RANCANG BANGUN ALAT PEMANTAU DAN PEREKAM ENERGI PELEPASAN MUATAN BATERAI DENGAN MIKROKONTROLER ATMEGA32A

RANCANG BANGUN ALAT PEMANTAU DAN PEREKAM ENERGI PELEPASAN MUATAN BATERAI DENGAN MIKROKONTROLER ATMEGA32A

Wahyuadi Tri Ananto, Iwa Garniwa M. K. Department Teknik Elektro, Universitas Indonesia [email protected], [email protected]

Abstract This paper discusses the design of battery discharge monitoring and recording device using microcontroller that calculates the battery state-of-charge (SOC) and compare to SOC estimation using predicted open-circuit voltage method. The system board design consists of voltage divider circuit, minimum circuit for microcontroller, voltage regulator LM7805, and microcontroller ATmega32A. The coulomb counting method that used in microcontroller calculation remains error in estimating the battery SOC. Moreover the predicted open-circuit voltage overcomes error little more than coulomb counting. Predicted open terminal is used to correct the coulomb counting readings without including the correction factor in the calculation of practical testing. The validation has been conducted by the measurement, where it agrees with the simulation result, in particular for the parameter of SOC and decreasing the closecircuit voltage. Key words: Battery Management System; energy management; battery capacity Abstrak Jurnal ini membahas rancang bangun alat pemantau dan perekam energi pelepasan muatan baterai dengan menggunakan mikrokontroler yang dapat menghitung kapasitas baterai dan membandingkannya dengan prediksi SOC dengan menggunakan metode prediksi tegangan rangkaian terbuka. System board yang dibangun terdiri dari rangkaian pembagi tegangan, sistem minimum untuk mikrokontroler, pengatur tegangan LM7805, dan mikrokontroler ATmega32A. Metode coulomb counting yang digunakan dalam penghitungan dengan mikrokontroler menyisakan error dalam menghitung SOC baterai. Selain itu, error yang dihasilkan dengan metode prediksi tegangan rangkaian terbuka juga lebih besar dari yang dihitung dengan metode coulomb counting. Metode predicted open terminal digunakan sebagai koreksi atas metode coulomb counting dalam pengujian praktis. Dari pengukuran yang telah dilakukan didapatkan bahwa tegangan yang dibaca oleh mikrokontroler sesuai dengan hasil simulasi khususnya pada penentuan SOC dan penurunan tegangan baterai saat rangkaian tertutup. Kata kunci : Sistem Pengatur Baterai; manajemen energi; kapasitas baterai

Rancang bangun..., Wahyuadi Tri Ananto, FT UI, 2013.

1.PENDAHULUAN Terkait dengan penggunaan baterai – baterai tersebut pada sistem UPS pada bidang telekomunikasi ataupun pembangkit listrik, pada kendaraan listrik ataupun kendaraan listrik hibrid, dan aplikasi pada sistem lainnya, baterai tersebut seringkali tidak berdiri sendiri dalam utilisasinya. Terdapat suatu sistem manajemen baterai yang dapat mengatur kinerja baterai termasuk pemantauan dan perekaman energi baterai selama proses pelepasan muatan maupun pengisian muatan. Pemantauan biasanya dilakukan terhadap tegangan baterai untuk setiap string pada susunan baterai, setiap baterai pada setiap string, ataupun setiap sel pada setiap baterai. Pemantauan dan perekaman energi baterai ini diperlukan dalam hal penentuan kapasitas baterai secara akurat sehingga sistem yang terhubung dengan sistem manajemen baterai dapat bekerja secara tepat. Untuk dapat mengetahui gambaran besar kinerja suatu sistem manajemen baterai, diperlukan insiasi perancangan pengukur parameter tegangan pada baterai agar didapatkan ketepatan pengukuran kapasitas baterai. Perancangan ini termasuk perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yang diperlukan untuk membuat sistem tersebut yang kemudian diwujudkan dalam suatu rancang bangun alat pemantau dan perekam energi baterai pada prose pelepasan muatan.

2.TINJAUAN TEORITIS Dalam sistem kelistrikan, baterai adalah divais yang terususun atas satu atau lebih sel – sel elektromekanis yang mengkonversikan energi kimia menjadi eneri listrik. Sejak penemuan baterai pertama pada tahun 1800-an oleh Alessandro Volta dan pada khususnya semenjak secara teknis telah dikembangkannya Daniel Cell pada tahun 1836, baterai menjadi sumber energi yang sering digunakan pada aplikasi industri dan rumah tangga. Terdapat dua jenis baterai yang ditemui di pasaran saat ini, baterai primer (disposable batteries) yang hanya dapat digunakan sekali dan baterai sekunder (rechargeable batteries) yang dapat digunakan berkali – kali karena muatannya dapat diisi ulang. Baterai muncul dengan beragam ukuran, dari yang kecil untuk keperluan arloji atau jam tangan hingga battery bank seukuran ruang kamar yang diperlukan untuk suplai energi pusat penyimpanan data (data servers). Perilaku pelepasan atau pengisian baterai tergantung pada beberapa parameter. Parameter – parameter ini akan digunakan untuk perbandingan baterai. Beberapa parameter


baterai antara lain, tegangan, kapasitas, muatan energi, energi spesifik dan kerapatan energi, resistansi internal, termasuk juga karakteristik pengisian dan pelepasan muatan baterai.

3.METODE PENELITIAN Metode yang digunakan pada penelitian dan penulisan skripsi ini adalah : a. Studi Kepustakaan Metode ini dilakukan berdasarkan penelitian pada bahan-bahan literatur seperti jurnal-jurnal penelitian, buku, artikel yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya. b. Simulasi Perangkat Lunak Menggunakan perangkat lunak khusus untuk mensimulasikan rancangan alat pemantau dan perekam energi pelepasan muatan baterai dan melihat parameter – parameter baterai khususnya tegangan berdasarkan hasil simulasi. c. Pengukuran Alat Pemantau Energi Pelepasan Muatan Baterai Pengukuran prototip alat pemantau energi pelepasan muatan baterai dilakukan untuk melihat penurunan tegangan baterai yang nyata dan kemudian dibandingkan dengan pembacaan multimeter. Hasil dari pembacaan alat juga dibandingkan dengan pengukuran kapasitas dengan metode prediksi tegangan rangkaian terbuka baterai.

4.HASIL PENELITIAN Secara umum, metode coulometric digunakan karena ketepatannya dalam menentukan energi yang dilepas ketika ketika terjadi pelepasan muatan pada baterai. Secara matematis, nilai energi yang terlepas adalah sebagai berikut: t

W   VI dt

4.3)

t0

Dari proses discharge yang dilakukan selama 820 menit, telah dicatat penurunan tegangan yang terjadi oleh mikrokontroler dengan nilai arus diset pada nilai 1 Ampere dengan


toleransi ±0.1 Ampere. Dari pengambilan data tersebut diperoleh pembacaan tegangan oleh mikrokontroler bervariasi dari 51,96 hingga 38,05 Volt. Untuk mendapatkan nilai energi di setiap detik, maka nilai selisih waktu yang digunakan adalah tetap yaitu satu detik untuk setiap tegangan dan nilai arus yang digunakan adalah yang terbaca pada clampmeter. Perhitungannya seperti terlihat pada Tabel 4.2 berikut. Tabel 4.1. Perhitungan metode coulometric dengan pembacaan tegangan oleh mikrokontroler

Percobaan ke 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Waktu ke– (detik) 1.614 5.294 8.932 12.562 14.927 17.270 19.690 23.305 26.963 30.649 34.311 37.931 42.657 45.258 49.208

Waktu ke – (menit) 27 88 149 209 249 288 328 388 449 511 572 632 711 754 820

Tegangan Total (Volt)

Arus (Ampere)

82.111 186.714 181.951 180.343 115.896 113.974 119.423 173.049 173.109 175.024 163.176 158.794 160.828 151.843 171.261

1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Selang waktu (detik) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Akumulasi Energi (kJ) 82,1 268,8 450,8 631,1 747 861 980,4 1.153,4 1.326,6 1.501,6 1.664,8 1.823,6 1.984,4 2.136,2 2.307,5

Dari perhitungan tersebut didapat bahwa akumulasi energi yang dilepaskan selama 15 kali percobaan dari awal muatan baterai terisi penuh (100%) hingga muatan baterai habis (0%) sebesar 2.307,5 kJ dengan total waktu pengambilan data selama 820 menit. Sementara itu, pembacaan oleh multimeter memberikan penurunan tegangan yang hampir sama dengan terdapat selisih beberapa persen. Perhitungan untuk pembacaan tegangan oleh multimeter dapat dilihat pada Tabel 4.3 berikut. Tabel 4.2. Perhitungan metode coulometric dengan pembacaan tegangan oleh multimeter

Percobaan ke 1 2 3 4 5 6 7

Waktu ke– (detik) 1.614 5.294 8.932 12.562 14.927 17.270 19.690

Waktu Tegangan Arus ke – Total (Ampere) (menit) (Volt) 27 81.971 1.0 88 186.714 1.0 149 180.951 1.0 209 178.860 1.0 249 105.106 1.0 288 113.805 1.0 328 116.802 1.0

Selang waktu (detik) 1 1 1 1 1 1 1

Akumulasi Energi (kJ) 81,97 267,16 448,12 626,98 732,08 845,89 962,69


Kapasitas (%) 3,61 11,76 19,73 27,6 32,22 37,24 42,38

8 9 10 11 12 13 14 15

23.305 26.963 30.649 34.311 37.931 42.657 45.258 49.208

388 449 511 572 632 711 754 820

172.965 173.082 177.983 163.465 159.187 161.717 152.892 147.496

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

1 1 1 1 1 1 1 1

1.135,65 1.308,73 1.486,72 1.650,18 1.809,37 1.971,09 2.123,98 2.271,48

49,99 57,62 65,45 72,65 79,66 86,78 93,51 100

Dari perhitungan total energi dengan metode coulometric dengan pembacaan oleh mikrokontroler dan multimeter serta perhitungan ideal, didapatkan persentase kesalahan pada Tabel 4.4 berikut. Tabel 2 perbandingan hasil simulasi dan pengukuran antena

Akumulasi Akumulasi Akumulasi Akumulasi Waktu Energi Energi Percobaan %Error %Error %Error Energi (kJ) (kJ) (kJ) ke H-Mu H-Mi Mu-Mi detik Hitungan Multimeter Mikon 1 1.614 75,03 81,97 82,1 9,25 9,42 0,16 2 3.680 246,11 267,16 268,8 8,55 9,22 0,61 3 8.932 415,23 448,12 450,8 7,92 8,57 0,6 4 12.562 583,99 626,98 631,1 7,36 8,07 0,66 5 14.927 693,93 732,08 747 5,5 7,65 2,04 6 17.270 802,85 845,89 861 5,36 7,24 1,79 7 19.690 915,36 962,69 980,4 5,17 7,11 1,84 8 23.305 1.083,41 1.135,65 1.153,4 4,82 6,46 1,56 9 26.963 1.253,47 1.308,73 1.326,6 4,41 5,83 1,37 10 30.649 1.424,82 1.486,72 1.501,6 4,34 5,39 1 11 34.311 1.595,06 1.650,18 1.664,8 3,46 4,37 0,89 12 37.931 1.763,35 1.809,37 1.823,6 2,61 3,42 0,79 13 41.657 1.936,57 1.971,09 1.984,4 1,78 2,47 0,68 14 45.258 2.103,97 2.123,98 2.136,2 0,95 1,53 0,58 15 49.208 2.287,6 2.271,48 2.307,5 0,7 0,87 1,59

Pengukuran tegangan dengan metode open terminal merupakan metode yang paling umum dalam mengukur kapasitas baterai sealed lead acid karena sangat mudah, cukup dengan mengukur tegangan terminal terbuka dan melihat datasheet tegangan dari pabrikan yang

diberikan.

Namun

pada

analisis

ini,

penentuan

tegangan

terminal

yang

merepresentasikan kapasitas seperti yang ditunjukkan pada sub bab 4.4. Pengukuran yang dilakukan adalah dengan menghitung tegangan selama beberapa menit awal untuk dilakukan prediksi terhadap tegangan open terminal yang terukur ketika memasuki nilai kestabilan. Prediksi ini dilakukan karena tegangan sesaat setelah baterai dilepas dari rangkaian bukanlah tegangan yang merepresentasikan kapasitas baterai saat itu


karena tegangan rangkaian terbuka ini masih akan naik untuk jangka waktu tertentu seperti terlihat pada Gambar 4.11.

Gambar 4. 1. Grafik tegangan rangkaian terbuka vs logaritma waktu

Perhitungan tegangan rangkaian terbuka dapat pula dilakukan dengan pendekatan rumus, yaitu:

VOC  M . X P  VO

4.6)

di mana: VOC

= tegangan rangkaian terbuka setelah recovery (Volt)

M

= gradien garis

XP

= titik temu tegangan yang sudah stabil

VO

= tegangan rangkaian terbuka sesaat setelah rangkaian terbuka (Volt)

M (gradien garis) dari grafik merupakan nilai yang dapat dikalkulasi dari data kenaikan tegangan (biasanya setelah 10 menit dari rangkaian terbuka, gradien dapat diketahui) sementara titik XP dapat ditentukan secara eksperimental dan akan bernilai sama untuk setiap rentang nilai kapasitas sehingga cukup ditentukan pada percobaan pertama kemudian kita gunakan nilai tersebut sebagai nilai XP untuk percobaan berikutnya. Secara umum, grafik tegangan vs logaritma waktu untuk recovery ke-1, dan ke-9, dan ke-13 seperti terlihat pada Gambar 4.12, 4.13, dan 4.14.


53 52 51 50

Recovery -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8

Teganagn (Volt)

Grafik tegangan recovery percobaan ke-1

Trend

X = log(t); t dalam menit

48.2 48 47.8 47.6

Recovery

47.4

Trend -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8

Tegangan (Volt)



VOC  0,18 1,64  47,81 VOC  48,11 Volt Sehingga dapat ditentukan dari referensi pada grafik 4.10. bahwa tegangan 48,11 Volt merepresentasikan kapasitas baterai sebesar 48 %.

44.5 44 43.5

Recovery

43

Trend -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8

Tegangan (Volt)



VOC  0, 24 1, 64  43,98 VOC  44,37 Volt Sehingga dapat ditentukan dari referensi pada grafik 4.10. bahwa tegangan 44,37 Volt merepresentasikan kapasitas baterai sebesar 2,7 %.


Untuk seluruh percobaan pengamatan recovery tegangan ini dapat dilihat pada Tabel 4.9 berikut: Tabel 4.3. Perhitungan prediksi tegangan open terminal untuk seluruh percobaan

Percobaan ke1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

XP

XN1

XN2

YN1

YN2

M

1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64 1,64

0 0 0 0 0 0,3 0,4 -0,4 0 0,1 0,4 0 0 0 0,8

1,1 0,6 0,9 0,8 0,6 0,7 1,3 0,5 0,9 0,6 1,3 1,0 1,0 0,8 1,2

51,39 50,63 50,62 49,97 49,73 49,17 48,79 48,21 47,81 45,66 45,25 44,65 43,98 43,23 42,92

51,82 50,88 50,8 50,02 49,85 49,21 48,91 48,37 47,97 46,39 45,85 44,91 44,22 43,6 43,23

0,39 0,42 0,2 0,29 0,2 0,1 0,13 0,18 0,18 1,46 0,67 0,26 0,24 0,46 0,78

VOC (Volt) 52,03 51,32 50,95 50,45 50,18 49,33 49 48,51 48,11 48,05 46,35 45,08 44,38 43,98 44,2

Kapasitas (%) 95,5 86,17 82,41 76,33 73,04 62,17 58,73 52,78 47,97 47,22 26,58 11,16 2,66 0 0,51

5.PEMBAHASAN Setelah proses perancangan selesai, proses pembuatan alat dilakukan untuk membangun sistem pemantau dan perekam energi pelepasan muatan baterai. Beberapa hasil dari perancangan sistem pemantau dan perekam energi pelepasan muataan baterai adalah sebagai berikut: a. Sistem minimum mikrokontroler ATmega32A Dengan menggunakan pcb board, komponen – komponen seperti resistor, kapasitor, tombol reset, LED, induktor, jumper, header, dan mikrokontroler dipasang pada board. Hasil perancangan sistem minimum mikrokontroler dapat dilihat pada Gambar 4.1.


Gambar 4. 2. Hasil rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATmega32A

b. Voltage regulator LM7805 Rangkaian untuk aplikasi LM7805 yang sederhana hanya membutuhkan dua kondensator elektrolit dengan nilai kapasitas 1000μF dan 1μF. Hasil perancangan seperti terlihat pada Gambar 4.2 berikut.

Gambar 4. 3. Rangkaian voltage regulator

c. Rangkaian pembagi tegangan Dengan menggunakan pcb board, resistor dipasang seperti konfigurasi yang telah dijelaskan sebelumnya. Hasil perancangan rangkaian pembagi tegangan dengan kombinasi resistor 20kΩ, 150kΩ, dan 470kΩ seperti terlihat pada Gambar 4.3 berikut.


Gambar 4. 4. Rangkaian pembagi tegangan

Rangkaian pembagi tegangan ini disusun agar sinyal dari empat baterai dapat menjadi input mikrokontroler dengan tegangan yang sesuai, yaitu 5 Volt yang merepresentasikan kondisi tegangan masing – masing baterai. Dari hasil pengujian dengan membandingkan dengan pembacaan yang dilakukan oleh voltmeter digital didapatkan nilai kesalahan yang sangat kecil sehingga dapat dikatakan bahwa rangkaian pembagi tegangan ini cukup representatif untuk merepresentasikan nilai tegangan nyata baterai. Agar didapatkan keluaran pembacaan yang optimal, maka diperlukan suatu kalibrasi terhadap alat yang sudah dipercaya pembacaannya. Untuk rangkaian pembagi tegangan ini, pembacaan awal dilakukan oleh multimeter digital. Kemudian dilakukan pembacaan oleh rangkaian pembagi tegangan dengan mikrokontroler yang disimpan oleh personal computer. Pengukuran dilakukan saat tegangan keempat baterai berada pada nilai 12,3 Volt dengan waktu pengambilan data selama 200 detik. Perlu dicatat bahwa pada pengambilan data ini rangkaian utama dengan beban motor dc brushless tidak aktif artinya pengukuran oleh mikrokontroler bebas dari gangguan sinyal yang dihasilkan motor dc brushless. Hasil perhitungan dan nilai persentase kesalahan seperti terlihat pada grafik Baterai1, Baterai2, Baterai3, dan Baterai4. Pada baterai 1, terlihat bahwa nilai pembacaan oleh mikrokontroler berada di sekitar nilai yang telah dibaca oleh multimeter digital dengan persentase kesalahan dihitung dengan persamaan 4.1 berikut:

%e 

VM  VD VM

 100%

di mana: VM = tegangan yang diukur multimeter (Volt) VD = tegangan yang diukur mikrokontroler sebagai data (Volt)


4.1)

Tabel 4.4. Hasil pengukuran Baterai1

Tegangan Baterai1 Jumlah % Jumlah

Error

% Error

12.243

1

0.5%

0.057

0.46%

12.255

1

0.5%

0.045

0.37%

12.268

11

5.5%

0.032

0.26%

12.280

93

46.5%

0.020

0.16%

12.293

89

44.5%

0.007

0.06%

12.305

5

2.5%

0.005

0.04%

Dari perhitungan yang telah diperoleh, kita dapat mengetahui perbandingan penentuan stateof-charge antara metode open terminal, metode coulometric dengan multimeter, coulometeric dengan mikrokontroler, dan berdasarkan penurunan tegangan terhadap waktu secara ideal. Persentase kesalahan antar metode tersebut terhadap metode berdasarkan penurunan tegangan terhadap waktu secara ideal sebagai referensi seperti diperlihatkan pada Tabel 4.10 berikut (perbandingan untuk percobaan ke-1, ke-9, dan ke-13). Tabel 4.5. Perbandingan percobaan dengan metode coulometric dengan open terminal

Metode Metode Metode Metode %Error %Error %Error Coulometric Coulometric Coulometric Open Coulometric Coulometric Coulometric Ideal Multimeter Mikon Terminal IdealIdeal-Mikon Ideal-OT (OT) Multim 96,07% 96,39% 96,44% 95,5% 0,33% 0,33% 0,59% 45,02% 42,38% 42,51% 47,97% 5,86% 5,57% 6,55% 15,34% 13,22 14% 2,6% 13,82% 8,74% 43,02%

Hasil perhitungan persentase kesalahan untuk setiap perbandingan antara perhitungan ideal dengan metode open terminal, ideal dengan metode coulometric multimeter, ideal dengan metode coulometric mikrokontroler, metode open terminal dengan metode coulometric multimeter, metode open teminal dengan metode coulometric mikrokontroler, dan metode coulometric multimeter dengan metode coulometric mikrokontroler untuk keseluruhan percobaan, diperlihatkan pada Tabel 4.11 berikut.


Tabel 4.6. Grafik persentase kesalahan untuk setiap perbandingan metode pengukuran

Percobaan ke –

%Error Ideal Mikon

%Error Ideal Multim

%Error Ideal – OT

%Error Mikon Multim

%Error OTMikon

%Error OTMultim

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

0,29% 1,00% 1,69% 2,45% 2,93% 3,42% 4,12% 4,99% 5,96% 7,40% 7,99% 8,49% 8,75% 7,54% -

0,34% 1,12% 1,93% 2,78% 2,72% 3,30% 3,95% 5,01% 6,24% 8,40% 9,65% 11,23% 13,82% 19,11% -

1,26% 3,44% 0,69% 2,50% 4,84% 4,21% 2,09% 0,27% 6,11% 25,20% 12,20% 51,30% 82,67% 100,00% -

0,05% 0,13% 0,24% 0,35% 0,21% 0,12% 0,18% 0,02% 0,30% 1,09% 1,83% 3,09% 5,88% 14,30% -

0,98% 2,47% 2,42% 5,07% 8,00% 0,83% 2,12% 5,53% 12,84% 35,20% 4,57% 46,79% 81,00% -

0,92% 2,34% 2,66% 5,43% 7,78% 0,94% 1,93% 5,55% 13,18% 36,68% 2,82% 45,14% 79,89% -

Pada Tabel 4.11, terlihat bahwa perbandingan persentase kesalahan antara Ideal – Multim dengan Ideal – Mikon terlihat hampir sama untuk persentase SOC di bawah 45%. Begitu pula dengan Ideal – OT yang menunjukkan persentase kesalahan yang hampir sama (sedikit lebih besar) dibandingkan dengan Ideal – Multim dan Ideal – Mikon. Dari tabel pula, terlihat persentase kesalahan Ideal – OT justru terlihat mengalami peningkatan ketika pembacaan memasuki percobaan ke-10 di mana persentase kesalahan dari yang sebelumnya hanya sekitar 6% menjadi 25% dan seterusnya hingga percobaan ke-15 persentase bertahan di atas 10%. Dari jurnal yang digunakan sebagai referensi juga mencatat bahwa pembacaan mengalami kenaikan persentase kesalahan saat persentase kapasitas berada di bawah 20%. Sementara untuk persentase kesalahan Ideal – Mikon untuk seluruh percobaan berada di bawah 10%. Persentase kesalahan Ideal – Mikon mengalami peningkatan pula seiring dengan berkurangnya kapasitas baterai dengan angka kesalahan tertinggi adalah 8,5%. Kemudian jika kita lihat kesalahan Ideal – Multim, akan kita lihat kenaikan persentase kesalahan yang hampir mirip dengan Ideal – Mikon perbedaannya terletak pada persentase kesalahan yang sudah melewati 10% setelah percobaan kedua belas dengan nilai kesalahan tertinggi pada angka 19%. Perbandingan persentase kesalahan dari ketiga metode dengan coulometric ideal tidak serta merta merepresentasikan kesalahan pengukuran yang sebenarnya. Faktor – faktor yang


menentukan kinerja baterai juga harus dilibatkan seperti parameter suhu ambien, kondisi kesehatan (state of health), dan kondisi – kondisi spesifik pada sel – sel baterai karena kesemua parameter tersebut sudah tidak berada dalam kondisi baru sehingga tidak mendekati grafik yang ideal. Pertimbangan tersebut pada perhitungan ideal dihilangkan hanya untuk melihat seberapa dekat kondisi baterai terhadap gradien kemiringan garis yang diberikan. Dari tabel pula, terlihat bahwa persentase kesalahan antara pembacaan oleh mikrokontroler dengan multimeter didapatkan bahwa persentase kesalahan cenderung konstan bahkan dibawah 6% hingga akhir percobaan ke-13, sementara itu angka tertinggi kesalahan hanya bernilai 14%. Dari sini terlihat bahwa persentase kesalahan juga mengalami peningkatan ketika state-ofcharge sudah berada di bawah 20%. Selain itu hal ini juga lebih dapat dilihat sebagai pembanding yang lebih seimbang, bukan karena pembacaan persentase kesalahan yang lebih sedikit dan konsisten namun membandingkan pengukur yang dibuat sendiri dengan alat ukut yang telah established merupakan suatu keharusan agar pembacaan alat yang telah dibuat dapat diterima hasilnya untuk dilakukan perbaikan. Untuk melihat lebih jauh lagi, perbandingan dilakukan pada OT – Mikon dan OT – Multim. Dari keduanya, terlihat bahwa peningkatan persentase kesalahan di atas 10% dimulai secara berbarengan dari akhir percobaan kesembilan dan terus mengalami peningkatan kesalahan hingga mencapai nilai tertinggi 80% pada sisa kapasitas 15%. Dari perbandingan tersebut juga terlihat bahwa semakin sedikit kapasitas yang tersisa akan semakin tinggi persentase kesalahan yang diberikan. Secara keseluruhan, pada prakteknya nanti, pembacaan oleh mikrokontroler pada mobil listrik tidak dapat berdiri sendiri sebagai divais pengukuran. Cara yang paling mungkin untuk dilakukan sebagai pengoreksi hal ini adalah dengan menghitung tegangan recovery rangkaian terbuka selama selang waktu tertentu untuk dapat menyimpan data gradien kenaikan tegangan. Mikrokontroler yang terpasang dapat melakukan ini dan dengan cara pengkodingan yang tepat akan dapat memperlihatkan perhitungan dari koreksi yang dilakukan. Dari percobaan yang telah dilakukan, antara pembacaan kapasitas yang didapat dari mikrokontroler dan tegangan recovery open terminal menunjukkan kenaikan persentase kesalahan di atas 10% pada persentase sisa kapasitas ke-45%. Hal ini menandakan bahwa pada prakteknya nanti jika mikrokontroler telah mendapatkan pembacaan kapasitas di angka tersebut maka baterai harus dilakukan pengisian muatan ulang. Hal ini disamping untuk mencegah nilai koreksi kesalahan yang besar, juga dapat meningkatkan usia pakai baterai. Secara keseluruhan, jika dibandingkan dengan pembacaan oleh multimeter

yang telah

established (karena telah masuk pasar), persentase kesalahan pembacaan kapasitas oleh


mikrokontroler masih berada di bawah 20% pada kapasitas tersisa 8%. Hal ini menunjukkan penggunaan divais yang dibuat dapat diaplikasikan langsung untuk percobaan – percobaan berikutnya pada mobil listrik tenaga surya tanpa melibatkan multimeter. Tentunya perbaikan – perbaikan dan penambahan komponen – komponen pendukung seperti sistem minimum Arduino, sensor arus, real time clock, dan memory SD Card mutlak harus dilakukan karena dengan sistem yang ada saat ini mikrokontroler tidak dapat melakukan pembacaan dan penyimpanan data serta melakukan eksekusi – eksekusi yang diperlukan dengan lebih tangkas.

6. KESIMPULAN Dari hasil penelitian pada rancang bangun alat pemantau dan perekam energi pelepasan muatan dengan mikrokontroler Atmega32A, didapatkan beberapa kesimpulan diantaranya: 

Kesalahan pembacaan tegangan total baterai secara rata – rata antara mikrokontroler dan multimeter bernilai di bawah 3% sehingga dapat secara representatif mewakili nilai tegangan baterai.



Persentase kesalahan rata – rata pembacaan kapasitas baterai antara perhitungan ideal dengan mikrokontroler sebesar 4,8%, antara perhitungan ideal dengan pembacaan multimeter sebesar 6,4%, dan antara perhitungan ideal dengan predicted open terminal sebesar 21%.



Persentase kesalahan rata – rata pembacaan kapasitas baterai antara metode coulometric dengan mikrokontroler dan metode predicted open terminal sebesar 16% dengan persentase kesalahan rata – rata sebesar 3,4% untuk proses pelepasan muatan dari 0% hingga 50% kapasitas total dan 36,1% untuk proses pelepasan muatan dari 50% hingga 100% kapasitas total.



Metode predicted open terminal dapat digunakan sebagai pembanding pembacaan kapasitas baterai oleh mikrokontroler dengan metode coulometric ketika untuk pelepasan muatan di bawah 50%.



Impelementasi dari alat ini dapat diekspansi dengan menambahkan sensor arus, memory SD Card, real time clock, sistem minimum Arduino Uno, dan relay agar mikrokontroler dapat membaca data dengan waktu pengambilan yang lama dan dapat melakukan eksekusi dengan penggerak relay secara real time.


8.KEPUSTAKAAN [1] M. Bush, D.,L. Chamberlin, J., P. Clark, R., L. Watkins, J., Handbook of Secondary Storage Batteries and Charge Regulators in Photovoltaic Systems Final Report. Contractor Report, SAND81-7135, Arizona Solar Center, Inc. 2002. [2] Sinclair, P., Duke, R., Round, S. An Adaptive Battery Monitoring System for an Electric Vehicle. 1998 International Conference on Power Electronic Drives and Energy System for Industrial Growth. Page(s): 786 – 791. 1998. [3] Dixon, J. Energy Storage for Electric Vehicle. 2010 International Conference on Industrial Technology (ICIT). Page(s): 20 – 26. 2010. [4] Duryea, S., Islam, S., Lawrence, W. A Battery Management System for Stand-Alone Photovoltaic Energy Systems. IEEE Industry Application Magazine. Page(s): 67 – 72. 2001. [5] Ng, Kong-S., Huang, Yao-F., Moo, Chin-S., Hsieh, Yao-C. An Enhanced Coulomb Counting Method for Estimating State-of-Charge and State-of-Health of Lead-Acid Batteries. 31st International Telecommunications Energy Conference 2009. Page(s): 1 – 5. 2009. [6] Moo, C. S., Ng, K. S., Chen, Y. P., Hsieh, Y. C. State-of-Charge Estimation with Open-Circuit-Voltage for Lead-Acid Batteries. Power Conversion Conference, at Nagoya. Page(s): 758 – 762. 2007. [7] Snihir, I., Rey, W., Verbitskiy, E., Belfadhel-Ayeb, A., Notten, Peter H. L. Battery Open-Circuit Voltage Estimation by Method of Statistical Analysis. Journal of Power Sources 159 (2006). Page(s): 1484 – 1487. 2006. [8] Jovendra, Heru. Rancang Bangun Kendaraan Listrik Tenaga Surya. Tugas Akhir – Universitas Indonesia. 2012. [9] M. A. Spina, R. J. de la Vega, S. R. Rossi, G. Santillán, R. C. Leegstra, C. Verucchi, F. A. Gachen, R. E. Romero, G. G. Acosta. Some Issues on the Design of a Solar Vehicle Based on Hybrid Energy System. International Journal of Energy Engineering. Page(s): 15 – 21. 2012.


[10] Yurianto, Ade. Perancangan Sistem Otomasi dan Data Logger Terintegrasi untuk BTS pada Remote Area. Tugas Akhir – Universitas Indonesia. 2011. [11] Permana Putra, Hermawan. Studi Karakteristik Pelepasan Muatan Baterai Lead Acid terhadap Variasi Beban RLC. Tugas Akhir – Universitas Indonesia. 2010. [12] Dwi Utomo, Siswo. Desain Text to Speech untuk Membaca SMS dalam Bahasa Indonesia. Tugas Akhir – Institut Teknologi Sepuluh November. 2008. [13] Situ, L. Electric Vehicle Development: The Past, Present, & Future. 3rd International Conference on Power Electronics System and Applications. 2009. [14] Kaniewski, R., Kotz, F. The Monitoring System of Valve Regulated Lead-Acid Batteries – BMS. The Third International Telecomunications Energy Special Conference. Page(s): 323 – 326. 2000. [15]

http://telinks.wordpress.com/2010/05/01/rangkaian-driver-relay-praktis-menggu

nakan-transistor-bipolar/, diakses pada 16 Oktober 2012 pukul 15.30. [16] http://www.greenrhinoenergy.com/solar/technologies/pv_electronics.php, diakses pada 1 November 2012 pukul 14.05. [17]http://batteryuniversity.com/learn/article/battery_fuel_gauge_factual_or_fallacy/, diakeses pada 19 Januari 2013 pukul 18.55.


RANCANG BANGUN ALAT PEMANTAU DAN PEREKAM ENERGI PELEPASAN MUATAN BATERAI DENGAN MIKROKONTROLER ATMEGA32A

Recommend Documents