1

SISTEM CHARGING BATERAI PADA PERANCANGAN MOBIL

HYBRID

Umar Hasan#1

, Ir. Dedid Cahya H.,MT.#2

Mahasiswa Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya#3

Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111

Telp (+62) 031-59447280 .Fax (+62) 031-5946114

umarh@live.com

dedid@eepis-its.edu

Abstrak

Mobil hybrid saat ini menjadi pembicaraan di dunia otomotif. Kendaraan ini membutuhkan pengisian baterai dari

dua sumber yaitu PLN dan alternator. Kemampuan pengisian baterai pada kendaraan yang tepat dapat menjaga baterai

awet dan tahan lama. Namun demikian, masih banyak penelitian yang belum sempurna untuk mendapatkan kemampuan

tersebut. Oleh karena itu dibutuhkan metode yang tepat dan efisien. Pada proyek akhir kali ini akan digunakan metode

pengisian baterai yang dapat menjaga kestabilan arus pengisian baterai yang aman dengan mengontrol perubahan arus

pengisian. Arus pengisian sebesar 10 % ( 0.1 C ) dari kapasitas baterai. Selain itu pada saat tegangan baterai tercapai

sebesar 13.8 V, pengisian harus dihentikan agar baterai tidak cepat rusak. Pengisian dari PLN menggunakan penyulutan

SCR dengan mengatur besar sudut penyulutan. Penyulutannya menggunakan IC TCA785 dengan mengatur kaki pada pin

11 sebesar 0-10 V melalui potensiometer dan PWM pada mikrokontroler Arduino Nano ATMega328. Sedangkan

pengisian menggunakan alternator, merupakan pengisian dengan tegangan tetap.Dengan menggunakan metode tersebut,

kemampuan pengisian yang dihasilkan berkisar antara 0 – 2.5 A dengan tegangan baterai saat penuh adalah 13.8 V untuk

baterai dengan tipe lead acid 12 V 10 AH. Oleh karena itu proyek akhir ini bisa digunakan pada mobil hybrid dengan

kemampuan arus pengisian sampai 25 % dari kapasitas baterai.

Kata Kunci : Baterai, Charging, Hybrid, Alternator

Abstract

Hybrid cars currently the talk of the automotive world. These vehicles require charging the battery from the two

sources of PLN and the alternator. Battery charging capability on the right vehicle can maintain lasting and durable

batteries. However, more research is not yet perfect to get those skills. It is therefore necessary that proper and efficient

method. At the end of this project will use a battery charging method which can maintain the stability of a secure battery

charging current by controlling the charging current changes. Charging current by 10% (0.1 C) of the battery capacity.

Also when the battery voltage of 13.8 V is reached, the charging should be stopped so that the battery is not quickly

broken. Charging of PLN using SCR with a set of ignition point of ignition. The trigger uses IC TCA785 to set foot on the

pin 11 through a potentiometer of 0-10 V and PWM on the Arduino microcontroller ATMega328 Nano. While charging

using the alternator is charging a fixed voltage.Using these methods, the resulting charging capability ranges from 0 - 2.5

A with a full battery voltage is 13.8 V while for the type of lead acid battery 12 V 10 AH. Therefore, this final project can

be used in hybrid cars by charging current capability up to 25% of battery capacity.

Keyword : Battery, Charging, Hybrid, Alternator

1. Pendahuluan Mobil saat ini hanya mengandalkan alternator

sebagai masukan charging aki, tanpa memikirkan

kondisi saat mesin mati. Padahal pada waktu mesin

mati ada sumber lain yang dapat digunakan sebagai

masukan aki, yaitu jala-jala PLN. Oleh karena itulah

sebaiknya sistem charging untuk aki mobil dibuat

secara bergantian dan dilakukan tanpa merusak aki

tersebut.

2. Dasar Teori

2.1 Alternator [3]

Alternator atau yang lebih kita kenal sebagai

"Dinamo Amper" merupakan suatu unit yang

berfungsi sebagai power supply dan charging system.

Fungsi alternator adalah untuk mengubah energi

mekanis yang didapatkan dari mesin tenaga listrik .

Energi mekanik dari mesin disalurkan sebuah

puli,yang

memutarkan roda dan menghasilkan arus listrik bolak-

balik pada stator. Arus listrik bolak-balik ini kemudian

dirubah menjadi arus searah oleh diode-diode.

Komponen utama alternator adalah : rotor

yang menghasilkan medan magnet listrik, stator yang

menghasilkan arus listrik bolak-balik, dan beberapa

diode yang menyearahkan arus. Komponen tambahan

lain adalah : sikat-sikat yang menyuplai arus listrik ke

rotor untuk menghasilkan kemagnetan (medan

magnet), bearing-bearing yang memungkinkan rotor

dapat berputar lembut dan sebuah kipas untuk

mendinginkan rotor, stator dan diode.

2

Konstruksi alternator bagian-bagiannya terdiri

dari :

Gambar 2.1 Bagian-bagian Dari Alternator

a. Pull (pully)

Puli berfungsi untuk tempat tali kipas

penggerak rotor.

b. Kipas (fan)

Fungsi kipas adalah untuk mendinginkan

diode dan kumparan-kumparan pada

alternator.

c. Rotor

Rotor merupakan bagian yang berputar di

dalam alternator, ada rotor terdapat kumparan

rotor (rotor coil) yang berfungsi untuk

membangkitkan kemagnetan. Kuku-kuku yang

terdapat pada rotor berfungsi sebagai kutub-

kutub magnet, dua slip ring yang terdapat pada

alternator berfungsi sebagai penyalur listrik

ke kumparan rotor. Untuk lebih jelasnya

terlihat pada gambar 2.2 berikut

Gambar 2.2 Konstruksi Rotor

Rotor ditumpu oleh dua buah bearing,

pada bagian depannya terdapat puli dan kipas,

sedangkan di bagian belakang terdapat slip

ring.

d. Stator

Gambar 2.3 Konstruksi dan Coil

Stator

Pada gambar 2.3 terlihat konstruksi dan

stator coil. Kumparan stator adalah bagian

yang diam dan terdiri dari tiga kumparan yang

pada salah satu ujung-ujungnya dijadikan satu.

Pada gambar sebelah kanannya terlihat teori

gambar konstruksi ini disebut hubungan “Y”

atau bintang tiga fhase. Bgian tengah yang

menjadi satu adalah pusat gulungan.Dan

bagian ini disebut terminal “N”. Pada bagian

ujung kabel lainnya akan menghasilkan arus

bolak-balik (AC) tiga phase.

e. Rectifier (Diodes)

Gambar 2.4 Rangkaian Penyearah Penuh

3 Fasa

Pada gambar 2.4 memperlihatkan

konstruksi dan hubungan antara stator coil

dengan diode. Ketiga ujung dari stator

dihubingkan dengan kedua macam diode. Pada

model yang lama terdapat dua bagian yang

terpisah antara diode positif (+) dan diode

negative (-). Bagian positif (+) mempunyai

rumah yang lebih besar daripada yang negatif

(-). Selain perbedaan tersebut ada lagi

perbedaan lainnya yaitu strip merah pada

diode positif dan strip hitam pada diode

negative. Fungsi dari diode adalah

menyearahkan arus bolak-balik (AC) yang

dihasilkan oleh stator coil menjadi arus searah

(DC). Diode juga berfungsi mencegah arus

balik dari baterai ke alternator.

2.2 Silicon Control Rectifier (SCR) [4]

Silicon Control Rectifier (SCR) merupakan

salah satu jenis thyristor yang prinsip kerjanya mirip

3

dengan dioda namun dilengkapi gate untuk mengatur

besarnya fasa yang dilalukan. Simbolnya terlihat pada

gambar 2.5 (a). SCR adalah komponen semikonduktor

yang terbentuk dengan struktur empat lapis PNPN

(Positif-Negatif-Positif-Negatif) dengan tiga lapisan

sambungan PN. SCR memiliki tiga terminal yaitu

anoda, katoda dan gate. Sambungan PN (PN junction)

berturut-turut dari anoda diberi simbol J1, J2 dan J3

seperti terlihat pada gambar 2.5(b).

(a) (b)

(c)

Gambar 2.5 (a) Simbol, (b) struktur fisik, dan (c)

karateristik SCR (Rashid,1999)

Dari gambar 2.5(c) dapat dipelajari sistem

operasi SCR. Apabila tegangan anoda lebih positif

dari katoda, sambungan J1 dan J3 pada kondisi

forward bias dan J2 pada kondisi reverse bias. Pada

kondisi ini SCR masih dalam kondisi memblokir

tegangan maju. Agar arus dapat mengalir dari anoda

ke katoda, maka diberikan tegangan antara gate

terhadap katoda. Jika pada katoda tegangan lebih

positif dari anoda, sambungan J2 terbias maju

sedangkan J1 dan J3 terbias mundur. Hal ini seperti

dioda-dioda yang terhubung seri dengan tegangan

balik bagi keduanya. SCR akan berada pada kondisi

reverse blocking dan arus bocor reverse (current

reverse) akan mengalir melalui divais. SCR dapat

dihidupkan dengan meningkatkan tegangan maju

VAK diatas VBO, tetapi kondisi ini bisa merusak

komponen. Dalam penggunaannya, harus mengetahui

cara-cara pengoperasian SCR yaitu dengan metode

membuat SCR dalam kondisi menyala atau pemicuan

dan metode membuat SCR dalam kondisi tidak

menghantar atau komutasi. Metode yang digunakan

pada SCR adalah pemicuan melalui gate (pemberian

arus gate) yang dilakukan dengan memberi tegangan

kecil saja pada gate katoda (tergantung spesifikasi

produk), maka arus gate dapat mengalir dan membuat

kondisi SCR dalam keadaan on. Daerah kerja SCR

adalah 0°-180° (sifat umum dioda), maka hanya pada

daerah tersebut pengontrolan fasa dapat dilakukan.

Apabila SCR telah terpicu, maka SCR berada dalam

kondisi menghantarkan arus listrik. Untuk pengaturan

fasa atau menghentikan arus listrik maka diperlukan

metode komutasi yaitu mengusahakan tegangan pada

SCR adalah nol, sehingga arus tidak mengalir. Pada

saat itu dapat dipastikan bahwa SCR dalam kondisi

tidak dapat menghantarkan arus listrik dari anoda ke

katoda hingga pemicuan dimasukkan kembali.

Gambar 2.6 adalah rangkaian sederhana SCR

dan pemicuan SCR sebesar α° serta bentuk gelombang

yang dihasilkan (Rashid,1999).

(a) (b)

Gambar 2.6 (a) Rangkaian sederhana SCR (b)

Bentuk gelombang hasil pemicuan SCR

(Rashid,1999)

Gambar 2.6(a) menunjukkan rangkaian

sederhana SCR. Gambar 2.6(b) menunjukkan jika

SCR dipicu pada α°, maka arus akan ditahan dari 0°-

α° dan arus akan melewati SCR secara penuh dari α°-

180°. Pada 180°-360° SCR akan terbias mundur dan

pemicuan tidak akan berguna karena SCR hanya dapat

menghantarkan arus jika terbias maju, sedangkan

apabila terbias mundur SCR akan membloking arus.

2.3 Battery [6]

Battery atau sering disebut aki, adalah salah

satu komponen utama dalam kendaraan bermotor, baik

mobil atau motor, semua memerlukan aki untuk dapat

menghidupkan mesin kendaraan (mencatu arus pada

dinamo stater kendaraan). Aki mampu mengubah

tenaga kimia menjadi tenaga listrik.

Dikenal dua jenis elemen yang merupakan

sumber arus searah (DC) dari proses kimiawi, yaitu

elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer

terdiri dari elemen basah dan elemen kering. Reaksi

kimia pada elemen primer yang menyebabkan elektron

mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda

positif (anoda) tidak dapat dibalik arahnya. Maka jika

4

muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat

dimuati kembali dan memerlukan penggantian bahan

pereaksinya (elemen kering). Sehingga dilihat dari sisi

ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros.

Contoh elemen primer adalah batu baterai (dry cells).

Elemen sekunder dalam pemakaiannya harus

diberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan,

yaitu dengan cara mengalirkan arus listrik (secara

umum dikenal dengan istilah 'disetrum'). Akan tetapi,

tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat

dimuati kembali berulang kali. Elemen sekunder ini

lebih dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki

berlangsung proses elektrokimia yang reversibel

(bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Yang

dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel yaitu

di dalam aki saat dipakai berlangsung proses

pengubahan kimia menjadi tenaga listrik

(discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati,

terjadi proses tenaga listrik menjadi tenaga kimia

(charging).

Besar ggl yang dihasilkan satu sel aki adalah 2

Volt. Sebuah aki mobil terdiri dari enam buah aki

yang disusun secara seri, sehingga ggl totalnya adalah

12 Volt. Accu mencatu arus untuk menyalakan mesin

(motor dan mobil dengan menghidupkan dinamo

stater) dan komponen listrik lain dalam mobil. Pada

saat mobil berjalan aki dimuati (diisi) kembali sebuah

dinamo (disebut dinamo jalan) yang dijalankan dari

putaran mesin mobil atau motor.

Pada aki kendaraan bermotor arus yang

terdapat di dalamnya dinamakan dengan kapasitas aki

yang disebut Ampere-Hour/AH (Ampere-jam).

Contohnya untuk aki dengan kapasitas arus 5 AH,

maka aki tersebut dapat mencatu arus 5 Ampere

selama 1 jam atau 1 Ampere selama 5 jam.

2.2.1 Jenis-jenis Baterai :

Baterai yang banyak dipakai pada kendaraan

adalah tipe secondary cell (storage battery atau

galvanic battery) yang memungkinkan untuk dapat

mengeluarkan dan mengisi kembali muatan

listriknya.

1. Lead-Acid Battery

Jenis battery battery ini terdiri dari lead peroxide

(PbO2) sebagai pelat electrode (anode) positive

(+), discharge lead (Pb) sebagai pelat electrode

(cathode) negative (-) dan larutan asam belerang

(H2SO4) sebagai electrolyte. Kelebihan dan

kelemahannya adalah sebagai berikut.

(1) Kelebihan lead-acid battery

Tingkat bahayanya lebih sedikit

dibandingkan dengan jenis lainnya, karena

reksi kimianya terjadi dalam temperatur

ruangan.

Dapat diandalkan dan harganya juga relatif

murah.

(2) Kelemahan lead-acid battery

Energinya sekitar 40Wh/kgf, lebih rendah

dari yang lainnya.

Umurnya kurang tahan lama dan

memerlukan waktu pengirisan kembali

yang lebih lama.

2. Alkali Battery (Ni-Cd Battery)

Ada dua battery alkalin yaitu Ni-Fe battery

dan Ni-Cd battery. Di-nickel-hydroxide

[2NiO(OH)] dan iron (Fe) digunakan pada Ni-Fe

battery dan di-nickel-hydroxide [2NiO(OH)] dan

cadmium (Cd) digunakan pada Ni-Cd battery

sebagai pelat anode (+) dan pelat cathode (-).

Untuk electrolyte digunakan potassium hydroxide

(KOH). Electrolyte digunakan hanya untuk

menggerakkan electrons bukan untuk reaksi kimia

untuk proses charging dan discharging, sehingga

gravitasnya harus tidak berubah. Penutupnya

terbuat dari lembar baja yang dilapisi oleh nikel

atau plastik.

Besarnya tegangan sekitar 1.2V per cell, dan

tegangan dalam keadaan diisi adalah sekitar 1.35V per

cell. Tegangannya akan turun ke 1.1V pada saat

dipakai, namun akan meningkat kembali sampai ke

1.4~1.7V pada saat diisi kembali.

2.2.2 Metode Pengisian Baterai Lead-Acid [1]

Penelitian atau percobaan tentang charge

discharge telah menghasilkan banyak sekali metode

yaitu antara lain:

Constant current charge

Metode pengisian ini adalah mengisi setrum

dengan arus tetap mulai dari permulaan sampai akhir

proses pengisian. Secara garis besar arusnya :

Pengisian arus standar : 10 % dari

kapasaitas battery

Pengisian arus minimal : 5% dari

kapasitas battery

Pengisian arus maksimal : 20% dari

kapasitas battery

Dan karasteristik pengisian arus tetap adalah

sebagai berikut:

a. Tegangan terminal pada awal proses pengisian

naik secara drastis dan setelah itu melambat turun.

selanjutnya, pada saat mendekati 2.4V,

tegangannya naik lagi, dan ketika tegangannya

dipertahankan.

b. Berat jenis elektrolit secara perlahan akan niak

karena dia tidak bergerak sampai gas dihasilkan.

Pada saat gas dihasilkan, makakemudian akan

tetap di angka sekitar 1.280.

c. Jika tegangannya pada cell mencapai 2.3~2.4V

setelah proses pengisian dimulai, maka akan

banyak gas yang dihasilkan. Alasannya adalah

bahwa arus yang disuplai setelah diisi penuh

digunakan oleh elektolit air sulingan. Pada pelat

anode (+) oxygen dihasilkan dan hydrogen

dihasilkan pada pelat cathode (-). Status

penghasilan gas selama proses pengisian juga

digunakan sebagai alat untuk menentukan

selesainya proses pengisian. Disini gas hydrogen

gas adalah gas yang berbahaya karena merupakan

gas yang mudah meledak, sehingga hati-hati

jangan sampai terkena api.

5

d. Pada saat proses pengisian selesai, apabila berat

jenis elektrolit dengan temperatur 20 derajat

celcius adalah lebih dari 1.280, maka perlu

ditambah air sulingan untuk mengatur agar berat

jenisnya berada dilevel 1.280.

Untuk lebih jelasnya terlihat pada gambar 2.7

berikut

Gambar 2.7 Karakteristik Pengisian Arus dan

Tegangan pada Constant Current Charge

Constant voltage charge

Metode ini adalah proses pengisian yang

dilakukan dengan tegangan konstan dari awal sampai

akhir proses pengisian. Karakteristik pengisian terlihat

seperti pada gambar Fig. 1-23; pada awal proses

pengisian, arus yang diberikan adalah besar. Setelah

beberapa lama, arusnya akan dikurangi. Dan pada

akhirnya, arus tidak bisa mengalir diakhir proses

pengisian. Oleh karena itulah, tidak ada gas yang

timbul, sehingga performa pengisiannya lebih baik,

namun begitu, arus yang besar dapat mempengaruhi

usia pemakaian battery-nya. Untuk lebih jelasnya

terlihat pada gambar 2.8 berikut

Gambar 2.8 Karakteristik Pengisian Arus dan

Tegangan pada Constant Voltage Charge.

Variable Current Charge

Metode pengisian ini adalah proses pengisian

dengan arus variable. Dalam metode ini, efesiensi

pengisiannya bagus dan temperatur elektrolit secara

perlahan akan naik. Di akhir proses pengisian, arusnya

akan berkurang, sehingga bisa mengurangi hilangnya

arus dan bisa melindungi kerusakan akibat dari

timbulnya gas.

Quick Charge

Cara ini biasanya menggunakan alat quick

charger untuk mempercepat waktu proses pengisian.

Quick charge tidak menimbulkan reaksi kimia karena

dalamnya bahan elektroda, untuk itu perlu dilakukan

maintenance charge setelah proses quick charge

selesai.

Untuk mengetahui waktu dalam proses pengisian

accumulator, dapat menggunakan perhitungan pada

persamaan (2.1) dan persamaan (2.2)

:

• Lama pengisian Arus:

.....................................................(2.1)

keterangan :

Ta = Lamanya pengisian arus (jam).

Ah = Besarnya kapasitet accumulator (Ampere

hours).

A = Besarnya arus pengisian ke accumulator

(Ampere).

• Lama pengisian Daya:

.......................................... (2.2)

keterangan :

Td = Lamanya pengisian Daya (jam).

Daya Ah = Besarnya daya yang didapat dari

perkalian Ah dengan besar

tegangan accumulator (Watt

hours).

Daya A = Besarnya daya yang didapat dari perkalian

A dengan besar tegangan accumulator (Watt).

2.4 Arduino Nano ATmega328 [2]

Arduino Nano ATmega328 merupakan modul

mikrokontroler yang kecil dan lengkap yang

berdasarkan ATmega328. Secara umum memiliki

digital dan analog port I/O yang dapat diakses

langsung(tanpa bingung inilsialisasi dalam binary

file). Terdapat juga port untuk output PWM.

Gambar 2.9 merupakan konfigurasi pin dari

modul arduino nano ATmega328

Gambar 2.9 Konfigurasi PIN Arduino Nano

ATMega328

6

Dari rangkaian

penyulut

Dari rangkaian

penyulut

Pin 1 dan 2 adalah Rx dan Tx.

1. Pin 5 – 13 adalah I/O digital yang terdiri dari 6

output PWM (3,5,6,9,10,11), SPI (10,11,12,13)

dan pin untuk led (13).

2. Pin 19 – 26 adalah input analog, bisa digunakan

untuk ADC.

3. Tegangan yang diizinkan masuk dalam Vin adalah

7-12 V yang nantinya akan diregulasi oleh IC

internal manjadi +5V.

2.5 TCA 785 [5]

IC TCA 785 merupakan produk dari Siemen

Semikonduktor Group yang dibuat untuk

menghasilkan pulsa pemicu (trigger pulse) untuk

mengontrol fasa pada SCR, triac, dan transistor, antara

0 derajat hingga 180 derajat pada sumber tegangan

AC. IC TCA 785 memerlukan sumber tegangan antara

8 Volt hingga 18 Volt, frekuensi kerja 10 Hz hingga

500 Hz, serta temperatur kerja antara – 250 hingga 85 oC. Sinkronisasi sinyal dibutuhkan dengan

menggunakan resistansi tingkat tinggi dari line

tegangan (Vs). Gambar 2.10 adalah bentuk fisik IC

TCA 785 :

Gambar 2.10 Bentuk Fisik TCA 785

IC ini dapat diaplikasikan pada kontrol

tegangan AC terkontrol (conventer) satu fasa dan tiga

fasa, dan kontrol tegangan DC terkontrol (DC

chopper). IC ini memiliki kaki (pin) sejumlah 16.

Gambar 2.11 adalah konfigurasi pin IC TCA 785.

Gambar 2.11 Konfigurasi Pin TCA 785

3. Perencanaan dan Perencangan Sistem

3.1 Pendahuluan

Bab ini membahas tentang perencanaan

perangkat keras sistem charging baterai untuk mobil

hybrid. Hasil akhir yang diharapkan adalah perfoma

pengisian dan pengosongan baterai yang efektif dan

efisien. Perancangan perangkat keras yang akan

dijelaskan mengenai diskripsi sistem, spesifikasi

sistem, kebutuhan sistem dan desain sistem yang

terdiri dari desain proses, desain data dan desain

algoritma.

3.2 Deskripsi Sistem

Perangkat keras yang akan dibuat memiliki

tiga bagian utama yaitu pembuatan kontroler

alternator, pembuatan rangkaian fullwave rectifier dan

pembuatan rangkaian battery charger. Sistem charging

ini menggunakan dua sumber masukan tegangan yaitu

PLN dan alternator yang akan saling bergantian dalam

pengisiannya. Untuk masukan dari PLN digunakan

saat mesin dalam keadaan mati, sedangkan masukan

dari alternator digunakan saat baterai terbebani motor.

Hasil akhir adalah sebuah sistem charging yang dapat

mengatur keluaran tegangan baterai tetap konstan.

Gambar 3.1 berikut ini adalah blog diagram

sistem yang akan dibuat:

Arduino Nano

ATMega328

Rangkaian

Isolasi

Rangkaian

Penyulutan

Sensor

TeganganSensor

Arus

LCD (16x2)

Baterai

Lead Acid

(12N10-3B)

Rangkaian Half

Controlled

Rectifier

Jala-jala

PLN

AlternatorRegulator

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Charging

3.3 Desain Sistem

3.3.1 Desain Half Controlled 1 fasa

AC

G

K

G

K

3904

3904

330

ohm 33

0 oh

m

330

ohm 33

0 oh

m

24 V

Out +

Out +

Gambar 3.2 Rangkaian Half Controlled 1 fasa

Pada gambar 3.2 ini, rangkaian menggunakan

2 SCR tipe BT 151 500R (maks. 12 A 500 V) dan 2

diode 6A10 (6 A 1000 V). Saat mendapat sinyal dari

penyulut, SCR akan aktif dan meloloskan sinyal pada

sisi positif, begitu juga pada rangkian di bawahnya.

Pada gambar 3.2 merupakan half controlled

rectifier dengan input 24 Vac, dengan contoh sudut

penyulutan 90o. Perhitungan dari Half controlled

rectifier satu fasa tersebut adalah :

Vdc = (Vm/π)*(1+cos α)…………………………(3.1)

7

Vdc = (24/3.14)*(1+cos 90)

Vdc = 7.64 * (1+0)

Vdc = 7.64V

I = Vdc/R………………………………………..(3.2)

I = 7.64/1000

I = 7.64 mA

3.3.2 Perencanaan Rangkaian Penyulutan dengan

TCA 785

Gambar 3.3 Rangkaian Penyulutan

Dari gambar 3.3, dapat dijelaskan bahwa tegangan

input dari PLN adalah sebesar 24 Vac, sumber didapat

dari jala-jala PLN yang diturunkan oleh trafo step

down. Rsync diberi 36 K bertujuan untuk menjaga agar

arus yang masuk ke pin 5 tidak lebih dari 200 uA

(datasheet IC). Regulator 7815 berperan untuk

menjaga agar tegangan Vcc untuk IC TCA 785 stabil

pada 15 V (datasheet IC). Pada pin 11 dipasang

multiturn 10 K yang diseri dengan resistor 4,7 K,

untuk mengatur tegangan pada pin 11 antara 0-10 V

dengan prinsip pembagi tegangan. Tengangan inilah

yang akan dibandingkan dengan tegangan pada pin 10,

sehingga didapatkan sudut penyulutan SCR antara 0o –

180o. Dengan rumus :

α = (V11/V10)*180……………………………..(3.3)

Untuk menjaga agar IC lebih aman dari arus balik

SCR, maka dipasang optocoupler(4N25) antara output

(pin 14 dan 15) dan kaki gate katode SCR.

3.3.4 Perencanaan Antarmuka Mikrokontroler

Sensor Arus

Sensor

TeganganON-OFF

Output

PWM

LCD

16x2

D7

D6

D5

D4

E

RS

PB1

PB2

PB3

Gambar 3.4 Rangkaian Interfacing

Mikrokontroler

Pada gambar 3.4 ini, perencanaan hardware

untuk mengontrol arus dan tegangan pengisian

baterai, dibutuhkan sebuah modul Arduino nano

ATMega328, LCD 16x2, sensor arus (ACS 712),

sensor tegangan dan 3 push button.

3.3.3 Perencanaan Kontroler Alternator

Output alternator adalah AC tiga fasa yang

disearahkan dengan dioda rectifier yang selanjutnya

akan dikontrol oleh IC regulator untuk menjaga agar

keluaran baterai tidak drop saat terbebani motor,

rangkaiannya adalah sebagai berikut :

Gambar 3.5 Rangkaian IC Regulator Kontroler

Alternator

Dari gambar 3.5 dapat dijelaskan bahwa D+

akan dihubungkan pada terminal positif baterai dan

output dari alternator. DF dihubungkan dengan

terminal yang menghubungkan ke rotor. Sedangkan

D- dihubungkan dengan terminal negatif baterai dan

bodi dari alternator.

8

Saat tegangan baterai drop kurang dari 13,

maka T1 open sehingga T2 akan aktif dengan R3

langsung ke ground, lalu akan mengalirkan arus ke

terminal DF sehingga tegangan dapat ditingkatkan.

Saat tegangan melebihi 13 V, maka T1 aktif sehingga

mengikat T2 menjadi open, sehingga tidak ada arus

yang mengalir ke rotor,begitu setrusnya.

3.3.5 Perencanaan Software Untuk

Pengontrolan Charging

Untuk mendapatkan arus pengisian yang

stabil diperlukan perhitungan yang diimplementasikan

pada modul Arduino Nano ATmega328. Berikut ini

flowchartnya

MANUAL

START

NAIKKAN ARUS

ATAU

TURUNKAN

ARUS

AUTO

PILIH MODE

CHARGING

BATERAI

PENUH

NAIKKAN

TEGANGAN

CHARGING

FINISH

ARUS STABIL

MASUKKAN

TARGET ARUS

NO

YES YES

NO

YES

YES

NO

NO

Gambar 3.6 Flowchart Proses Charging

Gambar 3.6 ini menjelaskan bahwa proses

charging dibuat manual dan auto. Untuk manual, arus

pengisian dinaikkan dengan menekan push button.

Untuk auto, target arus ditentukan, lalu mikro akan

memroses agar sesuai target.

Untuk mendapatkan arus yang stabil, arus

yang dideteksi dibandingkan dengan target yang

diberikan, jika arus yang dideteksi kurang dari target,

maka mikro akan menaikkan tegangan penyulutan

sampai target tercapai, jika arus terlalu besar maka

mikro akan menurunkan tegangan penyulutan sampai

target tercapai. Saat tegangan baterai terdeteksi 13.8 V

maka relay akan on dan mematikan charging.

4. Pengujian dan Analisa Pengujian dan Analisa dilakukan untuk

mengetahui karakteristik dari setiap desain rangkaian

yang dipakai dalam proyek akhir ini Khususnya dalam

setiap penggunaan rangkaian daya yang dipakai dalam

sistem charging.

4.1 Pengujian Half controlled Rectifier

Pengujian Half controlled Rectifier dilakukan

untuk mengetahui keluaran dari rangkaian tersebut.

Output dari rangkaian ini digunakan sebagai masukan

dari battery charger untuk mengisi ke aki. Sumber dari

Half Controlled Rectifier diperoleh dari jala-jala PLN

yang sebagai masukan trafo step down. Output

sekunder dari trafo sebesar 24 Vac. Daya keluaran dari

fullwave rectifier tersebut digunakan untuk mengisi ke

aki. Hasil pengujian output dari Half controlled

Rectifier apabila dilihat dari oscilloscope pada gambar

4.1 sebagai berikut.

Gambar 4.1 Pengujian Rangkaian Half

controlled rectifier dengan penyulutan 90o

4.2 Pengujian Rangkain Penyulutan dengan

IC TCA785

Untuk data pengujian pada output rangkaian

half controlled rectifier ditunjukkan pada table 4.1

berikut

Tabel 4.1 Hasil Output Rangkaian Half

Controlled Rectifier

Dari table 4.1, rangkaian ini dapat digunakan untuk

charging dengan tegangan yang digunakan pada range

12 – 14 V.

4.3 Pengujian pada Baterai

Ada dua cara pengujian, yaitu dengan

menggunakan potensiometer dan keypad pada

modul mikrokontroler.

Potensiometer

Pengaturan arus pengisian secara manual

dengan menaikkan perlahan sesuai dengan arus yang

diinginkan dengan kondisi tanpa umpan balik dari

baterai ke rangkaian. Dengan potensiometer arus

dapat dinaikkan perlahan dengan memutarnya dari 0

– 2.5 A.

Modul Arduino (Mikrokontroler)

Arus pengisian yang diinginkan ditentukan

dengan push button (0 – 2.5 A), arus pengisian

selalu tetap seperti target yang diinginkan.

Saat tegangan baterai terdeteksi 13.8, relay off

dan pengisian mati. Saat tegangan baterai terdeteksi

9 V, relay on dan pengisian aktif.

Sudut

Penyulutan

(0 – 180)

Tegangan

Keluaran

(VDC)

Arus

Keluaran

(mA)

0 18.6 18.6

45 14.9 14.9

90 9.9 9.9

135 4.9 4.9

180 0 0

9

Ada dua cara pengukuran, yaitu dengan

menggunakan avometer dan tampilan pada LCD.

Adapun hasil pengujian dengan menggunakan

avometer ditunjukkan pada tabel 4.2 berikut :

Tabel 4.2 Data Pengisian Baterai berdasarkan

Avometer

Waktu

(menit)

Arus (A) Tegangan

Baterai (V)

1 1.06 9.7

20 1.06 12

40 1.06 12

60 1.05 12

80 1.03 12

100 1.03 12

160 1.01 12

370 0.95 12.7

490 0.93 13.2

560 0.9 13.5

580 0.9 13.8

600 0.9 13.8

Dari tabel 4.1 di atas, dengan menggunakan

arus pengisian yang berkisar 1 A dengan toleransi

0.1 A. Sedangkan tegangan baterai yang terdeteksi

oleh avometer naik dari 9.7 V perlahan sampai pada

tegangan maksimal baterai yaitu 13.8 V. Saat

tegangan mencapai 13.8 V, tegangan tidak dapat

naik lagi, sehingga tegangan baterai saat penuh

menurut pengujian adalah sebesar 13.8 V.

Sedangkan hasil pengujian berdasarkan

tampilan LCD akan ditunjukkan pada tabel 4.3

sebagai berikut :

Tabel 4.3 Data Pengisian Baterai berdasarkan

Tampilan LCD

Waktu

(menit)

Arus (A) Tegangan

Baterai (V)

1 0.7 9.5

20 0.8 11.8

40 0.7 11.8

60 1.02 11.8

80 0.8 11.8

100 0.85 11.8

160 0.97 11.7

370 0.95 12.5

490 0.93 13

560 1.02 13.3

580 1.00 13.5

600 0.93 13.5

Berdasarkan tabel 4.2 ini, tampilan arus tidak

stabil dengan pergerakan naik turun dengan

melebihi toleransi sebesar 0.1 A. Sedangkan

tegangan yang ditampilkan kurang 0.2 V dari

tegangan yang dideteksi oleh avometer pada tabel

4.1.

Perbedaan pengukuran pada arus pengisian

berdasarkan avometer dan tampilan LCD, merujuk

pada sensitivitas dari sensor arus ACS 712 yang

hanya 100 mV/A (datasheet) untuk range -20 A – 20

A, sedangkan untuk proyek akhir ini dengan range

0 – 2.5 A (data pengujian dengan potensiometer dan

modul mikrokontroler) butuh sensitivitas yang lebih

besar.

Sedangkan perbedaan tegangan pada

avometer dan tampilan LCD pergerakannya sama,

hanya selisih 0.2 V saja. Ini bisa digunakan untuk

mengganti batas maksimal tegangan baterai saat

penuh yaitu sebesar 13.5 pada listing program yang

terlampir.

4.4 Pengujian Regulator Tegangan Alternator

Pengujian ini dilakukan dengan mengukur

keluaran tegangan alternator saat pertama kali diberi

supply baterai 12 V dengan beban lampu 12 V.

Tegangan yang dideteksi voltmeter adalah 13.8

V, dengan arus pengisian sebesar 200 mA dan lama

kelamaan menurun sampai 0 A.

5. Kesimpulan

Beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari

Tugas Akhir ini adalah :

Tegangan keluaran alternator konstan 13.8 V

dengan arus pengisian yang semakin lama

semakin kecil.

Sistem pengisian baterai dari PLN menggunakan

arus pengisian yang disesuaikan dengan

kapasitas baterai yaitu sebesar 1 A dengan

toleransi sebesar 0.1 A.

Baterai penuh saat tegangan yang terdeteksi

sebesar 13.8 V dengan toleransi 0.2 V pada

tampilan LCD yaitu sebesar 13.5 V.

6. Daftar Pustaka

[1]. Bagus, Fani, S. ST. 2009. Optimasi

Manajemen Penggunaan Energi Listrik

dari Beberapa Sumber pada Pendestriam

Traffic Light. Buku Proyek Akhir PENS-

ITS.

[2]. http://arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino

NanoManual23.pdf. Diakses pada tanggal

12 Juni 2011.

[3]. http://elearning.smkpraskabjambi.sch.id/T

eknik_Kendaraan_Ringan/alternator.html.

Diakses pada tanggal 20 Desember 2009.

[4]. http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?p

age=2. Diakses pada tanggal 22 Januari

2010.

[5]. http://nubielab.com/elektronika/analog/det

ektor-fasa-ic-tca785. Diakses pada tanggal

20 Januari 2010.

[6]. http://training.hmc.co.kr/12920427-Step-

1-Engine-Electrical-bhs-indo.pdf .

Diakses pada tanggal 28 Desember 2009.