PERANCANGAN PROTOTIP SISTEM MONITORING STATE OF …
Transcript of PERANCANGAN PROTOTIP SISTEM MONITORING STATE OF …
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
i
PERANCANGAN PROTOTIP SISTEM MONITORING STATE
OF CHARGE BATERAI MOBIL LISTRIK DENGAN
PENERAPAN LOGIKA FUZZY
SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
Oleh :
MUHAMAD DZAKY ASHIDQI
I0714021
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2018
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ii
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iii
SURAT PERNYATAAN
ORISINALITAS KARYA ILMIAH
Saya mahasiswa Program Studi Sarjana Teknik Elektro Universitas Sebelas
Maret yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Muhamad Dzaky Ashidqi
NIM : I0714021
Judul Tugas Akhir : Perancangan Prototip Monitoring State of Charge Baterai
Mobil Listrik Dengan Penerapan Logika Fuzzy
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 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, 6 Agustus 2018
Muhamad Dzaky Ashidqi
NIM. I0714021
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
iv
PERANCANGAN PROTOTIP SISTEM MONITORING STATE
OF CHARGE BATERAI MOBIL LISTRIK DENGAN
PENERAPAN LOGIKA FUZZY
Disusun oleh
MUHAMAD DZAKY ASHIDQI
NIM. I0714021
Dosen Pembimbing I
Dr. Miftahul Anwar, S.Si.,M.Eng.
NIP. 1983032420130201
Dosen Pembimbing II
Feri Adriyanto, Ph.D
NIP. 196801611999031001
Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Senin tanggal 6
Agustus 2018
1. Dr. Miftahul Anwar, S.Si.,M.Eng. ............................
NIP. 1983032420130201
2. Feri Adriyanto, Ph.D ............................
NIP. 196801611999031001
3. M. Hamka Ibrahim, S.T, M.Eng ..............................
NIP. 1988122920161001
4. Sutrisno, S.T, M.Sc, Ph.D .............................
NIP. 1987050620180701
Ketua Prodi Teknik Elektro Koordinator Tugas Akhir
Irwan Iftadi, S.T., M.Eng. Feri Adriyanto, Ph.D.
NIP. 197004041996031002 NIP. 196801611999031001
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
v
ABSTRAK
Muhamad Dzaky Ashidqi
Perancangan Prototip Sistem Monitoring State of Charge Baterai
Mobil Listrik Dengan Penerapan Logika Fuzzy
Pengembangan sistem manajemen baterai sangat penting untuk dapat
menciptakan teknologi mobil listrik yang efisien. Diantara hal penting yang
berkaitan dengan penggunaan baterai pada mobil listrik adalah pengukuran
kapasitas daya baterai atau state of charge (SoC). SoC merupakan perbandingan
sisa daya dari baterai yang dapat digunakan dengan kapasitas total daya baterai.
Banyak cara yang dapat dilakukan untuk mengukur SoC baterai. Salah satunya
menggunakan metode pengukuran tegangan. Akan tetapi metode pengukuran
tegangan tidak akurat karena pengaruh suhu. Oleh karena itu, pada penelitian ini
telah dilakukan perancangan sistem monitoring SoC baterai berdasarkan tegangan
dengan penerapan logika fuzzy untuk menghubungkan parameter tegangan dengan
suhu sehingga didapatkan nilai SoC yang akurat. Hasil eksperimen pengujian alat
dibandingkan dengan hasil simulasi menggunakan software MATLAB. Hasil yang
didapatkan dari eksperimen memiliki tren yang mirip dengan hasil simulasi. Jika
dibandingkan, hasil pengukuran SoC dengan pengukuran tegangan dan suhu
dengan implementasi logika fuzzy lebih akurat dibandingkan pengukuran
berdasarkan tegangan saja. Terlihat dari hasil simulasi ketika di awal dan akhir
proses charging dan discharging terdapat perbedaan hasil pengukuran SoC antara
metode fuzzy logic dengan metode pengukuran berdasarkan tegangan saja sebesar
rata-rata 5,6%.
Kata Kunci : Baterai, state of charge, fuzzy logic.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vi
ABSTRACT
Prototype Design of Electrical Vehicle Battery State of Charge Monitoring sistem
With Fuzzy Logic Implementation
Battery management system for high eficiency of electrical vehicle technology
are very important to make. One of some important thing on battery technology is
state of charge measuring. State of charge is used to describe how full battery is.
There are some methods to measure SoC. One of them is measuring SoC by
measuring battery cell voltage. This method are easier but it have a disadvantage
because battery temperature can influence voltage measurement on battery.
Therefore, in this research fuzzy logic is used to design a SoC monitoring
prototype with voltage and temperature measuring. Then the result of this
experiment compared with simulation result on MATLAB. From the comparation,
found a similiar trend from experiment result and MATLAB simulation result.
From the experiment, kwonn that SoC monitoring with fuzzy logic by measure
voltage and temperature are more accurate than measuring based on voltage
only. There are 5,6% average difference between measuring SoC with fuzzy logic
and measuring SoC based on voltage only, especially on the begining and
finishing procces of battery charging or discharging.
Keyword : Batteries, State of Charge, Fuzzy Logic.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhanahu Wa Ta’ala
yang telah melimpahkan rahmatnya kepada kita, serta nikmat yang begitu besar
sehingga penulis bisa menyelesaikan penulisan skripsi yang diberi judul
“Perancangan Prototip Monitoring State of Charge Baterai Mobil Listrik Dengan
Penerapan Logika Fuzzy”. Tujuan dari penyusunan skripsi ini guna memenuhi
syarat untuk dapat lulus dari Program Studi Teknik Elektro Universitas Sebelas
Maret Surakarta.
Dalam pengerjaan skripsi ini telah melibatkan banyak pihak yang sangat
membantu dalam banyak hal. Oleh sebab itu penulis menyampaikan rasa terima
kasih yang sebanyak banyaknya kepada :
1. Bapak Irwan Iftadi, S.T, M.Eng. selaku kepala Program Studi Teknik
Elektro UNS yang telah memberikan dorongan serta motivasi kepada
mahasiswa Teknik Elektro UNS untuk lulus tepat waktu serta memberi
dukungan pada penelitian ini
2. Bapak Dr. Miftahul Anwar, S.Si, M.Eng dan Bapak Feri Adriyanto, Ph.D
selaku pembimbing tugas akhir yang telah membimbing selama penelitian
dan penyusunan skripsi serta memberi masukan dan motivasi sehingga
skripsi ini dapat selesai tepat pada waktunya
3. Orang tua tercinta yang telah memberikan semangat, motivasi dan doa
kepada penulis serta dukungan secara moril maupun materil hingga
skripsi ini selesai
4. Istri tercinta yang telah memberikan banyak dukungan di akhir-akhir
penelitian dan banyak membantu pada proses revisi
5. Rekan-rekan seperjuangan mahasiswa Teknik Elektro angkatan 2014
yang selalu memberikan semangat kepada penulis
6. Rekan-rekan keluarga mahasiswa Huffadz UNS serta bapak Prof. Ravik
Karsidi selaku pembina yang selalu memberikan dukungan moril dan
motivasi
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
viii
7. Bapak rahmat dan Tribowo selaku laboran laboratorium Motor Bakar
Teknik Mesin UNS yang telah memberikan ijin untuk melaksanakan
penelitian
8. Bapak widodo selaku pengurus tata usaha Program Studi Teknik Elektro
UNS yang sering memberikan bantuan administratif pada proses
penyusunan tugas akhir.
Akhir kata semoga penelitian ini berguna untuk perkembangan kemajuan
teknologi serta memberi manfaat yang luas kepada masyarakat.
Surakarta, Agustus 2018
Penyusun
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i
SURAT TUGAS .................................................................................................... ii
PERNYATAAN INTEGRITAS PENULIS ......................................................... iii
HALAMAN PENGESAHAN....................................................................................... iv
ABSTRAK .......................................................................................................... v
KATA PENGANTAR ....................................................................................... vii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah......................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah .................................................................................. 2
1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................... 3
1.4. Manfaat Penelitian dan Luaran ............................................................... 3
1.5. Sistematika Penulisan ............................................................................ 3
BAB II TINJUAN PUSTAKA ............................................................................. 5
2.1. State of Charge ...................................................................................... 6
2.2. Sensor Tegangan.................................................................................... 8
2.3. Sensor Suhu ........................................................................................... 9
2.4. Logika Fuzzy ....................................................................................... 10
2.4.1. Membership Function....................................................................... 10
2.4.2. Proses Sistem Fuzzy ......................................................................... 11
BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................................................ 13
3.1. Perancangan Perangkat Keras Prototip ................................................. 15
3.1.1. Alat dan Bahan ............................................................................. 15
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
x
3.1.2. Skema Rangkaian Prototip ............................................................ 18
3.2. Perancangan Logika Fuzzy ................................................................... 18
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 20
4.1. Hasil Pengukuran Tegangan dan Suhu .................................................... 20
4.1.1. Pengukuran Saat Proses Charging ..................................................... 20
4.1.2. Pengukuran saat proses discharging .................................................. 23
4.2. Hasil Perancangan Logika Fuzzy ............................................................ 27
4.2.1. Fuzifikasi dan Menentukan Membership Function ............................ 27
4.2.2. Perancangan Rule Base Logika Fuzzy ................................................ 30
4.3. Analisa Pengaruh Suhu Pada Hasil Simulasi SoC .................................... 36
4.4. Perbandingan Hasil Simulasi dengan Metode Coulomb Counting ........... 41
4.5. Hasil Rancangan Sistem ......................................................................... 45
BAB V KESIMPULAN ..................................................................................... 51
5.1 Kesimpulan.......................................................................................... 51
5.2 Saran ................................................................................................... 51
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 53
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Kurva relasi antara tegangan (v) dengan SoC. .................................. 7
Gambar 2.2 Grafik tegangan dan arus baterai lead-acid saat discharge. ............... 8
Gambar 2.3 Pembagi tegangan . ........................................................................... 9
Gambar 3.1 Diagram alir metode penelitian perancangan sistem monitoring SoC
baterai mobil listrik. .................................................................................... 14
Gambar 3.2 Voltage Divider .............................................................................. 16
Gambar 3.3 Sensor R-Shunt dan sensor suhu ...................................................... 17
Gambar 3.4 Skema rancangan prototip sistem monitoring SoC Baterai mobil
listrik. ......................................................................................................... 18
Gambar 3.5 Diagram alir logika Fuzzy pada sistem monitoring SoC baterai mobil
listrik. ......................................................................................................... 19
Gambar 4.1 Hasil pengukuran tegangan dan suhu baterai pada saat charging
(percobaan 1) ......................................................................................... 21
Gambar 4.2 Hasil pengukuran tegangan dan suhu baterai pada saat charging
(percobaan 2) .............................................................................................. 21
Gambar 4.3 Hasil Hasil pengukuran tegangan dan suhu baterai pada saat charging
(percobaan 3) .............................................................................................. 22
Gambar 4.4 Hasil pengukuran tegangan dan suhu baterai pada saat discharging
(percobaan 1) .............................................................................................. 23
Gambar 4.5 Hasil pengukuran tegangan dan suhu baterai pada saat discharging
(percobaan 2) .............................................................................................. 24
Gambar 4.6 Hasil pengukuran tegangan dan suhu baterai pada saat discharging
(percobaan 3) .............................................................................................. 24
Gambar 4.7 Grafik hasil pengukuran arus discharge baterai pada percobaan 2 ... 26
Gambar 4.8 Grafik hasil pengukuran arus discharge baterai pada percobaan 3 ... 26
Gambar 4.9 Membership function input tegangan. .............................................. 28
Gambar 4.10 Membership function input suhu. .................................................. 28
Gambar 4.11 Membership function input arus. ................................................... 29
Gambar 4.12 Fungsi keanggotaan output SoC. ................................................... 30
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xii
Gambar 4.13 Grafik perbandingan SoC hasil simulasi dengan hasil perhitungan
SoC berdasarkan nilai tegangan saja saat charging pada percobaan 1 .......... 36
Gambar 4.14 Grafik perbandingan SoC hasil simulasi dengan hasil perhitungan
SoC berdasarkan nilai tegangan saja saat charging pada percobaan 2 .......... 37
Gambar 4.15 Grafik perbandingan SoC hasil simulasi dengan hasil perhitungan
SoC berdasarkan nilai tegangan saja saat charging pada percobaan 3 .......... 37
Gambar 4.16 Grafik analisa pengaruh suhu terhadap perhitungan SoC selama
proses charging ........................................................................................... 38
Gambar 4.17 Grafik perbandingan SoC hasil simulasi dengan hasil perhitungan
SoC berdasarkan nilai tegangan saja saat discharging pada percobaan 1...... 39
Gambar 4.18 Grafik perbandingan SoC hasil simulasi dengan hasil perhitungan
SoC berdasarkan nilai tegangan saja saat discharging pada percobaan 2...... 39
Gambar 4.19 Grafik perbandingan SoC hasil simulasi dengan hasil perhitungan
SoC berdasarkan nilai tegangan saja saat discharging pada percobaan 3...... 40
Gambar 4.20 Grafik analisa pengaruh suhu terhadap perhitungan SoC selama
proses discharging ...................................................................................... 41
Gambar 4.21 Perbandingan hasil simulasi metode Fuzzy Logic dengan metode
Coulomb Counting saat proses charging pada percobaan 1 . ........................ 42
Gambar 4.22 Perbandingan hasil simulasi metode Fuzzy Logic dengan metode
Coulomb Counting saat proses charging pada percobaan 2 . ........................ 42
Gambar 4.23 Perbandingan hasil simulasi metode Fuzzy Logic dengan metode
Coulomb Counting saat proses charging pada percobaan 3 . ........................ 43
Gambar 4.24 Perbandingan hasil simulasi metode Fuzzy Logic dengan metode
Coulomb Counting saat proses dicharging pada percobaan 2. ...................... 44
Gambar 4.25 Perbandingan hasil simulasi metode Fuzzy Logic dengan metode
Coulomb Counting saat proses dicharging pada percobaan 3. ...................... 44
Gambar 4.26 Tampilan display Indikator SoC. ................................................... 46
Gambar 4. 27 Tampilan display Indikator SoC. .................................................. 46
Gambar 4.28 Grafik perbandingan hasil uji coba prototip sistem monitoring SoC
dengan hasil simulasi MATLAB pada saat charging ..................................... 47
Gambar 4.29 Grafik perbandingan hasil uji coba prototip sistem monitoring SoC
dengan hasil simulasi MATLAB pada saat discharging. .............................. 47
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
xiii
Gambar 4.30 Grafik tegangan dan suhu hasil uji coba prototip saat proses
charging ..................................................................................................... 49
Gambar 4.31 Grafik tegangan dan suhu hasil uji coba prototip saat proses
discharging ................................................................................................. 49