kontrol tertutup pada battery charge ......library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id kontrol tertutup pada...

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

KONTROL TERTUTUP PADA BATTERY CHARGE

REGULATOR LEAD-ACID YANG AMAN MENGGUNAKAN

TEKNIK SWITCHING HALAMAN JUDUL

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

ABID ALIM MUSTAQIM

NIM. I0714001

PRODI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2018


HALAMAN SURAT PENUGASAN


SURAT PERNYATAAN

ORISINALITAS KARYA ILMIAH

Saya mahasiswa Program Studi Sarjana Teknik Elektro Universitas Sebelas

Maret yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Abid Alim Mustaqim

NIM : I0714001

Judul tugas akhir : Kontrol Tertutup Pada Battery Charge Regulator Lead-Acid

yang Aman Menggunakan Teknik Switching

Dengan ini menyatakan bahwa Tugas Akhir atau Skripsi yang saya susun tidak

mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti Tugas

Akhir yang saya susun tersebut merupakan hasil plagiat dari karya orang lain maka

Tugas Akhir yang saya susun tersebut dinyatakan batal dan gelar sarjana yang saya

peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya dan apabila di

kemudian hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung

segala konsekuensinya.

Surakarta, 7 Agustus 2018

Abid Alim Mustaqim

NIM. I0714001


KONTROL TERTUTUP PADA BATTERY CHARGE

REGULATOR LEAD-ACID YANG AMAN MENGGUNAKAN

HALAMAN PENGESAHAN

Disusun Oleh

ABID ALIM MUSTAQIM

NIM. I0714001

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

Dr.Ir. Augustinus Sujono M.T. Feri Adriyanto, Ph.D.

NIP. 195110011985031001 NIP. 196801161999031001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Selasa tanggal

7 Agustus 2018

1 Dr.Ir. Augustinus Sujono M.T.

NIP. 195110011985031001

........................................

2 Feri Adriyanto, Ph.D.

NIP. 196801161999031001

........................................

3 Chico Hermanu BA, S.T., M.Eng.

NIP. 198804162015041002

........................................

Mengetahui,

Ketua Prodi Teknik Elektro Koordinator Tugas Akhir

Irwan Iftadi, S.T., M.Eng Feri Adriyanto, Ph.D.

NIP. 197004041996031002 NIP. 196801161999031001


v

KONTROL TERTUTUP PADA BATTERY CHARGE REGULATOR LEAD-

ACID YANG AMAN MENGGUNAKAN TEKNIK SWITCHING

Abid Alim Mustaqim

ABSTRAK

abstrak

Battery charge regulator (BCR) sangat diperlukan dalam sistem pembangkit

listrik tenaga surya, namun baterai sering cepat rusak karena arus pengisian berlebih

dan atau suhu terlalu tinggi. Hal ini disebabkan oleh pengaruh tegangan panel surya

yang fluktuasi dan kondisi baterai yang berubah-ubah. Oleh karena itu diperlukan

pembuatan BCR yang dapat mengatur arus yang konstan, tegangan tidak berlebih,

dan melakukan pengisian pada temperatur yang aman. Pada penelitian ini dibuat

BCR dengan metode pengisian arus konstan. Pengaturan arus dilakukan dengan

menggunakan teknik switching MOSFET. Agar arus yang dihasilkan konstan maka

digunakan kontrol tertutup dengan sensor arus sebagai sensor umpan balik. Duty

cycle dari switching diatur melalui mikrokontroler berdasarkan arus yang terbaca

oleh sensor. Selain itu digunakan sensor temperatur dan sensor tegangan sebagai

sensor umpan balik agar pengisian berjalan dengan aman. Eksperimen berhasil

dilakukan dengan arus yang dapat dijaga konstan pada 1,5 A dan 2 A. Suhu baterai

tidak lebih dari 40℃. Tegangan pengisian baterai tidak lebih dari 14,7 V dan

tegangan baterai tidak lebih dari 13,8 V.

Kata kunci : Battery Charge Regulator (BCR), kontrol tertutup, teknik

switching


vi

CLOSED LOOP CONTROL ON BATTERY CHARGE REGULATOR LEAD-

ACID USING SWITCHING TECHNIQUE

Abid Alim Mustaqim

abstract

Battery Charge Regulator (BCR) is needed for the solar power system

generation. But the battery is often easily damaged due to the excessive charging

current and the high temperature. This may the effect of the solar panel voltage

being fluctuating and the fickle battery condition. Therefore it is necessary to

manufacture BCR with constand current, the excessive voltage , and perform

charging at a safe temperature. In this research BCR was made with constant

current charging method. Current control is done using the MOSFET switching

technique. In order to a constant current, closed loop control is used with a current

sensor as a feedback sensor. The duty cycle of switching is regulated through a

microcontroller based on the current read by the sensor. In addition, a temperature

sensor and a voltage sensor are used as a feedback sensor so that charging runs

safely. The results of the experiment show success withthe constantly maintained

current at 1.5 A and 2 A. The battery temperature is lower than 40 ℃. The battery

charge voltage is lower than 14.7 V. And the battery voltage is lower than 13.8 V.

Keywords: Battery Charge Regulator (BCR), closed loop control, switching

technique


vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya

sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan dengan judul “Kontrol Tertutup Pada

Battery Charge Regulator Lead-Acid yang Aman Menggunakan Teknik

Switching”.

Laporan tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan menerapkan ilmu studi di

perkuliahan proram studi teknik elektro serta bimbingan dan dukungan dari

berbagai pihak sebagai syarat kelulusan mata kuliah Skripsi/Tugas Akhir pada

Program Studi Teknik Elektro Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Penulis menyadari bahwa penyusunan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari

bantuan dan dukungan banyak pihak. Penulis ingin menyampaikan rasa terima

kasih kepada:

1. Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada

penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini.

2. Segenap keluarga yang telah memberikan doa, dukungan dan kasih sayang

kepada penulis.

3. Bapak Dr.Ir. Augustinus Sujono M.T. selaku dosen pembimbing atas

bimbingan, bantuan, dan waktu yang telah diberikan.

4. Bapak Feri Adriyanto, Ph.D. selaku dosen pembimbing dan akademis atas

bimbingan dan bantuan yang telah diberikan.

5. Bapak Irwan Iftadi, S.T., M.Eng. selaku kepada program studi teknik

elektro UNS atas bantuan dan dorongan yang telah diberikan.

6. Bapak Bapak Feri Adriyanto Ph.D dan Bapak Jaka Sulistya Budi, S.T.

selaku koordinator tugas akhir.

7. Segenap dosen dan karyawan Program Studi Teknik Elektro UNS.

8. Ahmad Imam Rauyani yang telah membantu menyelesaikan permasalahn

grounding.

9. Rizal Abdul Rozaq dan Johan Try Affandy yang telah meminjamkan panel

surya.

10. Stephanus Hanurjaya yang telah meminjamkan sepatu barunya untuk sidang

pendadaran.


viii

11. Seluruh teman-teman Teknik Elektro Universias Sebelas Maret Surakarta

dan teman-teman lainnya yang telah memberikan bantuan dan forum

diskusi.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih belum sempurna, sehingga kritik dan

saran yang membangun sangat diharapkan. Penulis juga memohon maaf apabila

terdapat kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat

menghasilkan laporan yang bermanfaat bagi banyak pihak.

Surakarta, Agustus 2018

Abid Alim Mustaqim

NIM. I0714001


ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i HALAMAN SURAT PENUGASAN ..................................................................... ii SURAT PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ILMIAH ........................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iv ABSTRAK .............................................................................................................. v KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix DAFTAR TABEL .................................................................................................. xi

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL ............................................................ xiv BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1 1.2 Rumusan Masalah ................................................................................... 4 1.3 Tujuan ..................................................................................................... 4

1.4 Manfaat ................................................................................................... 5 1.5 Sistematika Penulisan.............................................................................. 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 6

2.1 Battery Charger Regulator (BCR) .......................................................... 6 2.2 Pengisian Baterai ..................................................................................... 7

2.3 Buck Converter ........................................................................................ 8

2.4 Sistem Kontrol ...................................................................................... 13

2.4.1 Kontrol Terbuka ............................................................................. 13 2.4.2 Kontrol Tertutup ............................................................................. 14

2.5 Arduino Pro Mini .................................................................................. 14 2.6 Sensor Arus ACS 712 ........................................................................... 16 2.7 Sensor Tegangan ................................................................................... 17

2.8 Sensor Temperatur DS18B20 ............................................................... 18 BAB III METODE PENELITIAN....................................................................... 19

3.1 Pengumpulan Data Spesifikasi Panel Surya dan Baterai ...................... 21 3.1.1 Panel Surya..................................................................................... 21 3.1.2 Baterai ............................................................................................ 22

3.2 Perancangan Sistem Pengisi Baterai ..................................................... 23

3.2.1 Perancangan Buck Converter ......................................................... 24 3.2.2 Perancangan Sensor ....................................................................... 27

3.2.3 Perancangan Board BCR ................................................................ 28 3.2.4 Perancangan Program Kontrol Tertutup ........................................ 30

3.5 Pengujian Performa Rancang Bangun .................................................. 32 3.5.1 Simulasi Rangkaian Buck Converter ............................................. 33 3.5.2 Pengujian Respon Pulsa pada Buck Converter .............................. 34

3.5.3 Pengujian Sensor ............................................................................ 35 3.5.4 Pengujian Awal BCR ..................................................................... 36 3.5.5 Eksperimen ..................................................................................... 37

3.6 Pengambilan Data ................................................................................. 38 3.7 Analisis dan Penutup ............................................................................. 38


x

BAB IV HASIL DAN ANALISA ........................................................................ 39 4.1 Simulasi ................................................................................................. 39 4.2 Respon Pulsa pada Buck Converter ...................................................... 40 4.3 Pembacaan Sensor ................................................................................. 42

4.3.1 Pembacaan Sensor Arus ACS712-30A .......................................... 42

4.3.2 Pembacaan Sensor Tegangan ......................................................... 44 4.4 Pengujian Awal BCR ............................................................................ 46 4.5 Eksperimen ............................................................................................ 46

4.5.1 Pengisian Baterai Kontrol Terbuka Temperatur Terhadap Arus ... 47 4.5.1 Pengisian Baterai Kontrol Tertutup Temperatur Terhadap Arus ... 53

4.6 Perbandingan Temperatur ..................................................................... 59

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 61 5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 61

5.2 Saran ...................................................................................................... 62 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 63 LAMPIRAN .......................................................................................................... 65


xi

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Perbandingan dengan karya terdahulu .................................................... 3

Tabel 3.1 Spesifikasi Panel Surya ......................................................................... 21

Tabel 3.2 Parameter Buck Converter .................................................................... 25 Tabel 4.1 Sampel Data Hasil Simulasi .................................................................. 39 Tabel 4.2 Data Pembacaan Arus ........................................................................... 42 Tabel 4.3 Data Pembacaan Tegangan ................................................................... 44 Tabel 4.4 Pengisian Pertama Kontrol Terbuka Temperatur Terhadap Arus ......... 47

Tabel 4.5 Pengisian Kedua Kontrol Terbuka Temperatur Terhadap Arus ........... 49

Tabel 4.6 Pengisian Ketiga Kontrol Terbuka Temperatur Terhadap Arus ........... 51 Tabel 4.7 Pengisian Pertama Kontrol Tertutup Temperatur Terhadap Arus ........ 53

Tabel 4.8 Pengisian Kedua Kontrol Tertutup Temperatur Terhadap Arus ........... 55 Tabel 4.9 Pengisian Ketiga Kontrol Tertutup Temperatur Terhadap Arus ........... 57


xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Topologi Buck Converter .................................................................... 8 Gambar 2.2 Rangkaian Saat Kondisi On ................................................................ 8

Gambar 2.3 Rangkaian Saat Kondisi Off ................................................................ 9 Gambar 2.4 Pulsa Switching (a) Duty Cycle 60% (b) Duty Cycle 40% ................ 10 Gambar 2.5 Arus Induktor .................................................................................... 11 Gambar 2.6 Komponen Sistem Kontrol ................................................................ 13 Gambar 2.7 Diagram Blok Kontrol Terbuka. ....................................................... 13

Gambar 2.8 Diagram Blok Kontrol Tertutup ........................................................ 14

Gambar 2.9 Rangkaian Sensor Arus .................................................................... 16 Gambar 2.10 Rangkaian Pembagi Tegangan ........................................................ 17

Gambar 2.11 Skematik Diagram Sensor DS18B20 .............................................. 18

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian .................................................................... 19 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian (sambungan)............................................... 20 Gambar 3.2 Panel Surya ........................................................................................ 22

Gambar 3.3 Baterai Panasonic LC-V127R2NA ................................................... 22 Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem Pengisi Baterai ............................................... 23

Gambar 3.5 Diagram Blok Komponen Pelengkap Pada Sistem Pengisi Baterai .. 24 Gambar 3.6 Rangkaian Pemicu MOSFET ............................................................ 26

Gambar 3.7 Rangkaian Sistem Pengisi Baterai..................................................... 28 Gambar 3.8 Hardware BCR .................................................................................. 29

Gambar 3.9 Diagram Alir Program Kontrol Tertutup .......................................... 30 Gambar 3.9 Diagram Alir Program Kontrol Tertutup (sambungan)..................... 31 Gambar 3.10 Rangkaian Simulasi ......................................................................... 33

Gambar 3.11 Osiloskop GW GOS-622G .............................................................. 34 Gambar 3.12 Rangkaian Pengujian Pulsa ............................................................. 34

Gambar 3.13 (a) Multimeter Sanwa CD-771 (b) Catu daya GW Instek GPS-

3030DD. ........................................................................................ 35 Gambar 3.14 Rangkaian Pengujian Sensor Arus ACS712-30A ........................... 36

Gambar 3.15 Rangkaian Pengujian Sensor Tegangan .......................................... 36 Gambar 3.16 Eksperimen Pengisian Baterai ......................................................... 37

Gambar 4.1 Pulsa Keluaran Arduino .................................................................... 40

Gambar 4.2 Pulsa Keluaran Pemicu MOSFET ..................................................... 40

Gambar 4.3 Pulsa Keluaran MOSFET .................................................................. 41

Gambar 4.4 Pulsa Keluaran Filter LC ................................................................... 41 Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Pengukuran Arus............................................. 43

Gambar 4.6 Perbandingan Pengukuran Tegangan Masukan ................................ 45 Gambar 4.7 Perbandingan Duty Cycle dan Arus yang Dihasilkan ....................... 46 Gambar 4.8 Grafik Analisa Eksperimen Pengisian Baterai Pertama Kontrol

Terbuka Temperatur Terhadap Arus ................................................ 48 Gambar 4.9 Grafik Analisa Eksperimen Pengisian Baterai Kedua Kontrol

Terbuka Temperatur Terhadap Arus ................................................ 50 Gambar 4.10 Grafik Analisa Eksperimen Pengisian Baterai Ketiga Kontrol

Terbuka Temperatur Terhadap Arus ............................................. 52 Gambar 4.11 Grafik Analisa Eksperimen Pengisian Baterai Pertama Kontrol

Tertutup Temperatur Terhadap Arus ............................................. 54


xiii

Gambar 4.12 Grafik Analisa Eksperimen Pengisian Baterai Kedua Kontrol

Tertutup Temperatur Terhadap Arus ............................................. 58 Gambar 4.13 Grafik Analisa Eksperimen Pengisian Baterai Ketiga Kontrol

Tertutup Temperatur Terhadap Arus ............................................. 58 Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Temperatur Terhadap Waktu Pada Percobaan

Kontrol Terbuka Temperatur Terhadap Arus ................................ 59 Gambar 4.15 Grafik Perbandingan Temperatur Terhadap Waktu Pada Percobaan

Kontrol Tertutup Temperatur Terhadap Arus ............................... 59


xiv

DAFTAR SINGKATAN DAN SIMBOL

SINGKATAN

ADC : Analog to digital converter

BCR : Battery charge regulator

CCM : Continuous conduction mode

DCM : Discontinuous conduction mode

IDE : Integrated development environment

OLED : Organic Light Emiting Diode

PCB : Printed circuit board

PWM : Pulse width modulation

SIMBOL

D : Duty cycle

I : Arus

I Maks : Arus maksimal

IC : Integrated circuit

Imp : Max power current

Isc : Short circuit current

Pmax : Max power

SoC : State of charge

V : Tegangan

Vi : Input voltage

Vo : Output voltage

Voc : Open circuit voltage

Vmp : Max power voltage

kontrol tertutup pada battery charge ......library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id kontrol tertutup pada...

Documents