http://ejournal.unp.ac.id/index.php/jtev/index
Volume 6 Number 1  (2019) ISSN: 2302-3309
Received November 11, 2019; Revised January 5, 2020; Accepted January, 2020

## Perancangan Sistem Pengisian Accumulator Mobil Listrik dengan Sumber Listrik Solar Cell Berbasis Mikrokontroler
Hafelzan Enang Edovidata 1 , Aswardi 2
1 Teknik Elektro Industri, 2 Universitas Negeri Padang hafelzan12@gmail.com , aswardi@ft.unp.ac.id

## Abstrak
Perkembangan teknologi dibidang otomotif membuat peningkatan penggunaan bahan bakar yang pada akhirnya  akan  habis  dan  berdampak  buruk  terhadap  lingkungan.  Mengatasi  masalah  tersebut dikembangkan mobil listrik yang menggunakan energi listrik sebagai sumber tanaganya dan juga ramah lingkungan karena tidak memiliki emisi gas buang. Salah satu sumber energi listrik ialah pemanfaatan energi cahaya matahari dengan menggunakan panel surya yang dapat mengubah energi cahaya matahari menjadi  energi  listrik,  teknologi  ini  disebut solar  cell .  Energi  listrik  dari solar  cell ini  harus dihubungkan  kemedia  penyimpanan  yaitu  baterai  ( accumulator ).  Dalam  penelitian  ini  sistem penyimpanan  energi  listrik  ke  baterai  menggunakan  rangkaian buck  converter yang  dikontrol  arduino dengan metode Pulse Width Modulation (PWM) untuk menurunkan dan menstabilkan tegangan sebesar 14,4 Volt sehingga tidak melewati ambang batas pengisian baterai yaitu 14,4  -15 VDC untuk menjaga baterai tidak cepat rusak.

## Abstract
Technological developments in the automotive field have led to an increase in the use of fuel which will eventually  run  out  and  have  a  negative  impact  on  the  environment.  Overcoming  this  problem  was developed an electric car that uses electricity as its energy source and is also environmentally friendly because it does not have exhaust emissions. One  source of electrical energy is the utilization of solar energy  using  solar  panels  that  can  convert  sunlight  energy  into  electrical  energy,  this  technology  is called  solar  cells.  The  electrical  energy  from  this  solar  cell  must  be  connected  to  the  storage  media, which is the battery (accumulator). In this study the electrical energy storage system to the battery uses an arduino controlled buck converter circuit with the Pulse Width Modulation (PWM) method to reduce and stabilize the voltage by 14.4 Volts so that it does not cross the battery charging threshold of 14.4  - 15 VDC to maintain The battery does not damage quickly.
Keywords : Arduino Uno, Electric Car, Solar Cell, Batteray, Buck Converter

## PENDAHULUAN
Berkembang  pesatnya  teknologi  dibidang  otomotif  pada  saat  ini  berdampak  pada penggunaan  bahan  bakar,  karena  jumlah  kendaraan  semakin  banyak  tentunya  penggunaan bahan  bakar  semakin  meningkat,  yang  pada  akhirnya  akan  menuju  angka  nol.  Disamping bahan  bakar  yang  semakin  berkurang,  dampak  terhadap  lingkungan  dari  hasil  pembakaran justru semakin berbahaya.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dikembangkan sistem pembakaran dengan energi alternatif seperti listrik. Salah satunya pengembangan mobil listrik yang menggunakan energi  listrik  sebagai  sumber  tenaganya,  dan  ramah  lingkungan  karena  tidak  memiliki  emisi gas  buang  [1] . Sumber  energi  alternatif  ialah  pemanfaatan  energi  matahari  menggunakan panel surya yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik, teknologi ini disebut solar cell [2].
Energi matahari yang disimpan pada accumulator atau baterai menjadi bahan inovasi dari beberapa kalangan, salah satunya pada penelitian yang dilakukan Elsi Martha. Pada penelitian tersebut  pengisian  baterai  menggunakan buck  converter yang  difungsikan  menurunkan tegangan  dari solar cell 24 VDC menjadi  14.4 VDC untuk  mengisi aki  dengan tegangan 12 VDC dan mikrokontroler ATmega 8 sebagai controller nya [3].
Berdasarkan  penelitian  sebelumnya  maka  penulis  mencoba  merancang  sistem  pengisian accumulator mobil  listrik  berbasis  mikrokontroler,  dimana  mikrokontroler  arduino  uno sebagai controller yang  digunakan  sebagai  pembangkit  sinyal Pulse  Width  Modulation (PWM)  yang  dapat  mengatur  nilai  tegangan  keluaran  dari  sebuah  rangkaian buck  converter yang mana dapat  dijadikan sumber energi  alternatif dari mobil  listrik  dengan memanfaatkan sumber energi matahari.

## A. Mobil Listrik
Mobil  listrik  dengan  penggerak  motor  listrik,  menggunakan  energi  listrik  yang disimpan  dalam  baterai  atau  tempat  penyimpanan  energi  lainnya.  Energi  listrik  didapat dengan  cara  memanfaatkan  panas  matahari  yang  kemudian  akan  di  konversi  menjadi energi  listrik.  Mobil  tenaga  surya  sudah  dikenalkan  pada  tahun  1962  oleh  perusahaan International Rectifier Company . Mobil ini dikenal Cmax Solar Energi Concept dengan panel  surya  diatapnya.  Panel  surya  yang  dipasang  menggunakan  lensa  flenel  yang berfungsi  seperti  kaca  pembesar  supaya  energy  matahari  bias  terkumpul  efisien,  panel surya  ini  berkekuatan  300  sampai  350  Watt  [4],  dengan  jarak  tempuh  sejauh  34 kilometer.
Gambar 1. Mobil lsitrik [ E-Jurnal Sagita Rochman, 2014 : 62 ]

## B. Solar Cell / Panel Surya
Panel  surya  adalah  alat  yang  terdiri  dari  sel  surya  yang  mengubah  energi  cahaya menjadi energy listrik. Panel surya sering kali disebut sel photovoltaic, photovoltaic dapat diartikan  sebagai  "cahaya  listrik".  Sel  surya  bergantung  pada  efek  photovoltaic  untuk menyerap  energi.  Photo  merujuk  kepada  cahaya  dan  voltaic  merujuk  kepada  tegangan. Terminologi  ini  digunakan  untuk  menjelaskan  sel  elektronik  yang  memproduksi  energi listrik  arus  searah  dari  energi  radian  matahari.  Photovoltaic  cell  dibuat  dari  material semikonduktor terutama silikon yang dilapisi oleh bahan tambahan khusus.
Gambar 2. Panel Surya [ http://energi surya.wordpress.com ]
Secara  sederhana  cara  kerja solar  cell dimodelkan  dengan  konsep pn junction yang yang  apabila  terkena  sinar  matahari  akan  terjadi aliran  elektron.  Struktur  lapisan solar cell ditunjukkan oleh gambar berikut ini :
Gambar 3. Struktur Lapisan Solar Cell
[ Yuwino, 2005 ]

## C. Buck Converter
Konverter  DC-DC  digunakan  untuk  mengubah  sumber  tegangan  dc  menjadi  sumber tegangan  dc  yang  bersifat  variabel.  Seperti  transformator,  DC-DC  Konverter  dapat digunakan  untuk  menaikkan  dan  menurunkan  sumber  tegangan  dc,  dan  merupakan rangkaian  elektronika  daya  yang  digunakan  untuk  mengubah  tegangan  masukan  searah yang  konstan  menjadi  tegangan  keluaran  searah  yang  bisa  divariasikan.  Untuk  mem- variasikan tegangan kelaran yaitu sesuai dengan duty cycle dari control nya [5].
Gambar 4. Rangkaian Buck Converter [ Aswardi, 2010 : 117 ]
Pada  dasarnya  cara  kerja  dari  buck  converter  yaitu  dengan  mengguankan  prinsip switching  yang  dikenal  dengan  istilah  PWM  ( Pulse  Width  Modulation )  dan Duty  Cycle untuk  mengendalikan  kecepatan  frekuenai  kerja switch tersebut.  Gambar  5  menjelaskan tentang switch pada buck converter .  Kecepatan switch dipengaruhi Duty  Cycle dan frekuensi yang digunakan [6]. Berikut mode kerja dari buck converter :
1. Mode 1 ( switch on )
Gambar 5. Rangkaian back converter switch on [ Hart, 2011 : 199 ]
Mode  1  terjadi  ketika switch S  dalam  keadaan on pada  t  =  0,  dan  dioda  D  dalam keadaan reverse bias.  Keadaan  Arus  masukkan  yang  meningkat  mengalir  melalui induktor L, filter kapasitor C, dan beban resistor R.

## 2. Mode 2 ( switch off )
Gambar 6. Rangkaian back converter switch off
[ Hart, 2011 : 199 ]
Mode  2  yaitu  ketika  switch  S  keadaan off dan  t  =  t1  sehingga  dioda  dalam  keadaan forward bias.  Arus  akan  mengalir  melalui  L,  C,  beban,  dan  diode  maksimum 𝐷 𝑚 .  Arus induktor  akan  turun  sampai  transistor  di on -kan  kembali  pada  siklus  berikutnya.  Energi yang  tersimpan  pada  induktor  L  dipindahkan  ke  beban.  Pada  saaat  switch  di  ON  kan kembali  maka  arus  pada  inductor  akan  meningkat  dan  energy  yang  tersimpan  dalam kapasitor akan mengalir ke beban, sehingga aliran tegangan ke beban tidak akan pernah terputus. Gambar 7 menunjukkan bentuk gelombang tegangan dan arus yang mengalir di induktor.
Gambar 7. Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus Beban
[ Aswardi, 2010: 122 ]

## D. Arduino Uno
Mikrokontroler  arduino  merupakan  sebuah platform elektronik  yang  bersifat open source ,  berbasis  pada software dan hardware yang  fleksibel  dan  mudah  digunakan  [7]. Nama  arduino  tidak  hanya  dipakai  untuk  menamai board rangkaian  saja,  tetapi  juga untuk  menamai  bahasa  dan software pemogramannya,  IDE  ( integrated  Development Environment ) untuk penulisan pemograman dan koneksi computer.
Gambar 8. Arduino Uno [ Abdul, 2012 : 15 ]
.  Setiap  pin  digital  pada  board  arduino    uno  dapat  digunakan  sebagai  input-output. Dengan  menggunakan  fungsi  pin  Mode(),  digitalWrite(),  dan  digitalRead()  yang  akan beroperasi  pada  tegangan  5V.  Setiap  pin  mampu  memberi  atau  menerima  maksimum 40mA  dan  memiliki  resistor pull-up internal  20-50K  ohm.  Selain  itu  ada  beberapa  pin memiliki  fungsi  khusus.  Serta  mempunyai  flash  memori  32  KB  dengan  0.5  KB digunakan  untuk bootloader ,  2KB  SRAM  dan  1  KB  EEPROM,  berikut  blok  memori arduino uno :
Gambar 9. Diagram Blok Memori Arduino Uno
[ Abdul, 2012 : 16 ]

## E. Sensor Tegangan dan Sensor Arus
Sensor  tegangan  dan  sensor  arus  digunakan  untuk  mengukur  besaran  tegangan  dan arus keluaran dari solar cell dan besaran tegangan dan arus keluaran dari buck converter . Dimana sensor tegangan juga berfungsi sebagai input switching untuk mengatur tegangan output  buck  conveter agar  tetap  konstan.  Pada  pembuatan  tugas  akhir  ini  akan menggunakan sensor tegangan arduino voltage sensor modul dengan spesifikasi tegangan input  0-25  VDC  dengan  ketelitian  pengukuran  0.00489  Volt  dan  sensor  arus  ACS  712 yang  mampu  mendeteksi  arus  mencapai  5A  dengan  ketelitian  66-185mV  setiap perubahan 100mA [8].
(a) (b)
Gambar 10. (a).Rangkaian Sensor Tegangan dan (b). Sensor Arus [ Abubakar, 2017 : 1077 ]

## METODE PENELITIAN

## A. Blok Diagram
Blok  Diagram  merupakan  salah  satu  bagian  terpenting  dalam  sebuah  perancangan komponen elektronik, dengan adanya diagram blok dapat memberikan kemudahan dalam mengetahui  prinsip  kerja  sebuah  alat  secara  keseluruhan  dan  juga  memberikan kemudahan dalam megetahui sebuah kesalahan pada alat dengan melakukan pengecekan pada bagian blok diagram.
Gambar 11. Blok Diagram
Berikut ini fungsi  setiap blok komponen:
Proses  kinerja  alat  dikontrol  Arduino  Uno  dan  bahasa  C++  sebagai  bahasa pemrogramannya.  Pada  dasarnya  prinsip  kerja  pada  tugas  akhir  ini  adalah  pengaturan tegangan terhadap buck converter yang menurunkan tegangan output dari solar cell 18,1- 22  Volt  DC  menjadi  tegangan  pengisian constant 14.4  VDC  untuk  tegangan  pengisian pada baterai 12 Volt DC.
Saat  alat  ini  bekerja  maka  mikrokontroler  membaca  tegangan  output  pada buck converter melalui  sensor  tegangan.  Setelah  mikrokontroller  mengetahui  tegangan  pada buck  converter ,  tegangan  di  deteksi  oleh  sensor  tegangan  dan  diproses  pada mikrokontroler  sehingga  nilai  tegangan  dapat  dilihat  pada  tampilan  LCD.  Selanjutnya mikrokontroler mengelolah hasil dari sensor tegangan tersebut kedalam mikrokontroler. Setelah  pengelolahan  data  pada  mikrokontroler  tersebut  barulah  mikrokontroler memberikan sinyal sinyal PWM pada MOSFET buck converter sehingga dapat merubah tegangan  DC  dari solar  cell yang  menjadi  tegangan  keluaran  pengisian  ( charge )  yaitu 14.4Volt DC. Besarnya tegangan keluaran buck converter dideteksi oleh sensor tegangan dan  diproses  pada  mikrokontroller  sehingga  nilai  tegangan  dapat  dilihat  pada  tampilan LCD.  Tegangan  output buck  converter ini  akan  mengisi  baterai  12Volt  DC  yang digunakan sebagai sumber tegangan dari motor mobil listrik.

## B. Perancangan Mekanik Alat
Gambar 12. Perancangan Mekanik

## C. Flowchart Sistem

## Gambar 13. Flowchart Sistem

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian dilakukan untuk memperoleh data-data setiap bagian alat bekerja dengan baik A. Pengujian Modul Solar Cell Terhadap Sinar Matahari
Pengujian ini dilakukan langsung dibawah sinar matahari dari jam 6 pagi sampai jam 4  sore  menggunakan  Lux  Meter.  Tujuan  pengujian  modul solar  cell untuk  mengetahui tegangan keluaran dari solar cell . Hasil pengukuran tegangan dari modul solar cell dapat dilihat pada table dibawah ini :
Tabel 1. Pengujian Modul Solar Cell
NO  Jam Lux ( 𝐥𝐦 ⁄ 𝐦 𝟐 ) Hari ke-1 Vsc(V) Lux ( 𝐥𝐦 ⁄ 𝐦 𝟐 ) Hari ke-2 Vsc(V) 1 06:00 2 0.53 2 0.85 2 07:00 9090 18.4 6430 18.22 3 08:00 18620 18.9 20200 19.16 4 09:00 32420 19.4 56200 19.26 5 10:00 72250 19.42 88457 19.48 6 11:00 92537 19.48 100800 19.53 7 12:00 95564 19.50 118100 19.57 8 13:00 96342 19.53 111300 19.54 9 14:00 92600 19.3 100900 19.38 10 15:00 78800 19.3 83200 19.39 11 16:00 75900 19.2 76160 19.34
Berdasarkan table pengukuran diatas dapat diketahui bahwa nilai intensitas cahaya dan tegangan solar  cell sudah  naik  ketika  waktu  menunjukan  jam  07.00  WIB  dan  nilai tegangan  tetap  stabil  tidak  menunjukkan  perubahan  yang  signifikan  hingga  16.00  WIB dan  mulai  turun  karena  matahari  mulai  terbenam. Solar  cell akan  mendapatkan  daya maksimum  ketika solar  cell mendapatkan  intensitas  cahay  yang  tinggi  dari  matahari. Berikut kurva hasil pengukuran :
Gambar 14. Kurva Pengujian Solar Cell

## B. Pengujian Rangkaian Buck Converter
Dalam  pengujian buck  converter dilakukan  pada  saat  tegangan output dari solar  cell berada diatas 15 Volt dan pengujian dilakukan tanpa beban.
Gambar 15. Rangkaian Pengujian Buck Converter
Pengukuran  dilakukan  pada  jam  10.00  WIB,  12.00  WIB,  dan  15.00  WIB.  Hasil pengukuran dapat dilihat pada table dibawah ini :
Tabel 2. Hasil Pengujian dan Pengukuran Rangkaian Buck Converter

## NO
Jam Lux
(𝐥𝐦 𝐦 𝟐 ⁄ ) Vin Vout Osciloskop Gelombang Driver Mosfet Input Buck Converter Output Buck Converter 1 10.0 0 72250 19.4 14.4 4 2 12.0 0 95564 19.5 14.4 6 3 15.0 0 78800 19.3 14.4 4

## C. Proses Pengisisan ( Charging ) Baterai
Pengujian  proses  pengisian  ( charging )  yaitu  menguji  kinerja  dari  alat.  Pengujian dilakukan dengan mengambil data pada sistem dan melakukan pengukuran serta analisis. Untuk  mengukur  tegangan  dan  nilai  arus  pengisian  baterai  maka  di  rangkaian  sistem seperti rangkaian dibawah ini:
Gambar 16. Rangkaian Pengukuran Pengisian Baterai
Dari  pengukuran  yang  telah  dilakukan  dapat  dilihat  data  pengisian  baterai  pada  table berikut ini :
Table 3. Hasil Pengujian Proses Pengisian Baterai 12 – 7Ah
NO Waktu Pengujian Tegangan Dari Solar Cell (Vin) Arus pengisian (A) Tegangan Pengisian (Vout) Tegangan Baterai ( Volt ) Status 1 08.00 18.9V 0.4 14.41 11.98 Charging 2 09.00 19.4V 0.4 14.44 12.04 Charging 3 10.00 19.42V 0.7 14.42 12.13 Charging 4 11.00 19.48V 0.7 14.43 12.18 Charging 5 12.00 19.5V 0.85 14.48 12.24 Charging 6 13.00 19.53V 0.97 14.45 12.28 Charging 7 14.00 19.3V 1,1 14.46 12.34 Charging 8 15.00 19.3V 0.6 14.44 12.39 Charging 9 16.00 19.2V 0.39 14.42 12.45 Charging
Berikut kurva hasil pengujian proses pengisian baterai :
Gambar 17. Kurva Hasil Pengujian Proses Pengisian Baterai
Pada tabel 3 pengujian dilakukan dari jam 08.00 – 16.00 WIB. Baterai dalam keadaan kosong tegangannya kira-kira 10.5-11 Volt dan penuh ketika tegangan baterai antara 13.5- 13.8 Volt.  Baterai  yang  digunakan berkapasitas  7Ah, membutuhkan  arus pengisian  yang konstan  agar  baterai  tersebut  terisi  penuh.  Sedangkan  arus  pengisian  yang  didapatkan tergantung  dari  kemampuan solar  cell dan  pengaruh  intensitas  cahaya  matahari.  Berikut skematik titik pengujian dan pengukuran keseluruhan

## PENUTUP
Berdasarkan  hasil  pengujian  dan  analisa  pada  pembuatan  Sistem  Pengisian Accumulator Mobil  Listrik  Dengan  Sumber  Listrik Solar  Cell Berbasis  Mikrokontroller maka dapat simpulkan bahwa:
1. Rancangan dari Sistem Pengisian Accumulator Mobil Listrik Dengan Sumber Listrik Solar  Cell Berbasis  Mikrokontroller  dirancang,  dengan  metode Pulse  Width Modulation (PWM)  dengan  memanfaatkan  lebar  pulsa  dalam  proses  pengisiannya. Dimana  sumber  tegangan  keluaran  dari solar  cell berubah-rubah  tergantung  cuaca dan sinar matahari maka diatur duty cycle -nya agar tegangan pengisian (Vout) tetap stabil rata-rata 14.4 VDC untuk proses pengisian (charging) ke baterai (akumulator),
sehingga tidak melewati ambang batas pengisian baterai yaitu 14.4~15 VDC. Hal ini dilakukan untuk menjaga baterai agar tidak cepat rusak.
2. Rangkaian  Sistem  Pengisian  Accumulator  Mobil  Listrik  akan  optimal  pada  proses pengisian baterai (akumulator) sesuai dengan waktu yang diinginkan, tergantung dari kemampuan  solar  cell  yang  digunakan.  Pada    rancangan  alat  yang  dibuat,  proses pengisian (charger) dilakukan pada baterai (akumulator) yang berkapasitas 12 Volt – 7Ah,  waktu  percobaan  pengisian  baterai  dari  jam  08.00  –  16.00  WIB,  baterai  tidak terisi  penuh.  Hal  ini  dipengaruhi  oleh  arus  yang  berubah-rubah  dipengaruhi  oleh cuaca dan cahaya matahari yang ditangkap modul solar cell sehingga arus pengisian tidak maksimal.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Yogie Ramadhan, Ekki Kurniawan.(2016).” Stasiun Pengisian Aki Untuk Mobil Listrik dengan Turbin Angin dan Panel Surya ”. Jurnal Tidak Terbit (Online).. Teknik Elektro FT Universitas Telkom.
[2] Sagita  Rochman,  Budi  Prijo  Sembodo.(2014).”  Rancang  Bangun  Alat  Kontrol Pengisian  Aki  Untuk  Mobil  Listrik  Menggunakan  Energi  Sel  Surya  Dengan  Metode Sequensial ”. Jurnal Tidak Terbit (Online). Surabaya. Teknik Elektro Universitas PGRI Adi Buana Surabaya.
[3] Elsi Martha (2018).” Perancangan Sistem Pengisian Accumulator Mobil Listrik Dengan Sumber Solar Cell. Padang. Universitas Negeri Padang.
[4] M.Harits  Fadhilah,  Ekki  Kurniawan.(2017).”  Perancangan  dan  Implementasi  MPPT Charge Controller Pada Panel  Surya Menggunakan Mikrokontroler  Untuk Pengisisan Baterai  Sepeda  Listrik ”.  Jurnal  Tidak  Terbit  (Online). Teknik  Elektro  FT  Universitas Telkom.
[5] Aswardi. (2010). Modul  Elektronika Daya . Padang. Teknik Elektro Universitas Negeri Padang
[6] Rashid, Muhammad H. (2011). Power Electronics Circuit Device and Applications 3 rd Edition. Purdue University at Fort Wayne Indiana.
[7] Andrianto, Heri. (2013). Pemrograman Mikrokontroler AVR ATmega 16 Menggunakan Bahasa C (Code Vision AVR). Rev.ed. Bandung : Informatika Bandung.
[8] Abubakar,  S.N  Khalid.  (2017). Calibration  Of  ZMPT101B  Voltage  Sensor  Module Using Polinomial  Regression For Accurate Load Monitoring . Johor Bahru.  Faculty of Electrical Engineering Universiti Teknologi Malaysia.

## Biodata Penulis
Hafelzan  Enang  Edovidata, lahir  di  Gunung  Kembang,  15  Agustus  1993.  Sedang menyelesaikan  studi  di  Program  Studi  Teknik  Elektro  Industri  (DIV),  di  Jurusan  Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang dengan tahun masuk 2017.
Drs. Aswardi, M.T dilahirkan di Kubang Putih Agam, 21 Februari 1959. Adalah dosen aktif di  jurusan  Teknik  Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas  Negeri  Padang,  yang  mana  beliau sekarang  juga  sedang  menjabat  sebagai  Kepala  UPT.  PTIK  Universitas  Negeri  Padang. Riwayat  pendidikan  beliau  dengan  Sarjana  1  di  IKIP  Padang  dan  Magister  di  Institut Teknologi Bandung.