
ii
Daftar Isi ………………………………………………………………………..
v
Bab 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang…………………………………………………………
1
1.2 Perumusan Masalah …………………………………………………..
2
1.3 Tujuan …………………………………………………………………
2
1.4 Batasan Masalah ………………………………………………………
2
1.5 Manfaat Tugas Akhir ………………………………………………….
3
1.6 Metode Penelitian ……………………………………………………..
3
1.7 Sistematika Penulisan …………………………………………………
4
Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Kapasitor ……………………………………………………………….
5
2.1.1
Kapasitansi……………………………………………………..
6
2.1.2
Energi Pada Kapasitor…………………………………………
6
2.1.3
Pengisian Dan Pengosongan Muatan Pada Kapasitor………...
7
2.1.4
Hubungan Seri Dan Paralel……………………………………
7
2.1.5
Tipe Kapasitor…………………………………………………
8
2.2 Super Kapasitor……………………………………………………….
11
2.3 Baterai ………………………………………………………………...
13
2.3.1 Jenis-Jenis Baterai………………………………………………
15
2.3.2 Kapasitas Baterai……………………………………………….
16
iv
Universitas Sumatera Utara
Bab 3. Metode Penelitian 3.1 Umum ……………………………………………………………….
18
3.2 Spesifikasi Perangkat Penelitian……………………………………
18
3.2.1 Perangkat Lunak………………………………………………
18
3.2.2 Perangkat Keras……………………………………………….
19
3.3 Alat Selama Pengujian………………………………………………
19
3.3.1 Super Kapasitor ………………………………………………
19
3.3.2 Baterai Telepon Selular ………………………………………
19
3.3.3 Sumber Arus…………………………………………………..
19
3.4 Rangkaian Ekuivalen………………………………………………
20
3.5Parameter Internal Yang Diamati…………………………………..
24
3.6 Matlab/Simulink……………………………………………………
25
3.7 Rankaian Simulasi………………………………………………….
27
3.8 Prosedur Penelitian………………………………………………....
29
3.9 Pelaksanaan Penelitian……………………………………………..
30
Bab 4. Hasil Simulasi dan Analisa 4.1 Umum………………………………………………………………
32
4.2 Pengukuran Parameter Internal Baterai…………………………….
32
4.3 Super Kapasitor Yang Digunakan…………………………………..
38
4.4 Perbandingan Parameter Internal Baterai Telepon Selular Lithium Ion (3.8 V, 2 Ah) Dengan Super Kapasitor Nesscap 1600 F
39
4.5 Perbandingan Grafik Pengisian Baterai Telepon Selular Lithium Ion (3.8V,2Ah) Dengan Super Kapasitor 1500 F DLC………………….
40
v
Universitas Sumatera Utara
Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan………………………………………………………….
43
5.2 Saran…………………………………………………………………
43
Daftar Pustaka……………………………………………………………….
44
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur kapasitor………………………………………………
5
Gambar 2.2 Rangkaian RC hubungan seri dicatu oleh tegangan dc………
7
Gambar 2.3 Kapasitor polar…………………………………………………
9
Gambar 2.4 Kapasitor non polar……………………………………………
10
Gambar 2.5 Kapasitor tidak tetap…………………………………………..
11
Gambar 2.6 Struktur super kapasitor………………………………………
12
Gambar 2.7 Struktur baterai……………………………………………….
14
Gambar 2.8 Berbagai jenis beterai primer…………………………………
15
Gambar 2.9 Berbagai jenis baterai sekunder……………………………....
16
Gambar 3.1 Rangkaian ekuivalen super kapasitor dan baterai telepon selular
20
Gambar 3.2 Tampilan awal Matlab………………………………………..
25
Gambar 3.3 Tampilan Simulink library browser………………………….
26
Gambar 3.4 Tampilan lembar kerja rangkain simulasi……………………
26
Gambar 3.5 Grafik yang menampilkan waktu dan tegangan……………..
27
Gambar 3.6 Rangkain simulasi pengisian baterai telepon selular………..
28
Gambar 3.7 Rangkaian simulasi pengosongan baterai telepon selular…..
28
Gambar 3.8 Diagram alir penelitian………………………………………
29
Gambar 4.1 Rangkaian ekuivalen baterai dan super kapasitor…………..
31
Gambar 4.2 Block parameter battery……………………………………...
32
Gambar 4.3 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 9 detik……..
33
Gambar 4.4 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 27.2 s………
33
Gambar 4.5 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 2500 s……..
34
vii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 9 s…………
35
Gambar 4.7 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 3370 s……
36
Gambar 4.8 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 3472.8……
37
Gambar 4.9 Simulasi rangkaian ekuivalen baterai telepon selular dengan super kapasitor………………………………………………………...
41
Gambar 4.10 Grafik pengisian super kapasitor selama 10 s………………….
42
Gambar 4.11 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 10 s…………..
42
Gambar 4.12 Grafik pengisian super kapasitor selama 600 s………………...
43
Gambar 4.13 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 600 s…………
43
Gambar 4.14 Grafik pengisian super kapasitor selama 1800 s………………
44
Gambar 4.15 Grafik pengisian baterai telepon selular selama 1800 s……….
44
Gambar 4.16 Rangkaian simulasi rangkaian ekuivalen baterai telepon selular dengan super kapasitor………………………………………………………
45
Gambar 4.17 Grafik pengosngan super kapasitor selama 1800 s pada cabang pertama……………………………………………………………... 46 Gambar 4.18 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 1800 s pada cabang pertama………………………………….
46
Gambar 4.19 Grafik pengosongan super kapasitor selama 1800 s pada cabang kedua…………………………………….
47
Gambar 4.20 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 1800 s pada cabang kedua…………………………………….
48
viii
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.21 Grafik pengosongan super kapasitor selama 1800 s pada cabang ketiga……………………………………..
48
Gambar 4.22 Grafik pengosongan baterai telepon selular selama 1800 s pada cabang ketiga……………………………………...
49
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Parameter internal telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah)………
39
Tabel 4.2 Parameter internal super kapasitor 1500 F DLC…………………
39
Tabel 4.3 Parameter internal baterai telepon selular lithium ion (3.8V,2Ah) dengan super kapasitor 1500 F DLC……………….
40
.
x
Universitas Sumatera Utara
