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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
HALAMAN SURAT PENUGASAN
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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.
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
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
Top Related