![Analisis Efisiensi Baterai Lithium [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/analisis-efisiensi-baterai-lithium.jpg)
6 0 999 KB
SKRIPSI ANALISIS EFISIENSI PENGGUNAAN BATERAI LITHIUM POLYMER 48 V 25 Ah PADA SEPEDA MOTOR LISTRIK YANG DI RANCANG BANGUN DENGAN DAYA 3 KW Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Sub konsentrasi Teknik Energi Listrik Oleh WAHYU DWI YANTORO NIM : 140402124
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2019
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Rancang bangun sepeda motor listrik ini menggunakan Baterai Lithium Polymer 48 V 25 Ah. Dengan kelebihan yang dimiliki oleh baterai ini diharapkan dapat membantu mendapatkan tingkat efisiensi yang tinggi pada saat pengujian. Baterai ini nantinya akan menanggung beban dari motor BLDC dengan daya 3 KW. Pada pengujian ini dilakukan dengan 2 kali pengujian yaitu dengan dan tanpa beban. Hasil yang didapatkanya itu nilai efisiensi pada saat tanpa beban adalah 12,35 % pada saat kecepatan maksimum 40 Km/jam dan17,2 % pada kecepatan yang sama dengan kondisi berbeban. Dengan hasil ini membuktikan bahwa semakin cepat sepeda motor melaju maka nilai efisiensinya akan semakin tinggi dikarekan torsi yang semakin kecil sehingga menghemat daya baterai. Kata Kunci : sepeda motor listrik, BLDC, baterai.
i
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Tugas Akhir ini merupakan bagian kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumtera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah : “ANALISIS EFISIENSI PENGGUNAAN BATERAI LITHIUM POLYMER 25 Ah 48 V PADA RANCANG BANGUN SEPEDA MOTOR LISTRIK MENGGUNAKAN BLDC 3 KW” Penulis mengtahui bahwa suksesnya pengerjaan Tugas Akhir ini adalah berkat dukungan dan bantuan berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, yaitu : 1. Bapak Ir. Raja Harahap, M.T. selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membantu dalam bimbingan menyelesaikanTugas Akhir ini. 2. Bapak Dr. Fahmi, S.T, M.Sc, Ph.D selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 3. Bapak Drs. Hasdari Helmi, M.T. dan Bapak Ir. Arman Sani, M.T.selaku dosen penguji yang memberikan banyak masukan dan arahan selama proses Tugas Akhir ini. 4. Bapak Drs. Hasdari Helmi, M.T. selaku dosen pembimbing akademik yang membimbing selama masa perkuliahan.
ii
5. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Seluruh Staf Pengawai Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 7. Buat Keluarga saya, terutama kedua orangtua saya, Bapak Sutrisno dan ibu tercinta Almh Jumiati dan saudaraku Rio Syahputra, Latifah Hanum, Rahmad Ramdhan, dan Fandiahmad yang memerikan dukungan motivasi, semangat nasehat dan financial kepada penulis. 8. Alif, Fahmy, Furqon, Dio, Radinal, Faris, Pilot, Ari, Fitra selaku sahabat penulis yang menemani dan mengisihari-hari penulis selama kuliah. 9. Teman-teman Laboratorium Konversi Energi Listrik, Ade, Fajri, Teguh, Arief, Prananda, Abiyyu, Soni, Rafly, danFadlan. 10. Teman-teman Kos kuDika, Yogik, Andre, Agildanmi’ul yang selalu menemani dan tempat berbagi cerita. 11. Desita D. Fadhilah yang selalu ada dan sabar menemani penulis yang sering emosi karena kendala pada Tugas Akhir dan terus memberikan semangat. 12. Serta untuk semua yang mendukung penyelesaian Tugas Akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang bertujuan untuk menyempurnakan dan memperkaya kajian Tugas Akhir ini.
iii
Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih dan semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca.
Medan, 28 Januari 2019 Penulis
Wahyu Dwi Yantoro NIM. 140402124
iv
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK .................................................................................................
i
KATA PENGANTAR ...............................................................................
ii
DAFTAR ISI .............................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ................................................................................
vii
DAFTAR TABEL ....................................................................................
viii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ....................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah..............................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian ...............................................................................
2
1.4 Manfaat Penelitian .............................................................................
3
1.5 Batasan Masalah ................................................................................
3
1.6 Metodologi Peneitian .........................................................................
3
1.6.1 Metode Pengumpulan Data ......................................................
3
1.6.2 Lokasi Penelitian ......................................................................
4
1.7 Sistematika Penulisan .........................................................................
4
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sepeda Motor Listrik ..........................................................................
5
2.2 Komponen Utama Sepeda Motor Listrik ............................................
6
2.2.1 Motor DC ..................................................................................
6
2.2.1.1 Motor Brushed DC ............................................................
6
2.2.1.2 Motor Brushless DC (BLDC) ...........................................
7
2.2.2 Baterai .......................................................................................
10
2.2.2.1 Lithium Polymer (LiPo) ....................................................
11
2.2.3 Controller ..................................................................................
12
2.2.4 Handle Gas ...............................................................................
13
2.3 Pengujian Efisiensi Motor ..................................................................
13
2.3.1 Torsi ..........................................................................................
13
2.3.2 Daya Motor ...............................................................................
14
2.3.3 Kecepatan Roda .......................................................................
17
v
BAB III PERANCANGAN SISTEM KESELURUHAN 3.1 Umum .................................................................................................
18
3.2 Waktu dan Pelaksanaan ......................................................................
18
3.3 Alat dan Bahan ...................................................................................
18
3.4 Diagram Alir Perencanaan Sepeda Motor Listrik ..............................
19
3.5 Prosedur Pelaksanaan .........................................................................
20
3.6 Perancangan Kerangka Sepeda Motor Listrik ....................................
21
3.7 Sistem Gear pada Sepeda Motor Listrik .............................................
21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Pemilihan Bahab dan Komponen .......................................................
23
4.2 Proses Perakitan Sepeda Motor Listrik...............................................
24
4.3 Hasil Perancangan ..............................................................................
26
4.4 Spesifikasi Baterai Lithium Polymer ..................................................
27
4.5 Data-data Dasar Komponen Utama Sepeda Motor Listrik .................
28
4.6 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban.............
28
4.7 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Dengan Beban ..........
32
4.8 Perbandingan Pengujian Tanpa Beban dan Menggunakan Beban .....
36
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan .........................................................................................
37
5.2 Saran ...................................................................................................
37
DAFTAR PUSTAKA
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1
SistemKelistrikanSepeda Motor Listrik ...................................
5
Gambar 2.2
Skema Motor DC......................................................................
6
Gambar 2.3
Motor BLDC 3 KW .................................................................
9
Gambar 2.4
Baterai.......................................................................................
10
Gambar 2.5
Controller Motor DC Brushless................................................
12
Gambar 2.6
PengukuranTeganganListrik.....................................................
15
Gambar 2.7
PengukuranArusListrik.............................................................
17
Gambar 3.1
Diagram AlirPenelitian .............................................................
19
Gambar 3.2
KerangkaSepeda Motor Listrik ................................................
21
Gambar 3.3
Gear PadaSisiKananSepeda Motor Listrik ...............................
22
Gambar 3.4
Gear PadaSisiKiriSepeda Motor Listrik ...................................
22
Gambar 4.1
PengelasanBesiKedudukanBaterai ...........................................
24
Gambar 4.2
SambunganKabel Motor keKontroler ......................................
25
Gambar4.3
SambunganKabel Handle Gas keKontroler..............................
25
Gambar 4.4
Sepeda Motor ListrikTampakSisiKanan ..................................
26
Gambar 4.5
Sepeda Motor ListrikTampakSisiKiri ......................................
26
Gambar 4.6
Sepeda Motor ListrikTampakDepan ........................................
27
Gambar 4.7
Sepeda Motor ListrikTampakBelakang....................................
27
Gambar4.8
PengujianSepeda Motor Listrik BLDC 3 KW TanpaBeban ....
29
vii
DAFTAR TABEL
Tabel4.1
PengujianSepeda Motor Listrik BLDC 3 KW TanpaBeban ....
29
Tabel 4.2
PengujianSepeda Motor Listrik BLDC 3 KW DenganBeban ..
32
Tabel 4.3
PerbandinganPengujianTanpaBebandanMenggunakanBeban .
36
viii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 LatarBelakang Transportasi adalah alat yang sangat membantu memudahkan masyarakat dalam menempuh perjalanan dengan berbagai media seperti darat, air maupun udara dengan waktu tempuh yang berbeda-beda. Seiring dengan berjalannya waktu alat transportasi di dunia ini semakin banyak dan tidak terhitung lagi jenis dan ragamnya sehingga energi yang di gunakan yakni energi fosil yang jumlahnya terbatas dari hari ke hari terus berkurang. Solusi untuk mengurangi penggunaan energi fosil pada alat transportasi adalah mengganti konsumsi energi fosil dengan energi lain, misalnya energi listrik. Kendaraan listrik adalah solusi yang sangat baik untuk menjaga lingkungan di samping mengurangi penggunaan energy fosil kendaaraan listrik tidak mengeluarkan zat sisa atau dengan kata lain emisi yang di hasilkan tidak ada sehingga udara sekitar tidak tercemar. Selain itu kendaraan listrik pada masa depan menuju konsep kendaraan yang hemat energi dan ramah lingkungan. Hal inilah yang mendorong pelaku industry otomotif nasional mulai mengembangkan kendaraan mobil atau sepeda motor listrik. Cara kerja sepeda motor listrik pada dasarnya sama dengan sepeda motor bertenaga bahan bakar minyak dimana kendaraan itu didorong oleh sebuah mesin, dan mesin tersebut membutuhkan bahan bakar. perbedaan utama adalah bahan bakar minyak pada sepeda motor konvensional diganti dengan baterai dalam bentuk energi listrik.
9
Pada tahun 2017 telah dibuat sepeda motor listrik menggunakan Brushless DC(BLDC) dengan kapasitas 350 W oleh Jandriko Manalu yang merupakan mahasiswa Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. Padapenelitian kali iniakan dibuatsepeda motor listrikmenggunakan Brushless DC(BLDC) 3 KW denganbaterai lithium polimer 48 V 25 Ah sebagai sumber energi listrik sehingga motor listrik dapat berputar dan dihubungkan ke roda belakang menggunakan gir rantai. Selanjutnya akan dilakukan pengujian untuk mengetahui tingkat efisiensi dari baterai yang digunakan dalam penelitian sepeda motor listrik ini.
1.2 RumusanMasalah Adapunrumusanmasalahdaripenelitianiniadalah : 1. Besarefisiensidaribaterai yang dihasilkandarisetiap kali pengisianulang. 2. Pengaruh faktor pembebanan terhadap kinerja baterai. 3. Upaya yang dapatdilakukanuntukmeningkatkanefisiensibaterai.
1.3 TujuanPenelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh besar daya motor Brushless DC(BLDC) 3 KW terhadap penggunaan baterai Lithium Polymer 48 V 25 Ah.
Universitas Sumatera Utara
1.4 ManfaatPenelitian Adapun manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah mengetahui efisiensi baterai Lithium Polymer 48 V 25 Ah dalam melayani beban dari motorBrushless DC(BLDC) 3 KW pada sepeda motor listrik. 1.5 Batasan Masalah Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Mengalanisis tingkat efisiensi baterai. 2. Hanya komponen-komponen utama pada sepeda motor listrik ini saja yang akan dibahas. 3. Mengabaikan cuaca dan faktor dari lintasan. 1.6 MetodologiPenelitian 1.6.1 MetodePengumpulan Data Metodepenelitian
yang
akandigunakandalammengumpulkan
data-data
adalahsebagaiberikut : 1. Metodereferensi Metodeiniadalahmencari semuapihak
yang
dan
mengerti
mengumpulkan dan
interview
memahamiperencanaan
pada dan
rancangbangunalatini. 2. Metodeobservasi Metodeiniadalahmencari dan menggandakanpengamatantentangalatalatsejenis
yang
ada,
sepertiinformasibahan-bahan
digunakanbaikdarijenismaupunharganyasertasegalasesuatu
yang yang
berhubungandenganperencanaan dan rancangbangunalatini.
Universitas Sumatera Utara
1.6.2 LokasiPenelitian Tabel 1.1 Lokasipenelitian Perancangan
Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi
dan pengukuranalat : Pengujianalat :
1. LaboratoriumKonversiEnergiListrikDepartemen Teknik Elektro FT USU 2. Stadion Mini USU
1.7 SistematikaPenulisan Adapunsistematikadalampenulisantugasakhiriniadalah : BAB I
:
PENDAHULUAN Bab
inimerupakanpendahuluan
yang
berisilatarbelakangmasalah, tujuan dan manfaatpenulisan, Batasan masalah, metode dan sistematikapenulisan. BAB II
:
LANDASAN TEORI Bab
iniberisipenjelasantentangsepeda
motor
listrik,
prinsipkerja, komponenseperti motor BLDC, kontroler, dan baterai. BAB III
:
PERANCANGAN SISTEM KESELURUHAN Bab iniberisipenjelasantentangperancangansepeda motor listrik.
BAB IV
:
HASIL DAN PEMBAHASAN Bab iniberisitentanghasilpengujianataupengambilan data efisiensibaterai.
BAB V
:
PENUTUP Bab iniberisitentangkesimpulan dan saran. Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sepeda Motor Listrik Sepeda motor listrik adalah sebuah sepeda motor menggunakan energi listrik sebagai sumber penggeraknya, berbeda dengan sepeda motor pada umumnya yang menggunakan Bahan Bakar Minyak (BBM) dan minyak sebagai sumber penggerak. Disini saya merancang sebuah sepeda motor listrik dan energi listrik sebagai penggeraknya dan menggunakan energi listrik sebagai sumber tenaga yang dihasilkan oleh baterai. Di dalam rancang bangun sepeda motor listrik ini, Sumber tenaga yang di gunakan adalah daya Motor Brushless DC (BLDC), sehingga Motordengan bantuan baterai sebagai sumber energi listrik sehingga motordapat berputar dan di hubungkan ke roda belakang menggunakan gir rantai. Sedangkan sistem kelistrikan yang di rancang untuk sepeda motor listrik ini terlihat seperti pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Sistem Kelistrikan Sepeda Motor Listrik [3]
Universitas Sumatera Utara
2.2
Sejarah Baterai Pada tahun 1774, Volta menemukan electrophorus atau sebuah perangkat
yang bisa menghasilkan listrik statis. Setelah 5 tahun di Royal School, Alessandro Volta dipanggil untuk menjadi profesor di University of Pavia pada tahun 1779. Di tempat tersebut, dia menemukan “tumpukan volta”, metode praktis pertama untuk memproduksi listrik.
Tumpukan volta dibuat dengan menumpuk piringan tembaga dan cakram seng secara berselingan dengan potongan karton yang dicelupkan dalam air garam ditempatkan di antara kedua piringan tersebut. Tumpukan tersebut mampu menghasilkan arus listrik. Penemuan ini diakui sebagai baterai pertama yang menghasilkan arus listrik secara konsisten dan dapat diandalkan.
Selain berasal dari penemuan oleh fisikawan Italia, ternyata sejarah perkembangan baterai juga terjadi di Baghdad. Penemuan ini berawal ketika sebuah silinder tembaga diletakkan di tengah-tengah batang besi dalam larutan yang tidak diketahui. Larutan ini belakangan disebut elektrolit dan peristiwanya dikenal sebagai ionisasi larutan elektrolit.
Baterai yang ditemukan di Baghdad merupakan salah satu artifak kuno yang paling membingungkan para ilmuwan maupun arkeolog. Pada tahun 1930 silam, pada sebidang makam kuno di luar Baghdad (Khujut Rabula), beberapa arkeolog yang melakukan penggalian di sana menemukan sebuah artifak yang diduga merupakan satu set baterai kimia yang usianya telah mencapai 2000 tahun lebih.
Universitas Sumatera Utara
Artifak aneh tersebut terdiri atas sebuah silinder tembaga, batang besi, serta aspal yang disusun sedemikian rupa dalam sebuah jambangan kecil (tinggi 14 cm dan diameter 8 cm) yang terbuat dari tanah liat. Setelah para ahli mereka ulang, ternyata memang benar didapati bahwa artifak tersebut merupakan sebuah baterai elektrik kuno. Para peneliti berhasil memperoleh tegangan sebesar 1,5 volt dari artifak batu baterai elektrik tersebut, yang bekerja nonstop selama 18 hari dengan cara memasukkan cairan asam ke dalam jambangannya, misalnya air jeruk (sunkist atau lemon lebih bagus), H2SO4, serta semua larutan golongan elektrolit.
Usia artifak baterai kuno ini diperkirakan berkisar 2.000 – 5.000 tahun, jauh sebelum Alessandro Volta (Italia) membuat baterai pertama kali pada tahun 1800 M serta Michael Faraday (Inggris) menemukan induksi elektromagnetik dan hukum elektrolisis pada tahun 1831 M yang jarak penemuannya hingga kini mencapai sekitar 200 tahun lebih. Temuan ini tentunya dapat mengubah pandangan manusia masa kini akan kemajuan teknologi yang telah dicapai oleh peradaban manusia masa lalu.
Baterai Nickel Cadmium (Ni-Cad) yang merupakan baterai yang dibuat dari campuran Nikel dan Cadmium, diproduksi pertama kali setelah penemuan artifak batu baterai di Baghdad yang membuat perhatian dunia tertuju ke arah penelitian tentang pembuatan dan pengembangan baterai yakni pada tahun 1946. Namun memiliki kekurangan yakni ada pada biaya pembuatan yang mahal, kapasitas berkurang jika baterai tidak dikosongkan (memory effect), dan tidak ramah lingkungan (beracun). Kemudian pada tahun 1980, baterai Nickel Metal
Universitas Sumatera Utara
Hydride (NiMH) dikembangkan dengan kapasitas lebih besar dan tidak menggunakan senyawa kimia yang berbahaya bagi lingkungan.
Namun, seiring dengan perkembangan teknologi, baterai ini dianggap kurang mampu menangani perangkat eletronik yang baru. Pada perkembangan selanjutnya adalah baterai Lithium-Ion yang ditemukan pertama kali tahun 1960 di Bell Labs. Baterai ini paling banyak digunakan untuk perangkat elektronik karena rasio energi dan berat paling baik, tanpa memory effect (bisa diisi ulang kapan saja), bentuk sangat fleksibel, ringan, dan kehilangan daya saat digunakan paling kecil. Namun sayangnya, kekurangan dari baterai ini adalah umur pakainya tergantung dari lama pembuatan dan seringnya frekuensi isi ulang. Maka dari itu, muncullah baterai Lithium-Polymer.
2.3
Jenis-Jenis Baterai Baterai terbagi menjadi dua jenis, yaitu single use dan juga rechargeable.
Untuk lebih jelasnya, berikut ini adalah penjelasan mengenai jenis-jenis baterai.
a. Baterai Single Use
Gambar 2.2 Baterai Single Use
Universitas Sumatera Utara
Baterai single use atau sekali pakai ini merupakan baterai yang paling sering ditemukan di pasaran, hampir semua toko dan supermarket menjualnya. Hal ini dikarenakan penggunaannya yang luas dengan harga yang lebih terjangkau. Baterai jenis ini pada umumnya memberikan tegangan 1,5 Volt dan terdiri dari berbagai jenis ukuran seperti AAA (sangat kecil), AA (kecil) dan C (medium) dan D (besar). Disamping itu, terdapat juga Baterai Primer (sekali pakai) yang berbentuk kotak dengan tegangan 6 Volt ataupun 9 Volt.
Untuk baterai jenis ini terbagi lagi menjadi beberapa jenis yang berbeda, antara lain :
•
Baterai Zinc-Carbon Baterai Zinc-Carbon juga disering disebut dengan Baterai “Heavy Duty” yang
sering kita jumpai di toko-toko ataupun Supermarket. Baterai jenis ini terdiri dari bahan Zinc yang berfungsi sebagai Terminal Negatif dan juga sebagai pembungkus Baterainya. Sedangkan Terminal Positifnya adalah terbuat dari Karbon yang berbentuk Batang (rod). Baterai jenis Zinc-Carbon merupakan jenis baterai yang relatif murah dibandingkan dengan jenis lainnya.
•
Baterai Alkaline (Alkali) Baterai Alkaline ini memiliki daya tahan yang lebih lama dengan harga yang
lebih mahal dibanding dengan Baterai Zinc-Carbon. Elektrolit yang digunakannya adalah Potassium hydroxide yang merupakan Zat Alkali (Alkaline) sehingga namanya juga disebut dengan Baterai Alkaline. Saat ini, banyak Baterai yang menggunakan Alkaline sebagai Elektrolit, tetapi mereka menggunakan bahan aktif lainnya sebagai Elektrodanya. Universitas Sumatera Utara
•
Baterai Lithium Baterai Primer Lithium menawarkan kinerja yang lebih baik dibanding jenis-
jenis Baterai Primer (sekali pakai) lainnya. Baterai Lithium dapat disimpan lebih dari 10 tahun dan dapat bekerja pada suhu yang sangat rendah. Karena keunggulannya tersebut, Baterai jenis Lithium ini sering digunakan untuk aplikasi Memory Backup pada Mikrokomputer maupun Jam Tangan. Baterai Lithium biasanya dibuat seperti bentuk Uang Logam atau disebut juga dengan Baterai Koin (Coin Battery). Ada juga yang memanggilnya Button Cell atau Baterai Kancing.
•
Baterai Silver Oxide Baterai Silver Oxide merupakan jenis baterai yang tergolong mahal dalam
harganya. Hal ini dikarenakan tingginya harga Perak (Silver). Baterai Silver Oxide dapat dibuat untuk menghasilkan Energi yang tinggi tetapi dengan bentuk yang relatif kecil dan ringan. Baterai jenis Silver Oxide ini sering dibuat dalam dalam bentuk Baterai Koin (Coin Battery) / Baterai Kancing (Button Cell). Baterai jenis Silver Oxide ini sering dipergunakan pada Jam Tangan, Kalkulator maupun aplikasi militer.
Universitas Sumatera Utara
b. Baterai Rechargeable
Gambar 2.3 Baterai Rechargeable
Baterai rechargeable adalah jenis baterai yang dapat di isi ulang atau Rechargeable Battery. Pada prinsipnya, cara Baterai Sekunder menghasilkan arus listrik adalah sama dengan Baterai Primer. Hanya saja, reaksi kimia pada Baterai Sekunder ini dapat berbalik (Reversible). Pada saat Baterai digunakan dengan menghubungkan beban pada terminal Baterai (discharge), Elektron akan mengalir dari Negatif ke Positif.
Sedangkan pada saat Sumber Energi Luar (Charger) dihubungkan ke Baterai Sekunder, elektron akan mengalir dari Positif ke Negatif sehingga terjadi pengisian muatan pada baterai. Jenis-jenis Baterai yang dapat di isi ulang (rechargeable Battery) yang sering kita temukan antara lain seperti Baterai Ni-cd (Nickel-Cadmium), Ni-MH (Nickel-Metal Hydride) dan Li-Ion (Lithium-Ion).
Sama halnya seperti baterai single use, baterai rechargeable juga terbagi lagi menjadi beberapa jenis, yaitu :
Universitas Sumatera Utara
•
Baterai Ni-Cd (Nickel-Cadmium) Baterai Ni-Cd (NIcket-Cadmium) adalah jenis baterai sekunder (isi ulang)
yang menggunakan Nickel Oxide Hydroxide dan Metallic Cadmium sebagai bahan Elektrolitnya. Baterai Ni-Cd memiliki kemampuan beroperasi dalam jangkauan suhu yang luas dan siklus daya tahan yang lama. Di satu sisi, Baterai Ni-Cd akan melakukan discharge sendiri (self discharge) sekitar 30% per bulan saat tidak digunakan. Baterai Ni-Cd juga mengandung 15% Tosik/racun yaitu bahan Carcinogenic Cadmium yang dapat membahayakan kesehatan manusia dan lingkungan hidup. Saat ini, penggunaan dan penjualan Baterai Ni-Cd (NickelCadmiun) dalam perangkat Portabel Konsumen telah dilarang oleh EU (European Union) berdasarkan peraturan “Directive 2006/66/EC” atau dikenal dengan “Battery Directive”.
•
Baterai Ni-MH (Nickel-Metal Hydride) Baterai Ni-MH (Nickel-Metal Hydride) memiliki keunggulan yang hampir
sama dengan Ni-Cd, tetapi baterai Ni-MH mempunyai kapasitas 30% lebih tinggi dibandingkan dengan Baterai Ni-Cd serta tidak memiliki zat berbahaya Cadmium yang dapat merusak lingkungan dan kesehatan manusia. Baterai Ni-MH dapat diisi ulang hingga ratusan kali sehingga dapat menghemat biaya dalam pembelian baterai. Baterai Ni-MH memiliki Self-discharge sekitar 40% setiap bulan jika tidak digunakan. Saat ini Baterai Ni-MH banyak digunakan dalam Kamera dan Radio Komunikasi. Meskipun tidak memiliki zat berbahaya Cadmium, Baterai Ni-MH tetap mengandung sedikit zat berbahaya yang dapat merusak kesehatan manusia dan lingkungan hidup, sehingga perlu dilakukan daur ulang (recycle) dan tidak boleh dibuang di sembarang tempat. Universitas Sumatera Utara
•
Baterai Li-Ion (Lithium-Ion) Baterai jenis Li-Ion (Lithium-Ion) merupakan jenis Baterai yang paling
banyak digunakan pada peralatan Elektronika portabel seperti Digital Kamera, Handphone, Video Kamera ataupun Laptop. Baterai Li-Ion memiliki daya tahan siklus yang tinggi dan juga lebih ringan sekitar 30% serta menyediakan kapasitas yang lebih tinggi sekitar 30% jika dibandingkan dengan Baterai Ni-MH. Rasio Self-discharge adalah sekitar 20% per bulan. Baterai Li-Ion lebih ramah lingkungan karena tidak mengandung zat berbahaya Cadmium. Sama seperti Baterai Ni-MH (Nickel- Metal Hydride). Meskipun tidak memiliki zat berbahaya Cadmium, Baterai Li-Ion tetap mengandung sedikit zat berbahaya yang dapat merusak kesehatan manusia dan Lingkungan hidup, s sehingga perlu dilakukan daur ulang (recycle) dan tidak boleh dibuang di sembarang tempat.
2.4
Lithium Polymer (LiPo) Lithium-Polymer (Li-Po) merupakan pengembangan dari Li-Ion, yang
mulai digunakan untuk perangkat elektronik sejak tahun 1996. Biaya pembuatan Li-Po lebih murah dibandingkan Li-Ion, dan lebih tahan terhadap kerusakan fisik. Kapasitas penyimpanan energi Li-Po 20% lebih tinggi dibanding Li-Ion, 300% lebih tinggi dibandingkan daya simpan NiCad dan NiMH. Tetapi karena produksinya belum sebanyak baterai Li-Ion, harga jual dari baterai yang satu ini masih lebih mahal.
Universitas Sumatera Utara
Baterai merupakan bagian yang cukup vital pada sepeda motor listrik dalam hal menyimpan energi untuk dapat digunakan sebagai daya penggerak motor dan kontrolnya. Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana pada saat pengisian / charge energi listrik diubah menjadi energi kimia dan saat pengeluaran / discharge energi kimia diubah menjadi energi listrik (ketika baterai tersebut memberikan arus). Adapun baterai yang digunakan pada sepeda motor listrik ini dapat dilihat pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Baterai Baterai berfungsi sebagai sumber untuk menyediakan daya arus searah (dc) yang akan disuplai ke controller. Pemilihan kapasitas baterai berdasarkan spesifikasi dari motor dc brushless. Baterai merupakan sumber energi untuk menggerakkan motor Brushless DC.Volt disesuaikan dengan spesifikasi motor penggerak. Untuk Ampere, makin besar akan memberikan daya jangkau yang lebih jauh. Baterai biasa disimpan dengan dudukan di bagian belakangan, di frame tengah atau paling praktis di depan stang. Tapi jika baterai cukup berat biasa dipasang di belakang demi kestabilan & keseimbangan.
Universitas Sumatera Utara
Baterai LiPo tidak menggunakan cairan sebagai elektrolit melainkan menggunakan elektrolit polimer kering yang berbentuk seperti lapisan plastik film tipis. Lapisan film ini disusun berlapis-lapis diantara anoda dan katoda yang mengakibatkan pertukaran ion. Dengan metode ini baterai LiPo dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran. Mengingat baterai lithium termasuk dalam kategori baterai sekunder atau rechargeable battery, maka baik reaksi reduksi maupun oksidasi terjadi ketika sedang diisi muatan listrik (charge) dan ketika dikosongkan/dilepas muatan listrik (discharge). Sebelum digunakan baterai lithium terlebih dahulu di charge, yang berarti bahwa aliran elektron dari sumber tegangan mengalir dari katoda ke anoda. Untuk kesetimbangan muatan, ion-ion lithium dari katoda mengalir melalui elektrolit dan separator menuj kutub anoda hingga kondisi ekuilibrium tercapai (baterai 100% charged). Ketika bataerai lithium dipakai, kondisi sebaliknya terjadi. Muatan listrik dalam bentuk elektron mengalir daria Kutub anoda melalui beban ke kutub katoda. Untuk mengimbangi pergerakan ini, ion-ion lithium yang berasal dari kutub anoda mengalir melalui elektrolit dan menembus pori-pori separator menuju kutub katoda. Kejadian ini terus menerus terjadi hingga seluruh muatan ion di katoda
habis
atau
mengalami
kesetimbangan
muatan.
Setelah
baterai
kosong/habis, proses charging kembali dilakukan. Adapun kelebihan dan kekurangan dari baterai Lithium Polymer (LiPo) adalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Kelebihan baterai LiPo : •
Baterai LiPo memiliki bobot yang ringan dan tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran.
•
Baterai LiPo memiliki kapasitas penyimpanan energi listrik yang besar.
•
Daya lebih tahan lama.
•
Resiko baterai bocor minimal.
Kelemahan baterai LiPo : •
Harga baterai LiPo tergolong mahal.
•
Usia baterai LiPo tergolong pendek (sekitar 300-400 kali siklus pengisian ulang).
•
Alasan keamanan, baterai LiPo menggunakan bahan elektrolit yang mudah terbakar.
2.5
Controller Controller ini berfungsi sebagai pengaturan daya untuk menggerakkan
motor dc brushless. Controller yang digunakan memiliki 3 konektor. Konektor pertama terhubung dengan pedal gas sebagai pengendali kecepatan. Konektor kedua terhubung dengan baterai sebagai penyuplai energi. Konektor ketiga terhubung dengan motor Brushless DC.
Universitas Sumatera Utara
Controller adalah komponen utama yang mengatur putaran motor. Controller ideal adalah menyesuaikan motor yang digunakan apabila motor yang digunakan 3KW maka controller yang digunakan harus 3KW atau lebih besar. Adapun controller yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Controller Motor DC Brushless[3] 2.6
Motor DC Motor DC menggunakan magnet permanen dapat digolongkan
menjadi 2 jenis. Yaitu jenis motor DC menggunakan brush/sikat dan motor DC tanpa menggunakan Brush / sikat. 2.6.1
Motor Brushed DC Jenis motor brushed DC Ini adalah jenis motor DC yang pada
umumnya
dan
sering
di
jumpai
di
mobil
mainan
tamiya
hingga
dynamo stater sepeda motor adalah motor jenis Brushed DC. Konsep motor Brushed DC sangat sederhana hanya terdiri kumparan yang berperan sebagai rotor lalu magnet permanen berperan sebagai stator. Kontroller motor DC brushed adalah yang paling sederhana. Motor ini Universitas Sumatera Utara
dapat
dikontroller
dengan
mudah
oleh
variasi
tegangan
(voltage
controll) ataupun variasi Arus dengan PWM (Amper Controll with Pulse Wide Modulation). Adapun skema dari motor DC dapat dilihat pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Skema Motor DC[3] Keunggulan motor DC brushed: •
Desain sederhana dan harga murah.
•
Dapat digunakan pada tegangan rendah.
•
Sistem
kontroller
tidak
terlalu
sulit,
harga
controller
murah. •
Mudah dalam perawatan dan perbaikan
•
Memiliki torsi yang bagus
Kelemahan motor DC brushed: •
Efisiensi rendah
•
Cocok apabila pada tegangan kerja yang tinggi, idealnya kurang dari 100 V
•
Top speed terbatas
Universitas Sumatera Utara
•
Sikat/Brush butuh perawatan lebih. Contoh motor DC Brushed adalah: motor starter sepeda motor,
dynamo mobil mainan, motor penggerak otopad listrik, dll. 2.6.2
Motor Brushless DC (BLDC) Motor Brushless DC (BLDC) adalah motor yang paling sering
digunakan kendaraan listrik kelas kecepatan menegah. Motor ini tidak lagi
menggunakan
Brush/sikat.
Apabila
pada
motor
Brushed
DC
kumparan beperan sebagai rotot, pada motor BLDC magnet permanet yang beperan sebagai rotor. Sebagai pemindah saat eksekusi phase motor BLDC membutuhkan bantuan Hall sensor untuk mengetahui letak untuk
posisi dapat
magnet.
Motor
berputar,
karena
BLDC
wajib
membutuhkan
menggunakan pengolah
kontroller data
yang
diberikan oleh hall sensor. Keunggulan motor BLDC adalah: •
Torsi yang bagus
•
Efisiensi yang tinggi
•
Memiliki ketahanan yang bagus dalam pemakaian lama.
•
Dapat bekerja optimal pada semua rentang putaran rpm.
•
Motor BLDC adalah yang terbaik dalam kerja putaran rendah.
Kelemahan motor BLDC adalah: •
Membutuhkan controller
•
Top speed yang terbatas
•
Power weight ratio yang rendah
Universitas Sumatera Utara
•
Tidak ideal dalam daya yang besar, daya maksimal 30KW
•
Tidak ideal dalam tegangan yang tinngi, tegangan maksimal 200V Contoh pengunaan Motor BLDC adalah pada kendaraan listrik kelas
menengah, seperti sepeda motor listrik dan sepeda listrik. Selain itu FAN computer dan motor ECS helicopter listrik mainan juga menggunakan motor BLDC. Adapun motor BLDC 3 KW yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 2.7.
Gambar 2.7 Motor BLDC 3 KW Motor-motor
memiliki
beberapa
loop
pada
dinamo
untuk
memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya di hasilkan oleh susunan elektromagnetik yang di sebut kumparan medan. Dalam memahami sebuah motor, penting untuk di ketahui apa itu beban motor . Beban motor mengacu pada keluaran tenaga putar/torque sesuai dengan kecepatan yang di perlukan. Pada umumnya beban dapat di kategorikan menjadi tiga kelompok : 1.
Beban torque
konstan adalah beban dimana permintaan
keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun
Universitas Sumatera Utara
torquenya tidak bervariasi. Contoh dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan. 2.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque
yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel
torque
adalah
Pompa
santrifugal
dan
fan
(torque
beban
dengan
terbalik
dengan
bervariasi sebagai kuadrat kecepatan) 3.
Beban
permintaan
dengan torque
energi berubah
konstan dan
adalah
berbanding
kecepatan. Contoh beban dengan energi konstan adalah peralatanperalatan mesin. 2.7 Handle Gas Handle gas ini digunakan untuk mengatur kecepatan putar motor dc. Pedal gas ini terhubung dengan controller yang akan memberikan sinyal ke controller sehingga dapat mengatur kecepatan sepeda motor listrik. Pedal gas ini mempunyai pengaturan kecepatan pada low speed dan high speed.
2.8
Pengujian Efisiensi Motor Beberapa parameter penting dalam sepeda motor listrik adalah Torsi, Daya
dan Kecepatan Roda, alasannya karena ketiga parameter inilah yang digunakan untuk menentukan efisiensi sebuah motor. 2.9
Torsi Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja yakni
menggerakkan atau memindahkan mobil atau motor dari kondisi diam hingga berjalan, jadi torsi adalah suatau energi. Besarnya torsi adalah besaran turunan
Universitas Sumatera Utara
yang biasa digunakan untuk menghitung energi yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya. Adapun perumusan dari torsi adalah sebagai berikut. Apabila suatu benda berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal seperti sebesar F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebagai b, dengan data tersebut torsinya adalah[7] T = F x b (N.m) ..............................................................(2.1) Dengan :
T = Torsi benda berputar (N.m) b = Jarak benda ke pusat rotasi (m) F = Gaya yang berputar (N)
Karena adanya torsi inilah yang menyebabkan benda berputar terhadap porosnya, dan benda akan berhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan besar sama dengan arah yang berlawanan. Pada motor brushles DC berlaku rumus untuk mencari torsi sebagai berikut[7] :
T = 5252 P / N ................................................................................(2.2) Dimana :
5252 = Konstanta
T = Torsi ( Nm )
P = Daya (HP )
N = Rotasi (Rpm)
2.10
Daya Motor
Universitas Sumatera Utara
Perhitungan daya pada Motor Brushless DC adalah daya konsumsi dari motor listrik yang melibatkan arus konsumsi motor listrik dan tegangan dari baterai. Maka secara teoritis adalah sebagai berikut[7] :
P = I x V .....................................................................................(2.3) Dimana:
P = Daya (Watt) I = Arus (A) V = Tegangan (V)
Untuk mendapatkan nilai daya, ada 2 variabel yang diperlukan yaitu : 1) Tegangan Listrik ( Voltase ) Tegangan listrik adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Dalam dunia kendaraan listrik Voltase sangat erat kaitannya dengan jumlah baterai. Baterai yang disusun seri akan menyebabkan voltase ditambahkan. Misal 12V diseri dengan 6V maka tegangan total adalah 18V. Dalam merangkai baterai secara seri memang boleh dalam voltase yang berbeda, Namun apabila paralel voltase harus sama karena apabila volt berbeda maka aka terjadi Short sebesar beda V tersebut.Voltase yang sering digunakan dalam kendaraan listrik adalah 24V, 36V,48 V, 60V, 72V dan 84V. Alat untuk mengukur Volt adalah Voltmeter, cara pemasangan voltmeter adalah susunan pararel. Yaitu satu pin terhubung positif dan satu pin terhubung negatif.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Pengukuran Tegangan Listrik 2) Arus Listrik Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu, dalam Satuan Internasional memiliki lambang I dan disebutkan dalam satuan Amper. konsep yang harus kita pegang tentang arus listrik adalah: Arus mengalir sesuai kebutuhan beban . Semakin beban meminta besar maka arus yang mengalir semakin besar, begitupula sebaliknya. Linieritas dari hal itu maka ukuran kabel sangat erak kaitannya dengan besarnya Amper yang mengalir. Arus yang kecil dibawah 5A bisa menggunakan kabel 3mm, untuk amper 10-20 A bisa menggunakan kabel yang 5mm. Amperhour adalah satuan kapasitas aki/baterai/catu daya, atau amper yang mampu dialirkan dalam waktu 1 jam. Jadi Ah itu ibarat tangki penampungan. Bukan berarti sebuah kapasitas 10Ah hanya maksimum mengeluarkan 10 A. Setiap jenis baterai memiliki kemampuan mengeluarkan A yang melebihi kapasitas Ah nya. Misal aki mobil 45Ah yang mampu mengeluarkan arus 210A ketika starter mesin. Disini banyak pengguna kendaraan listrik yang masih salah kaprah. Ada beberapa persepsi yang salah seperti baterai 7 Ah tidak bisa mengeluarkan arus lebih dari 7A atau sepeda listrik yang baterai aslinya 12V 12Ah kalau diganti Universitas Sumatera Utara
baterai mobil 45Ah bisa terbakar kontrollernya, ada juga yang berpersepsi baterai kalau disusun seri juga ikut dijumlahkan. Alat untuk mengukur arus listrik adalah Ampermeter. Cara pemasangan ampermeter adalah susunan seri, yaitu memutus jalur rangkaian.
Gambar 2.9 Pengukuran Arus Listrik 2.11
Kecepatan Roda Indikator penting pada sebuah kendaran yaitu RPM mesin.Indikator
tersebut biasanya berupa meter penunjuk (Gauge) berbentuk lingkaran atau busur lingkaran dengan angka-angka dan sebuah jarum penunjuk. Meter penunjuk ini disebut dengan RPM metrer atau Tachometer. Angka yang tertera tachometer biasanya antara 1 sampai10, masing-masing angka menunjukkan angka ribuan. Jadi saat jarum tachometer menunjukkan angka 2, Berarti putaran poros engkol mesin adalah 2000 rpm. Adapun RPM digunakan untuk mengukur daya keluaran dari motor[7]: Pout = T x 𝜔𝜔.............................................................................(2.4)
Dimana :Pout = daya output dari motor (W) T
= Torsi (Nm)
𝜔𝜔 = Kecepatan angular (rad/s)
Universitas Sumatera Utara
BAB III PERANCANGAN SISTEM KESELURUHAN 3.1 Umum Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan perangkat-perangkat yang akan digunakan dalam pembuatan sepeda motor listrik yang meliputi sistem kerangka, motor BLDC, kontroler dan baterai. Dengan demikian perancangan sepeda motor listrik ini dapat dipertanggungjawabkan. Langkah-langkah yang telah diterapkan adalah penetapan tempat dan waktu penelitian, penetapan prosedur percobaan dan membuat diagram alur pengujian. 3.2 Waktu dan Pelaksanaan Perancangan dan pembuatan alat telah dilakukan pada bulan Maret 2018 di laboratorium tegangan tinggi FT USU dan pengujian telah dilakukan pada bulan Agustus 2018 di laboratorium konversi energi listrik FT USU dan stadion mini USU. 3.3 Alat dan Bahan Adapun peralatan-peralatan yang digunakan dalam perancangan dan pengujian sepeda motor listrik adalah sebagai berikut : 1. Rangka sepeda motor CB 100 2. Motor BLDC 3. Kontroler motor BLDC 4. Baterai 48 Volt 25 Ah 5. Charger 48 Volt 6. Potensiometer
35
3.4 Diagram Alir Perencanaan Sepeda Motor Listrik Diagram alir menunjukkan tahapan-tahapan yang dilakukan dalam perancangan. Diagram alir penelitian ditujukkan oleh Gambar 3.1
MULAI IDE, RANCANA MERANCANG, IDE Merancang Berhasil
Tidak
Ya MEMBELI SUKU CADANG MEMBUAT KENDARAAN LISTRIK UJI COBA
Tidak
Ya PENGAMBILAN DATA ANALISA DATA & KESIMPULAN SELESAI
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
Universitas Sumatera Utara
3.5
Prosedur Pelaksanaan Adapun prosedur dalam pembuatan tugas akhir ini terdiri dari beberapa
tahap pengerjaan, yaitu : 1. Pemilihan komponen untuk perakitan sepeda motor listrik Dalam pemilihan komponen untuk sistem pemindahan tenaga sepeda motor listrik dilakukan dengan cara memilih spesifikasi sesuai kebutuhan seperti : •
Memilih besi profil L dan besi strip untuk kedudukan baterai.
•
Memilih besi strip untuk kedudukan baterai.
•
Memilih rangka motor sebagai kedudukan komponen sepda motor listrik.
•
Memilih motor BLDC sebagai penggeraknya.
•
Memilih kontroler BLDC sebagai pengatur motor BLDC.
•
Memilih handle gas sebagai pengatur kecepatan yang keluar pada motor BLDC.
2. Perakitan Proses perakitan sepeda motor listrik dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : •
Membuat kedudukan motor BLDC.
•
Membuat kedudukan baterai dan kontroler.
•
Pengecatan rangka.
•
Pemasangan baterai di serikan
•
Penyambungan kabel motor BLDC kekontroler.
Universitas Sumatera Utara
3.6
•
Penyambungan kabel kontroler ke baterai.
•
Penyambungan kabel handle gas ke kontroler.
Perancangan Kerangka Sepeda Motor Listrik Bentuk sepeda motor listrik yang akan di rancang menggunakan rangka
dasar Sepeda Motor CB 100. Karena suku cadang yang digunakan pada CB 100 tidak terlalu banyak jadi dapat mengurangi berat yang besar sehingga efisien digunakan, mudah dirakit dan mudah dalam pemasangan perangkat elektronik yang dipasang. Oleh sebab itu pada saat perakitan sepeda motor listrik ini tidak banyak perubuhan dalam keaslian komponen dan mempertahankan model sepeda motor CB 100.
Gambar 3.2 Kerangka Sepeda Motor Listrik
3.7
Sistem Gear pada Sepeda Motor Listrik Gear adalah sebutan untuk roda gigi yang bekerja pada suatu system mesin
yang fungsinya adalah untuk mentransmisikan daya. Gear merupakan bagian mesin yang bentuk sederhananya bergerigi, dapat berputar dan biasanya
Universitas Sumatera Utara
terhubung dengan gear lain untuk mengirimkan torsi. Dua buah gear atau lebih yang bekerja bersama-sama akan menghasilkan tenaga mekanis melalui perputarannya. Pada penelitian ini sistem gearnya adalah dihubungkan menggunakan rantai. Gear utama yang disebalah kanan menyatu langsung dengan bagian motor BLDC dihubungkan dengan gear yang lebih kecil seperti pada Gambar 3.3 ini.
Gambar 3.3 Gear Pada Sisi Kanan Sepeda Motor Listrik Gear yang kecil yang sudah dapat transmisi daya langsung dari BLDC akan memutar gear yang sudah terhubung dengan as motor sehingga memutar gear yang berada pada sisi kiri pada sepeda motor seperti pada Gambar 3.4 ini.
Gambar 3.4 Gear Pada Sisi Kiri Sepeda Motor Listrik
Universitas Sumatera Utara
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1
Pemilihan Bahan dan Komponen Berikut adalah komponen serta bahan yang digunakan utuk merakit sepeda
motor listrik : 1. Besi Profil L dan Besi Strip Besi profil ini dipilih karena tidak terlalu besar dan berat saat dibuat untuk kedudukan baterai dan besi strip ini dipilih karena tidak berat yang mengakibatkan penambahan berat rangka tidak terlalu banyak. 2. Rangka Motor Bentuk sepeda motor listrik akan dirancang dan dibangun menggunakan rangka dasar Sepeda Motor CB 100. Karena suku cadang yang digunakan pada CB 100 tidak terlalu banyak jadi dapat mengurangi bebanyang besar sehingga efisien digunakan, mudah dirakit dan mudah dalam pelepasan perangkat elektronik yang dipasang. Oleh sebab itu pada saat perakitan sepeda motor listrik ini tidak banyak perubahan dalam keaslian komponen dan mempertahankan model sepeda motor CB 100. 3. Motor BLDC 3 KW •
Merek
: QSmotor
•
Tipe
: Hub motor with permanent magnet
•
Daya
: 3 KW
•
Rate Voltage : 72 V (48-144 can be optional)
40
4. Kontroler 3 KW •
Power
: 3 KW
•
Voltage
: 72 V
5. Handle gas Handle gas dipilih sesuai dengan tengangan motor BLDC yaitu 48 V dan terdapat indicator baterai yang dapa tmengetahui daya sisa baterai.
4.2
Proses Perakitan Sepeda Motor Listrik Adapun proses perakitan sepeda motor listrik adalah sebagai berikut : 1. Proses Pembuatan Kedudukan Baterai berikut adalah proses pembuatan kedudukan baterai : a. Potong besi profil L 4 buah. b. Kemudian las untuk menyambungkan besi profil L yang telah dipotong tadi seperti gambar berikut :
Gambar 4.1 Pengelasan Besi Kedudukan Baterai c. Gerinda bekas pengelasan.
2. Pembuatan Kedudukan Kontroler Universitas Sumatera Utara
Untuk pembuatan kontroler yaitu dengan kontroler dipasang pada bagian bawah tangki motor yang sudah di angkat kemudian disambungkan pada rangka motor menggunakan baut dan mur. 3. Proses Pemasangan BLDC 3 KW Berikut adalah proses pemasangan motor BLDC : a. Pasang motor BLDC pada bagian tengah bawah sepeda motor listrik. b. Kemudian pasang murk e as motor BLDC dan eratkan menggunakan kunci pas 21. c. Sambungkan kabel besar hijau, biru, kuning skun ring pada kontroler dengan baut heatsink atau bisa juga disambungkan melalui suatu terminal.
Gambar 4.2 Sambungan Kabel Motor ke Kontroler d. Sambungkan kabel dari handle gas ke kontroler.
Gambar 4.3 Sambungan Kabel Handle Gas ke Kontroler
4.3
Hasil Perancangan
Universitas Sumatera Utara
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat yang selanjutnya akan dianalisa, hal ini dimaksudkan untuk memperoleh data yang dibutuhkan dan untuk mengetahui kemampuan sepeda motor listrik yang direncanakan apakah bekerja sesuai dengan yang diharapkan dan berjalan sesuai dengan teori yang direncanakan. Dari hasil rancangan dan pembuatan sepeda motor listrik ini mempunyai hasil yang tampak pada gambar berikut ini.
Gambar 4.4 Sepeda Motor Listrik Tampak Sisi Kanan
Gambar 4.5 Sepeda Motor Listrik Tampak Sisi Kiri
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6 Sepeda Motor Listrik Tampak Depan
Gambar 4.7 Sepeda Motor Listrik Tampak Belakang
4.4
Spesifikasi Baterai Lithium Polymer (LiPo) Adapun spesifikasi baterai Lithium Polymer yang digunakan dalam
penelitian ini adalah sebagai berikut : •
Tegangan nominal
: 48 V
•
Nominal kapasitas
: 25 Ah
•
Daya
: 2000 W Universitas Sumatera Utara
•
RentangSuhu
: 20-55 ˚C
•
Beratbaterai
: 6 Kg
4.5
4.6
Data-data Dasar Komponen Utama Sepeda Motor Listrik •
Rangka
: CB 100
•
Motor
: Brushless gearless hub motor
•
Daya
: 3 KW
•
Kontroler
: 3 KW
•
Baterai
: 48 V 25 Ah
•
Lama pengisian
: 6 jam
Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban Hasil pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW tanpa beban ini
dilakukan dengan cara mengatur kecepatan dengan roda belakang diangkat sehingga tidak menyentuh lintasan. Adapun cara pengujian dapat dilihat pada Gambar 4.8.
Gambar 4.8 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban
Universitas Sumatera Utara
Berikut perhitungan dari pengujian yang dilakukan sebagai berikut : Tabel 4.1 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Tanpa Beban Kecepatan
Arus (A)
Tegangan (V)
Daya (W)
Efisiensi
10 Km/jam
1,74
48,02
83,55
6,96 %
20 Km/jam
2,13
48,20
102,66
8,52 %
30 Km/jam
2,53
48,66
143,4
11,78 %
40 Km/jam
3,09
48,76
150,6
12,35 %
Pada saat 10𝑘𝑘𝑘𝑘⁄𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 V
= 48,02 V
I
= 1,74 A
Pout = V x I Pout = 48,02 x 1,74 Pout = 83,55 Watt Pin
=VxI
Pin
= 48,02 x 25 = 1200,5 Watt
𝜂𝜂 = 𝜂𝜂 =
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑥𝑥100% 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
83,55 𝑥𝑥100% 1200,5
= 6,96 %
Untuk kecepatan 10 Km/jam didapatkan efisiensi sebesar 6,96 %.
Universitas Sumatera Utara
Pada saat 20𝑘𝑘𝑘𝑘⁄𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 V
= 48,02 V
I
= 2,13 A
Pout= V x I Pout= 48,20 x 2,13 Pout =102,66 Watt
Pin
= V x Ibaterai
Pin
= 48,20 x 25 = 1205 Watt
𝜂𝜂 =
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑥𝑥100% 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝜂𝜂 =
= 8,52 %
102,66 𝑥𝑥100% 1205
Untuk kecepatan 20 Km/jam didapatkan efisiensi sebesar 8,52 %
Pada saat 30km⁄jam V
= 48,66V
I
= 2,53A
Universitas Sumatera Utara
Pout= V x I Pout = 143,4 Watt
Pin
= V x Ibaterai
Pin
= 48,66 x 25 = 1216,5 Watt
𝜂𝜂 =
143,4 𝑥𝑥100% 1216,5
𝜂𝜂 =
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑥𝑥100% 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
= 11,78%
Untuk kecepatan 30 Km/jam didapatkan efisiensi sebesar 11,78 %
Pada saat 40𝑘𝑘𝑘𝑘⁄𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 V
= 48,76 V
I
= 3,09A
Pout = V x I = 150,6 Watt Pin
=VxI =48,76 x 25 =1219 Watt
Universitas Sumatera Utara
𝜂𝜂 =
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑥𝑥100% 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
𝜂𝜂 =
= 12,35%
150,6 𝑥𝑥100% 1219
Untuk kecepatan 40 Km/jam didapatkan efisiensi sebesar 12,35 % 4.7
Pengjian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Dengan Beban Hasil pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW dengan beban ini
dilakukan dengan menggunakan pengemudi yang berbobot 55 Kg. Adapun hasil pengujian adalah sebagai berikut : Tabel 4.2 Pengujian Sepeda Motor Listrik BLDC 3 KW Dengan Beban Kecepatan
Arus (A)
Tegangan (V)
Daya (W)
Efisiensi
10 Km/jam
1,82
47,8
86,99
7,2 %
20 Km/jam
2,03
47,66
96,74
8,12 %
30 Km/jam
2,93
47,2
138,29
11,72 %
40 Km/jam
3,09
48,76
150,6
17,2 %
Adapun hasil perhitungan yang didapat dari pengujian adalah sebagai berikut : Pada saat 10𝑘𝑘𝑘𝑘⁄𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 V
= 47,8 V
I
= 1,82 A
Pin
=VxI
Pin
= 47,8 x 25
Universitas Sumatera Utara
= 1195 Watt
Pout
=VxI
Pout
= 47,8 x 1, 82 = 86,99 Watt
𝜂𝜂 = 𝜂𝜂 =
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑥𝑥100% 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
86,99 𝑥𝑥100% 1195
= 7,2%
Untuk kecepatan 10 Km/jam didapatkan efisiensi sebesar 7,2%. Pada saat 20𝑘𝑘𝑘𝑘⁄𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 V
= 47,66 V
I
= 2,03 A
Pout
=VxI
Pout
= 47,66 x 2,03 = 96,7498 Watt
Pin
=VxI
Pin
= 47,66 x 25 = 1195 Watt
Universitas Sumatera Utara
𝜂𝜂 =
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑥𝑥100% 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝜂𝜂 =
= 8,12 %
96,7498 𝑥𝑥100% 1191
Untuk kecepatan 20 Km/jam didapatkan efisiensi sebesar 8,12 %
Pada saat 30𝑘𝑘𝑘𝑘⁄𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 V
= 47,2V
I
= 2,93A
Pout
=VxI = 47,2 x 2,93
Pout
= 138,296 Watt
Pin
=VxI
Pin
= 47,2 x 25 = 1180 Watt
𝜂𝜂 =
138,296 𝑥𝑥100% 1180
𝜂𝜂 =
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑥𝑥100% 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
= 11,72 %
Universitas Sumatera Utara
Untuk kecepatan 30 Km/jam didapatkan efisiensi sebesar 11,72 %
Pada saat 40𝑘𝑘𝑘𝑘⁄𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 V
= 46,3 V
I
= 4,3A
Pout = V x I = 46,3 x 4,3 = 199,09 Watt
Pin
=VxI = 46,3 x 25 = 1157,5 Watt
𝜂𝜂 =
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑥𝑥100% 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃
= 17,2 %
𝜂𝜂 =
199,09 𝑥𝑥100% 1157,5
Untuk kecepatan 40 Km/jam didapatkan efisiensi sebesar 17,2 %.
Universitas Sumatera Utara
4.8
Perbandingan Pengujian Tanpa Beban dan Menggunakan Beban Berikut perbandingan pengujian dari sepeda motor listrik menggunkan
BLDC 3 KW tanpa beban dan menggunakan beban ditunjukkan pada Tabel 4.3 Tabel 4.3 Perbandingan Pengujian Tanpa Beban dan Menggunakan Beban Pembanding
Tanpa Beban
Menggunakan Beban
Kecepatan
30 Km/jam
30 Km/jam
Jarak Tempuh Maksimum
29 Km
23 Km
Lama Baterai Bertahan
58 Menit
47 Menit
Besar Energi yang Terpakai
196,96 Wh
244,3 Wh
Dari tabel diatas didapatkan perbadingan yang diambil dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan yang sama dengan hasil yang berbeda, adapun penjabarannya adalah sebagai berkut : 1. Pada kondisi tanpa beban dengan kecepatan 30 Km/jam dengan jarak tempuh 29 Km dengan durasi baterai bertahan selama 58 menit I=P/V = 196,96 / 48 = 4,103 A Daya baterai = 5 Ah Maka, 5 / 4,103 = 1,218
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi baterai 80% = 1,218 x 0,8 = 0,97 0,97 x 60 menit = 58,2 menit Jadi lama baterai bertahan 58 menit.
2. Pada kondisi dengan beban dengan kecepatan 30 Km/jam dengan jarak tempuh 23,4 Km dengan durasi baterai bertahan selama 47 menit I=P/V = 244,3 / 48 = 5,089 A Daya baterai = 5 Ah Maka, 5 / 5,089 = 0,98 Efisiensi baterai 80% = 0,98 x 0,8 = 0,78 0,78 x 60 menit = 47,24 menit Jadi lama baterai bertahan 47,24 menit.
Universitas Sumatera Utara
BAB V PENUTUP 5.1
Kesimpulan Adapun kesimpulan yang di dapat pada pengujian ini adalah sebagai
berikut : 1. Semakin tinggi kecepatan dari sepeda motor listrik maka efisiensi akan semakin tinggi dikarenakan daya torsi yang semakin kecil sehingga menghemat energi pemakaian daya baterai. 2. Didapatkan efisensi tertinggi dengan keadaan berbeban adalah sebesar 17,2 % yaitu saat kecepatan 40 Km/jam. 3. Didapatkan efisensi tertinggi dengan keadaan tanpa beban adalah sebesar 12,3 % yaitu saat kecepatan 40 Km/jam. 4. Efisiensi yang rendah diakibatkan karena terdapat rugi-rugi dalam transmisi kelistrikan pada sepeda motor listrik dan ketidaksesuaian pemilihan komponen.
5.2
Saran Adapun saran untuk penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Efisiensi sistem transmisi sepeda motor listrik perlu ditingkatkan agar mendapatkan hasil pengujian spesifikasi yang lebih akurat. 2. Pemilihan komponen yang sesuai akan menambah tingkat efisiensi yang lebih baik.
55
3. Dalam perancangan sebuah sepeda motor listrik perlu diperhatikan mengenai berat total karena sangat mempengaruhi kinerja sepeda motor listrik. 4. Penggantian baterai dengan kapasitas yang lebih besar mampu memaksimalkan pencapaian sepeda motor listrik.
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR PUSTAKA [1]
Drs. Buntarto, M.Pd. “Sepeda Motor Listrik”, Pustakabarupress, Yogyakarta, 2016
[2] Beny Setiyawan.2012, Prof.Muhammad Nizan,Ph.D, Ubaidillah S.T,M.Sc. ‘Rancang Bangun Sepeda Listrik’.Surakarta(ID):Universitas Sebelas Maret. [3]
Janriko B. Manalu, Hasdari Helmi Rangkuti, ‘Rancang Bangun Sepeda Motor Listrik’ , Jurnal Singuda Ensikom, Vol
No.. /Agustus, 2017
[4] Fauzan Rahman, Ir.Eddy Soesilo, M Eng, Mirza Zoni,S.T,M.T. ‘Peningkatan Kinerja Pengereman Motor BLDC Pada Sepeda Listrik Berbasis Logika Fuzzy’.Jurnal,Vol 10,No 1/oktober,2017 [5]
Benhur
Nainggolan,
Fhadilla
Inaswara,
Gilang
Pratiwi,
Hirzan
Ramadhan.‘Rancang Bangun Sepeda Listrik Menggunakan Panel Surya Sebagai Pengisi Baterai’. Jurnal,Vol 15.No 3/3 september 2016 [6]
D.Z Anugra,M.H Yanuar, S.Widodo, S.R Wibowo, R.Kusuma.“Pembuatan Sepeda
Listrik
Bertenaga
Surya
Sebagai
Alat
Transfortasi
Alternatif
Masyarakat”.Universitas Gajah Mada
[7]
Purwadi Agus, Dozeno Jimmy, Heryana Nana, Testing Performance of 10 KW BLDC Motor and LiFePO4 Battery on ITB-1 Electric Car Prototype, Electrical Power Engineering, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2013.
Universitas Sumatera Utara
