Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Rancang Bangun Sistem Manajemen Pengisian Aki Otomatis Dua Kanal Sumber T1 612008064 BAB II
BAB II
KONSEP DASAR SISTEM PENGISIAN DAYA AKI
Pada bab ini akan dibahas mengenai dasar sistem yang mendasari
perancangan dan perealisasian alat manajemen pengisian daya aki otomatis dua
kanal.
Pada dasarnya sistem management pengisian aki otomatis dua kanal ini
berisi empat komponen utama yang saling berhubungan. Empat komponen
tersebut adalah power supply dengan sumber panel surya, power supply dengan
sumber listrik PLN, mikrokontroler, dan aki. Power supply digunakan sebagai alat
untuk melakukan pengisian aki. Mikrokontroler merupakan alat yang digunakan
untuk mengatur kapan aki diisi, kapan aki berhenti diisi, dan dari sumber mana
pengisian aki berlangsung. Berikut akan dijelaskan bagaimana 4 komponen ini
berhubungan membentuk suatu sistem dan alat apa saja yang digunakan dalam
sistem tersebut.
Panel Surya
Mikrokontroler
AKI
Sumber listrik
PLN
Gambar 2.1. Gambaran Sistem
2.1.
Gambaran Sistem
Alat ini merupakan alat untuk mengisi daya aki. Kapasitas aki bila
digunakan maka lama keamaan akan habis. Maka dibutuhkan alat yang dapat
mengontrol daya aki serta mengisi dayanya ketika akan habis agar dapat di
gunakan terus menerus, secara otomatis. Ketika aki habis tidak perlu lagi melepas
aki tersebut dan menggantinya dengan aki baru, atau melakukan pengisian daya
aki kemudian memasangnya kembali. Alat ini akan secara otomatis mengisi daya
aki saat aki di bawah standar yang di inginkan.
Pengisian aki akan diprioritaskan pada satu sumber utama dan akan di
back up dengan satu sumber lainya. Sumber dari listrik PLN maupun panel surya
5
di regulasi dahulu sesuai dengan stadar pengisian aki. Ketika aki kekurangan daya
mikrokontroler akan mengecek apakah sumber dari panel surya sebagai sumber
utama dapat memenuhi standar pengisian aki
atau tidak. Ketika tidak
memungkinkan maka pengisian daya aki akan dipindahkan menggunakan sumber
listrik dari PLN. Proses ini akan berlangsung terus menerus dan secara otomatis,
pengguna hanya perlu mengatur batas daya aki dan mode charging pada saat awal
alat ini dihidupkan.
2.2.
Prinsip Kerja Sistem
Prinsip kerja sistem manajemen
pengisian aki sebenarnya merupakan
pengecekan daya aki dengan menggunakan dasar karakteristik tegangan
aki
tersebut. Setelah aki dinilai kurang dari standar yang sudah ditentukan pada
awalnya, maka akan di mulai pegisian aki. Misalnya ketika aki diset dengan
standar 50% maka setelah kapasitas aki turun menjadi 50%, pengisian akan
dimulai. Sehingga ketika awal alat ini dihidupkan akan diminta memasukkan
nilai batas bawah untuk memulai pengisian dalam persentase (%). Kemudian
diminta pula metode chargingnya. Ada 2 buah metode pengisian yaitu pengisian
cepat dan lambat. setelah mendapatkan nilai setingan tersebut maka proses kerja
berpindah ke pengecekan daya aki. Ketika kapasitas aki berada di bawah angka
yang telah di set maka proses pengisian akan berlangsung. Pada proses pengisian
ini mikrokontroler akan memilih sumber utama sebagai pengisi daya aki yaitu
panel surya. Bila pada saat pengisian panel surya tidak dapat menjadi sumber
pengisian mungkin karena tegangan yang terlalu kecil karena cuaca mendung atau
saat malam hari, maka sumber utama akan di gantikan sumber kedua. Sumber
listrik PLN lah yang menjadi sumber kedua pada sistem ini. Kondisi aki akan
terus dipantau saat proses pengisian daya terjadi. Ketika sudah penuh maka
pengisian daya aki akan berhenti , begitu seterusnya.
6
2.3.
Metode Pengukuran Tegangan Aki dan Pengukuran Tegangan Panel
Surya
Salah satu faktor terpenting dalam sistem ini adalah pengukuran kapasitas
daya aki dan perhitungan tegangan panel surya. Keduanya dapat diketahui dengan
pengambilan nilai tegangan dengan ADC yang dilakukan oleh mikrokontroler.
Karena tegangan yang dapat diterima ADC mikrokontroler hanya berkisar 0-5
volt dan tegangan dari aki maupun panel surya lebih dari itu, maka proses
pengambilan contoh nilai tegangan harus dibagi dulu. Disini digunakan pembagi
tegangan dengan cara menyusun seri resistor sebelum inputan ke mikrokontroler.
Tegangan panel
surya atau Aki
Pembagi tegangan
Pin mikrokontroler
Gambar 2.2. Pengukuran Tegangan
2.4.
Metode Pengisian Daya Aki
Tujuan utama alat ini adalah dapat melakukan pengisian daya aki. Metode
pengisiannya adalah dengan memberikan tegangan tetap sebesar 105-110 % dari
tegangan aki dengan batasan arus 10 hingga 20 % dari kapasitas aki dalam
Ah(Amperehour). Pengisian juga bergantung pada suhu berikut ini adalah
petunjuk tegangan pengisian daya aki dilihat dari suhu aki ketika aki digunakan.
Tabel 2.1. Standar Pengisian Aki [5]
Temperatur Aki
Tegangan pengisian per
Tegangan pengisian aki
(celcius)
cel (volt)
12V (volt)
-10
2.32 - 2.37
13.92 - 14.22
0
2.30 - 2.35
13.8 - 14.1
10
2.28 - 2.33
13.68 - 13.98
20
2.26 - 2.31
13.56 - 13.86
25
2.25 - 2.30
13.5 - 13.8
30
2.25 - 2.30
13.44 - 13.74
40
2.22 - 2.27
13.32 - 13.62
50
2.20 - 2.25
13.2 -13.5
7
2.5.
Komponen Pembentuk Sistem
untuk merealisasikan sistem management pengisian daya aki otomatis dua
kanal dibutuhkan beberapa komponen dengan fungsi-fungsi tertentu
yang
membentuk suatu kesatuan sehingga terwujudlah alat tersebut. Berikut gambaran
komponen penyusun sistem tersebut.
Gambar 2.3. Diagram Komponen Pembentuk Sistem
Komponen pembentuk tersebut adalah power supply , yang dikategorikan
power supply disini adalah panel surya dan tegangan listrik PLN yang sudah
diregulasi . Panel surya yang digunakan merupakan panel surya dengan maksimal
autput 50W. Panel surya ini juga mampu menghasilkan tegangan maksimal 21,4
V dengan arus sebesar 2,8 A. Listrik pln tentunya diolah dengan menggunakan
trafo stepdown dan disearahkan dengan dioda bridge sehingga hasilnya sudah
tegangan DC (direct current). Keluaran kedua sumber itu kemudian masuk ke
regulator. Regulator yang digunakan merupakan switching step down voltage
regulator dengan menggunakan IC 2596. IC ini memiliki output maksimal 30V
dan arus maksimal 3 ampere, input tegangan 4- 40 volt.
Komponen switching adalah rangkaian yang terdiri dari beberapa relay
yang terhubung dengan mikrokontroler sebagai pengendali. Switching berfungsi
8
sebagai saklar untuk memilih sumber mana yang akan terhubung dengan aki saat
proses pengisian daya berlangsung.
Komponen berikutnya adalah aki. Aki yang digunakan sebagai media
penyimpanan daya. Aki yang digunakan adalah aki kering 12 V dengan kapasitas
7 Ah.
Mikrokontroler merupakan komponen yang dapat dikatakan paling penting
karena
semua
proses
sistem
dikendalikan
dalam
mikrokontroler
ini.
Mikrokontroler yang digunakan adalah modul arduino uno R-3. Modul ini berisi 6
analog read dan 14 I/O. Dengan analog read dan I/O sebanyak itu , modul ini
dapat menjalankan seluruh proses secara otomatis tentunya dengan program atau
software yang baik. Karena dengan software
semua perintah-perintah dan
perhitungan dapat dioperasikan oleh modul ini.
Berikut
ini adalah komponen-komponen yang dibutuhkan untuk
membangun sistem management pengisian daya aki otomatis dua kanal:
1. Aki.
Aki juga sering disebut akumulator merupakan
alat penampung daya
sementara. Aki yang digunakan adala aki 12 V-7Ah.
2. Panel surya.
Panel Surya merupakan sumber utama untuk melakukan pengisian daya
aki. Sumber ini merupakan panel surya yang memiliki daya maksimal 50W.
3. Regulator tegangan .
Regulator tegangan merupakan alat yang dapat mengatur tegangan agar
dapat sesuai dengan standar tegangan yang digunakan pengisian aki.
4. Mikrokontroler.
Mikrokontroler merupakan kontrol utama jalannya seluruh sistem
manajemen pengisian daya aki.
9
5. Sumber arus.
Merupakan alat yang digunakan sebagai peregulasi arus agar arus untuk
mengisi daya aki sesuai dengan standar pengisian aki.
6. Modul Antar muka .
Modul antar muka berisi semua komponen seperti potensio, LCD, dan
keypad agar orang yang hendak menggunakan dapat mengatur alat ini.
10
KONSEP DASAR SISTEM PENGISIAN DAYA AKI
Pada bab ini akan dibahas mengenai dasar sistem yang mendasari
perancangan dan perealisasian alat manajemen pengisian daya aki otomatis dua
kanal.
Pada dasarnya sistem management pengisian aki otomatis dua kanal ini
berisi empat komponen utama yang saling berhubungan. Empat komponen
tersebut adalah power supply dengan sumber panel surya, power supply dengan
sumber listrik PLN, mikrokontroler, dan aki. Power supply digunakan sebagai alat
untuk melakukan pengisian aki. Mikrokontroler merupakan alat yang digunakan
untuk mengatur kapan aki diisi, kapan aki berhenti diisi, dan dari sumber mana
pengisian aki berlangsung. Berikut akan dijelaskan bagaimana 4 komponen ini
berhubungan membentuk suatu sistem dan alat apa saja yang digunakan dalam
sistem tersebut.
Panel Surya
Mikrokontroler
AKI
Sumber listrik
PLN
Gambar 2.1. Gambaran Sistem
2.1.
Gambaran Sistem
Alat ini merupakan alat untuk mengisi daya aki. Kapasitas aki bila
digunakan maka lama keamaan akan habis. Maka dibutuhkan alat yang dapat
mengontrol daya aki serta mengisi dayanya ketika akan habis agar dapat di
gunakan terus menerus, secara otomatis. Ketika aki habis tidak perlu lagi melepas
aki tersebut dan menggantinya dengan aki baru, atau melakukan pengisian daya
aki kemudian memasangnya kembali. Alat ini akan secara otomatis mengisi daya
aki saat aki di bawah standar yang di inginkan.
Pengisian aki akan diprioritaskan pada satu sumber utama dan akan di
back up dengan satu sumber lainya. Sumber dari listrik PLN maupun panel surya
5
di regulasi dahulu sesuai dengan stadar pengisian aki. Ketika aki kekurangan daya
mikrokontroler akan mengecek apakah sumber dari panel surya sebagai sumber
utama dapat memenuhi standar pengisian aki
atau tidak. Ketika tidak
memungkinkan maka pengisian daya aki akan dipindahkan menggunakan sumber
listrik dari PLN. Proses ini akan berlangsung terus menerus dan secara otomatis,
pengguna hanya perlu mengatur batas daya aki dan mode charging pada saat awal
alat ini dihidupkan.
2.2.
Prinsip Kerja Sistem
Prinsip kerja sistem manajemen
pengisian aki sebenarnya merupakan
pengecekan daya aki dengan menggunakan dasar karakteristik tegangan
aki
tersebut. Setelah aki dinilai kurang dari standar yang sudah ditentukan pada
awalnya, maka akan di mulai pegisian aki. Misalnya ketika aki diset dengan
standar 50% maka setelah kapasitas aki turun menjadi 50%, pengisian akan
dimulai. Sehingga ketika awal alat ini dihidupkan akan diminta memasukkan
nilai batas bawah untuk memulai pengisian dalam persentase (%). Kemudian
diminta pula metode chargingnya. Ada 2 buah metode pengisian yaitu pengisian
cepat dan lambat. setelah mendapatkan nilai setingan tersebut maka proses kerja
berpindah ke pengecekan daya aki. Ketika kapasitas aki berada di bawah angka
yang telah di set maka proses pengisian akan berlangsung. Pada proses pengisian
ini mikrokontroler akan memilih sumber utama sebagai pengisi daya aki yaitu
panel surya. Bila pada saat pengisian panel surya tidak dapat menjadi sumber
pengisian mungkin karena tegangan yang terlalu kecil karena cuaca mendung atau
saat malam hari, maka sumber utama akan di gantikan sumber kedua. Sumber
listrik PLN lah yang menjadi sumber kedua pada sistem ini. Kondisi aki akan
terus dipantau saat proses pengisian daya terjadi. Ketika sudah penuh maka
pengisian daya aki akan berhenti , begitu seterusnya.
6
2.3.
Metode Pengukuran Tegangan Aki dan Pengukuran Tegangan Panel
Surya
Salah satu faktor terpenting dalam sistem ini adalah pengukuran kapasitas
daya aki dan perhitungan tegangan panel surya. Keduanya dapat diketahui dengan
pengambilan nilai tegangan dengan ADC yang dilakukan oleh mikrokontroler.
Karena tegangan yang dapat diterima ADC mikrokontroler hanya berkisar 0-5
volt dan tegangan dari aki maupun panel surya lebih dari itu, maka proses
pengambilan contoh nilai tegangan harus dibagi dulu. Disini digunakan pembagi
tegangan dengan cara menyusun seri resistor sebelum inputan ke mikrokontroler.
Tegangan panel
surya atau Aki
Pembagi tegangan
Pin mikrokontroler
Gambar 2.2. Pengukuran Tegangan
2.4.
Metode Pengisian Daya Aki
Tujuan utama alat ini adalah dapat melakukan pengisian daya aki. Metode
pengisiannya adalah dengan memberikan tegangan tetap sebesar 105-110 % dari
tegangan aki dengan batasan arus 10 hingga 20 % dari kapasitas aki dalam
Ah(Amperehour). Pengisian juga bergantung pada suhu berikut ini adalah
petunjuk tegangan pengisian daya aki dilihat dari suhu aki ketika aki digunakan.
Tabel 2.1. Standar Pengisian Aki [5]
Temperatur Aki
Tegangan pengisian per
Tegangan pengisian aki
(celcius)
cel (volt)
12V (volt)
-10
2.32 - 2.37
13.92 - 14.22
0
2.30 - 2.35
13.8 - 14.1
10
2.28 - 2.33
13.68 - 13.98
20
2.26 - 2.31
13.56 - 13.86
25
2.25 - 2.30
13.5 - 13.8
30
2.25 - 2.30
13.44 - 13.74
40
2.22 - 2.27
13.32 - 13.62
50
2.20 - 2.25
13.2 -13.5
7
2.5.
Komponen Pembentuk Sistem
untuk merealisasikan sistem management pengisian daya aki otomatis dua
kanal dibutuhkan beberapa komponen dengan fungsi-fungsi tertentu
yang
membentuk suatu kesatuan sehingga terwujudlah alat tersebut. Berikut gambaran
komponen penyusun sistem tersebut.
Gambar 2.3. Diagram Komponen Pembentuk Sistem
Komponen pembentuk tersebut adalah power supply , yang dikategorikan
power supply disini adalah panel surya dan tegangan listrik PLN yang sudah
diregulasi . Panel surya yang digunakan merupakan panel surya dengan maksimal
autput 50W. Panel surya ini juga mampu menghasilkan tegangan maksimal 21,4
V dengan arus sebesar 2,8 A. Listrik pln tentunya diolah dengan menggunakan
trafo stepdown dan disearahkan dengan dioda bridge sehingga hasilnya sudah
tegangan DC (direct current). Keluaran kedua sumber itu kemudian masuk ke
regulator. Regulator yang digunakan merupakan switching step down voltage
regulator dengan menggunakan IC 2596. IC ini memiliki output maksimal 30V
dan arus maksimal 3 ampere, input tegangan 4- 40 volt.
Komponen switching adalah rangkaian yang terdiri dari beberapa relay
yang terhubung dengan mikrokontroler sebagai pengendali. Switching berfungsi
8
sebagai saklar untuk memilih sumber mana yang akan terhubung dengan aki saat
proses pengisian daya berlangsung.
Komponen berikutnya adalah aki. Aki yang digunakan sebagai media
penyimpanan daya. Aki yang digunakan adalah aki kering 12 V dengan kapasitas
7 Ah.
Mikrokontroler merupakan komponen yang dapat dikatakan paling penting
karena
semua
proses
sistem
dikendalikan
dalam
mikrokontroler
ini.
Mikrokontroler yang digunakan adalah modul arduino uno R-3. Modul ini berisi 6
analog read dan 14 I/O. Dengan analog read dan I/O sebanyak itu , modul ini
dapat menjalankan seluruh proses secara otomatis tentunya dengan program atau
software yang baik. Karena dengan software
semua perintah-perintah dan
perhitungan dapat dioperasikan oleh modul ini.
Berikut
ini adalah komponen-komponen yang dibutuhkan untuk
membangun sistem management pengisian daya aki otomatis dua kanal:
1. Aki.
Aki juga sering disebut akumulator merupakan
alat penampung daya
sementara. Aki yang digunakan adala aki 12 V-7Ah.
2. Panel surya.
Panel Surya merupakan sumber utama untuk melakukan pengisian daya
aki. Sumber ini merupakan panel surya yang memiliki daya maksimal 50W.
3. Regulator tegangan .
Regulator tegangan merupakan alat yang dapat mengatur tegangan agar
dapat sesuai dengan standar tegangan yang digunakan pengisian aki.
4. Mikrokontroler.
Mikrokontroler merupakan kontrol utama jalannya seluruh sistem
manajemen pengisian daya aki.
9
5. Sumber arus.
Merupakan alat yang digunakan sebagai peregulasi arus agar arus untuk
mengisi daya aki sesuai dengan standar pengisian aki.
6. Modul Antar muka .
Modul antar muka berisi semua komponen seperti potensio, LCD, dan
keypad agar orang yang hendak menggunakan dapat mengatur alat ini.
10