Pengukuran Parameter Internal Dari Super Kapasitor Sebagai Pengganti Baterai Sepeda Motor Berdasarkan Karakteristik Pengisian dan Pengosongan
TUGAS AKHIR
PENGUKURAN PARAMETER INTERNAL DARI SUPERKAPASITOR
SEBAGAI PENGGANTI BATERAISEPEDA MOTOR
BERDASARKANKARAKTERISTIK PENGISIAN
DAN PENGOSONGAN
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Teknik Energi Listrik
Oleh:
SAMGAR SIAHAAN
110402040
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Baterai memiliki banyak kelebihan seperti waktu pengosongan yang lama, umur dapat
mencapai 5 tahun, dapat diisi lagi, mudah didapat, harga murah dan cara pengisiannya
yang mudah. Dibalik semua kelebihan itu, baterai juga memiliki beberapa kelemahan
seperti ukurannya tebal, tidak ramah lingkungan, tingkat kegagalan tinggi, waktu
pengisian lama, dan cairan berbahaya bagi manusia seperti baterai lead- acid. Untuk itu
sangat perlu untuk mengatasi kelemahan–kelemahan tersebut dan menemukan
pengganti yang lebih baik dari baterai. Perangkat relatif pengganti baterai adalah
kapasitor tetapi kelemahan utama dari kapasitor adalah kapasitansinya yang
kecil.Kelemahan ini dapat diatasi oleh super kapasitor yang memiliki kapasitansi yang
jauh lebih besar dari kapasitor biasa. Untuk dapat menggantikan baterai, makaperlu
untuk memperhatikan parameter internal baterai yang diketahui berdasarkan
karakteristik pengisian dan pengosongannya. Dari penelitian ini, dengan melakukan
perhitungan dan pengukuran dengan simulasi didapat parameter internal baterai sepeda
motor jenis lead-acid 12 volt, 6.5Ah dengan arus pengisian 6 A dan arus pengosongan 6
A memiliki tahanan Ri1 sebesar 4,11 mΩ, Rd sebesar 3,3 Ω, dan Rl sebesar 1.289 Ω
serta besar kapasitansi Ci1 sebesar, Cd sebesar 393,65 F, dan Cl sebesar 16,469 F. Dan
parameter super kapasitor Nesscap 1600 F yang terhubung seri sebanyak 6 buah dengan
arus pengisian 12 A memiliki tahanan Ri1 sebesar 3,609 mΩ, Rd sebesar 2,55 Ω, dan Rl
sebesar 0,84 Ω serta besar kapasitansi Ci1 sebesar 405,612 F, Cd sebesar 52,86 F, dan
Cl sebesar 24,24 . Berdasarkan grafik simulasi pengosongan baterai dan super kapasitor
diketahui bahwa super kapasitor dapat menggantikan fungsi baterai sepeda motor pada
kondisi starter selama 1000 detik.
Kata kunci :Baterai, Super kapasitor, Parameter internal, Karakteristik pengisian dan
pengosongan
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah
memberikan kesanggupan dan kekuatan pada penulis untuk menyusun dan
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk
memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini
adalah:
“Pengukuran Parameter Internal Dari Super Kapasitor Sebagai Pengganti
Baterai Sepeda Motor Berdasarkan Karakteristik Pengisian dan
Pengosongan”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang tercinta yaitu Ayahanda
Liefson Siahaan beserta Ibunda Tukini dan adik serta kakak yang selalu menjadi sumber
semangat dan motivasi serta doa-doa yang memampukan penulis menyelesaikan masa
studi dan menyusun Tugas Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini penulis banyak
mendapatkan dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin
menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Arman Sani,M.T., sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah
memberikan banyak waktu dan pikirannya untuk mengarahkan dan membimbing
saya selama penyusunan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Drs.Hasdari Helmi,M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
3.
Bapak Ir. Raja Harahap, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah
memberikan banyak masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
4.
Bapak Emerson Sinulingga, S.T., M. Sc., Ph.D., selaku dosen wali penulis yang
telah banyak memberikan bimbingan selama perkuliahan.
5.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku dosen Ketua Departemen Teknik
Elektro FT USU yang telah banyak memberikan bimbingan selama perkuliahan.
iii
Universitas Sumatera Utara
6.
Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pelajaran
hidup yang berharga selama penulis menjalani masa perkuliahan.
7.
Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU
8.
Kawan-kawan satu angkatan Teknik Elektro 2011 Canboy, Alberth, Ferro, Emir,
Yosua, Josiah, Fernando, Rikki, Tony, James, Riko, Aprisanto, Andreas, Frederik,
Rizky, Dedy, Yosef, Syahlan dan lain-lain serta abang dan kakak senior juga adik
junior yang selalu berjuang bersama penulis selama masa kuliah, kerja praktek dan
penulisan Tugas Akhir ini.
9.
Sahabat saya Trie Paradita Sagala yang selalu memberikan semangat dan dorongan
dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
10. Sahabat dan adik – adik saya Angela, Naomi, Riski, Kak kissy, Yohana, Ruth,
Novelina, Trisna dan abangda Yepta yang selalu berjuang bersama penulis selama
masa perkuliahan.
11. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.
Saran dan kritik dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan dan
mengembangkan kajian dalam bidang terkait Tugas Akhir ini.Akhir kata, penulis
berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembacanya.
Medan, Agustus 2016
Penulis
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
Abstrak
Kata Pengantar
Daftar Isi
Bab 1
Bab 2
i
ii
iii
iv
Pendahuluan
1.1.Latar Belakang
1.2. Perumusan Masalah
1.3. Tujuan
1.4. Batasan Masalah
1.5. Manfaat Tugas Akhir
1.6. Metodologi Penelitian
1.7. Sistematika Penulisan
1
2
2
2
3
3
3
Tinjauan Pustaka
2.1. Kapasitor
2.1.1. Pengisian dan Pengosongan Kapasitor
2.1.2. Kapasitansi
2.1.3. Kapasitor Hubungan Seri dan Paralel
2.1.4. Jenis-Jenis Kapasitor
2.2. Super Kapasitor
2.2.1 Struktur Super Kapasitor
2.2.2 Performa Super Kapasitor
2.2.3 Kelebihan dan Kelemahan Superkapasitor
2.3. Baterai
2.3.1 Komponen – komponen baterai
2.3.2 Prinsip kerja baterai
2.3.3 Kapasitas Baterai
2.3.4 Kelebihan dan Kelemahan Baterai Kering
Bab 3 Metode Penelitian
3.1. Baterai dan Super Kapasitor
3.2. Parameter Internal Baterai dan Super Kapasitor
3.2.1. Identifikasi Parameter Immediate Branch
3.2.2. Identifikasi Parameter Delayed Branch
3.2.3. Identifikasi Parameter Long-Term Branch
3.3. Perhitungan Parameter Super Kapasitor Hubungan
Seri dan Paralel
5
5
7
8
8
9
10
11
12
12
13
15
16
16
17
17
18
19
19
20
v
Universitas Sumatera Utara
3.4 Spesifikasi Perangkat
3.4.1Spesifikasi Perangkat Lunak
3.4.2 Spesifikasi Perangkat Keras
3.5 Fasilitas Simulator yang Digunakan
3.5.1 Baterai
3.5.2 Super Kapasitor
3.5.3 Sumber Arus
3.5.4 Pengatur Waktu
3.6 Prosedur Penelitian
3.6.1 Pelaksanaan Pengukuran Parameter
Internal Baterai dan Super Kapasitor
Bab 4 Hasil Simulasi dan Analisa
4.1Simulasi Pengukuran Parameter Internal Baterai
4.2Parameter Internal Super Kapasitor
4.3 Perbandingan Data Parameter Internal Baterai dengan
Parameter Super Kapasitor
4.4 Data Parameter Super Kapasitor Tersusun Seri
4.5 Karakteristik Pengosongan Baterai dan Super Kapasitor
Bab 5
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2. Saran
22
22
23
23
23
23
23
23
24
25
28
34
35
36
38
40
40
Daftar Pustaka
41
vi
Universitas Sumatera Utara
PENGUKURAN PARAMETER INTERNAL DARI SUPERKAPASITOR
SEBAGAI PENGGANTI BATERAISEPEDA MOTOR
BERDASARKANKARAKTERISTIK PENGISIAN
DAN PENGOSONGAN
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada
Departemen Teknik Elektro Sub Jurusan Teknik Energi Listrik
Oleh:
SAMGAR SIAHAAN
110402040
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Baterai memiliki banyak kelebihan seperti waktu pengosongan yang lama, umur dapat
mencapai 5 tahun, dapat diisi lagi, mudah didapat, harga murah dan cara pengisiannya
yang mudah. Dibalik semua kelebihan itu, baterai juga memiliki beberapa kelemahan
seperti ukurannya tebal, tidak ramah lingkungan, tingkat kegagalan tinggi, waktu
pengisian lama, dan cairan berbahaya bagi manusia seperti baterai lead- acid. Untuk itu
sangat perlu untuk mengatasi kelemahan–kelemahan tersebut dan menemukan
pengganti yang lebih baik dari baterai. Perangkat relatif pengganti baterai adalah
kapasitor tetapi kelemahan utama dari kapasitor adalah kapasitansinya yang
kecil.Kelemahan ini dapat diatasi oleh super kapasitor yang memiliki kapasitansi yang
jauh lebih besar dari kapasitor biasa. Untuk dapat menggantikan baterai, makaperlu
untuk memperhatikan parameter internal baterai yang diketahui berdasarkan
karakteristik pengisian dan pengosongannya. Dari penelitian ini, dengan melakukan
perhitungan dan pengukuran dengan simulasi didapat parameter internal baterai sepeda
motor jenis lead-acid 12 volt, 6.5Ah dengan arus pengisian 6 A dan arus pengosongan 6
A memiliki tahanan Ri1 sebesar 4,11 mΩ, Rd sebesar 3,3 Ω, dan Rl sebesar 1.289 Ω
serta besar kapasitansi Ci1 sebesar, Cd sebesar 393,65 F, dan Cl sebesar 16,469 F. Dan
parameter super kapasitor Nesscap 1600 F yang terhubung seri sebanyak 6 buah dengan
arus pengisian 12 A memiliki tahanan Ri1 sebesar 3,609 mΩ, Rd sebesar 2,55 Ω, dan Rl
sebesar 0,84 Ω serta besar kapasitansi Ci1 sebesar 405,612 F, Cd sebesar 52,86 F, dan
Cl sebesar 24,24 . Berdasarkan grafik simulasi pengosongan baterai dan super kapasitor
diketahui bahwa super kapasitor dapat menggantikan fungsi baterai sepeda motor pada
kondisi starter selama 1000 detik.
Kata kunci :Baterai, Super kapasitor, Parameter internal, Karakteristik pengisian dan
pengosongan
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah
memberikan kesanggupan dan kekuatan pada penulis untuk menyusun dan
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk
memenuhi persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di
Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini
adalah:
“Pengukuran Parameter Internal Dari Super Kapasitor Sebagai Pengganti
Baterai Sepeda Motor Berdasarkan Karakteristik Pengisian dan
Pengosongan”
Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang tercinta yaitu Ayahanda
Liefson Siahaan beserta Ibunda Tukini dan adik serta kakak yang selalu menjadi sumber
semangat dan motivasi serta doa-doa yang memampukan penulis menyelesaikan masa
studi dan menyusun Tugas Akhir ini.
Selama masa kuliah hingga penyelesaian Tugas Akhir ini penulis banyak
mendapatkan dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin
menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1.
Bapak Ir. Arman Sani,M.T., sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah
memberikan banyak waktu dan pikirannya untuk mengarahkan dan membimbing
saya selama penyusunan Tugas Akhir ini.
2.
Bapak Drs.Hasdari Helmi,M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah
banyak memberikan masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
3.
Bapak Ir. Raja Harahap, M.T., selaku Dosen Penguji Tugas Akhir yang telah
memberikan banyak masukan demi perbaikan Tugas Akhir ini.
4.
Bapak Emerson Sinulingga, S.T., M. Sc., Ph.D., selaku dosen wali penulis yang
telah banyak memberikan bimbingan selama perkuliahan.
5.
Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si., selaku dosen Ketua Departemen Teknik
Elektro FT USU yang telah banyak memberikan bimbingan selama perkuliahan.
iii
Universitas Sumatera Utara
6.
Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah mendidik serta memberikan pelajaran
hidup yang berharga selama penulis menjalani masa perkuliahan.
7.
Seluruh staf pegawai Departemen Teknik Elektro FT USU
8.
Kawan-kawan satu angkatan Teknik Elektro 2011 Canboy, Alberth, Ferro, Emir,
Yosua, Josiah, Fernando, Rikki, Tony, James, Riko, Aprisanto, Andreas, Frederik,
Rizky, Dedy, Yosef, Syahlan dan lain-lain serta abang dan kakak senior juga adik
junior yang selalu berjuang bersama penulis selama masa kuliah, kerja praktek dan
penulisan Tugas Akhir ini.
9.
Sahabat saya Trie Paradita Sagala yang selalu memberikan semangat dan dorongan
dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
10. Sahabat dan adik – adik saya Angela, Naomi, Riski, Kak kissy, Yohana, Ruth,
Novelina, Trisna dan abangda Yepta yang selalu berjuang bersama penulis selama
masa perkuliahan.
11. Semua pihak yang tidak dapat penulis tuliskan satu persatu.
Saran dan kritik dari pembaca sangat penulis harapkan untuk menyempurnakan dan
mengembangkan kajian dalam bidang terkait Tugas Akhir ini.Akhir kata, penulis
berharap semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembacanya.
Medan, Agustus 2016
Penulis
iv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
Abstrak
Kata Pengantar
Daftar Isi
Bab 1
Bab 2
i
ii
iii
iv
Pendahuluan
1.1.Latar Belakang
1.2. Perumusan Masalah
1.3. Tujuan
1.4. Batasan Masalah
1.5. Manfaat Tugas Akhir
1.6. Metodologi Penelitian
1.7. Sistematika Penulisan
1
2
2
2
3
3
3
Tinjauan Pustaka
2.1. Kapasitor
2.1.1. Pengisian dan Pengosongan Kapasitor
2.1.2. Kapasitansi
2.1.3. Kapasitor Hubungan Seri dan Paralel
2.1.4. Jenis-Jenis Kapasitor
2.2. Super Kapasitor
2.2.1 Struktur Super Kapasitor
2.2.2 Performa Super Kapasitor
2.2.3 Kelebihan dan Kelemahan Superkapasitor
2.3. Baterai
2.3.1 Komponen – komponen baterai
2.3.2 Prinsip kerja baterai
2.3.3 Kapasitas Baterai
2.3.4 Kelebihan dan Kelemahan Baterai Kering
Bab 3 Metode Penelitian
3.1. Baterai dan Super Kapasitor
3.2. Parameter Internal Baterai dan Super Kapasitor
3.2.1. Identifikasi Parameter Immediate Branch
3.2.2. Identifikasi Parameter Delayed Branch
3.2.3. Identifikasi Parameter Long-Term Branch
3.3. Perhitungan Parameter Super Kapasitor Hubungan
Seri dan Paralel
5
5
7
8
8
9
10
11
12
12
13
15
16
16
17
17
18
19
19
20
v
Universitas Sumatera Utara
3.4 Spesifikasi Perangkat
3.4.1Spesifikasi Perangkat Lunak
3.4.2 Spesifikasi Perangkat Keras
3.5 Fasilitas Simulator yang Digunakan
3.5.1 Baterai
3.5.2 Super Kapasitor
3.5.3 Sumber Arus
3.5.4 Pengatur Waktu
3.6 Prosedur Penelitian
3.6.1 Pelaksanaan Pengukuran Parameter
Internal Baterai dan Super Kapasitor
Bab 4 Hasil Simulasi dan Analisa
4.1Simulasi Pengukuran Parameter Internal Baterai
4.2Parameter Internal Super Kapasitor
4.3 Perbandingan Data Parameter Internal Baterai dengan
Parameter Super Kapasitor
4.4 Data Parameter Super Kapasitor Tersusun Seri
4.5 Karakteristik Pengosongan Baterai dan Super Kapasitor
Bab 5
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2. Saran
22
22
23
23
23
23
23
23
24
25
28
34
35
36
38
40
40
Daftar Pustaka
41
vi
Universitas Sumatera Utara