## Perhitungan Energi Kinetik Pada Sistem Pengereman
Regenerative
Mobil Listrik
Triwahju Hardianto 1 , Hari Sutjahjono 2 , Hari Arbiantara 2 ,M. E. Ramadhan 2
*JurusanTeknikElektro, UniversitasJember, JlKalimnatan 37 Jember 68121 Indonesia **JurusanTeknikMesin, UniversitasJember,JlKalimnatan 37 Jember 68121 Indonesia
E-mail: triwahju@gmail.com

## Abstrak:
Penelitian ini adalah tahap awal dari pelaksanaan penelitian mengenai system pengereman regenerative mobil listrik Universitas Jember.  Aplikasi system pemulihan energi menggunakan energi kinetic pada mobil listrik pada  saat  melakukan  pengereman.  Aplikasi  KERS  ( Kinetic  Energy  Recovery  System )  diharapkan  dapat memperbaiki  performa  system  penyimpanan  energi  listrik  dan  meningkatkan  jarak  tempuh  mobil  listrik dengan  adanya  system  regenerative  pada  system  pengisian  baterai  sebagai  hasil  bangkitan  dari  system pengereman.  Sistem  pengereman  regeneratif  yang  dilakukan  dalam  penelitian  ini  adalah  dengan  membuat prototype yang  terdiri  atas  tiga  komponen  utama  yakni  CVT  ( continously  variable  transmission) , flywheel dan clutch .  Data  yang  diperoleh  pada  hasil  percobaan  menunjukkan  hubungan  parameter-parameter  yaitu kecepatan  roda  mobil,  kecepatan flywheel dan  durasi  putaran  pada  saat  dilakukan  pengereman.  Pada  salah satu  hasil  pengambilan  data  diperoleh  data  kecepatan  roda  sebesar  680  rpm,  kecepatan flywheel 128  rpm dengan durasi putaran flywheel setelah pengereman adalah 21,42 detik.
Kata Kunci : KERS,CVT, Flywheel
First Study Eksperimental of Kinetic Energy Recovery System for Braking at Electric Car
Abstrack : This research is early step of the research developing on regenerative breaking system of Jember University electric car. This research focuses on the energy recovery system application using kinetic energy on  electrical  while  do  breaking.  Application  of  KERS  (Kinetic  Energy  Recovery  System)  is  expected  to improve the performance of electrical energy storage systems and increase the mileage of electric cars with regenerative  system  on  the  battery  charging  system.The  regenerative  braking  system  in  this  research  is  to create  a  prototype  system  that  consists  of  three  main  components  namely  CVT  (continuously  variable transmission),  flywheel  and  clutch.  Data  obtained  on  the  experimental  results  showed  that  the  relationship parameters i.e. car wheel speed, the flywheel speed and duration of the flywheel during braking. At one of the results of data is obtained wheel speed data of 680 rpm, speed flywheel of 128 rpm with duration of flywheel rotation after braking of 21.42 seconds.
Keywords : KERS, CVT, Flywheel

## I. PENDAHULUAN
Perkembangan mobil listrik saat ini berlangsung sangat pesat. Hal ini sebagai akibat dari cadangan  bahan  bakar  minyak  (BBM)  yang  mulai menipis dan keinginan untuk menciptakan lingkungan  ramah  melalaui  penurunan  emisi  gas buang.  Namun  dalam  prosesnya,  mobil  listrik memiliki beberapa kendala. Kendala tersebut adalah pada  sistem  pengereman  dan  sistem  pengisian baterai.  Sistem  pengereman  pada  mobil  listrik  tidak menggunakan  bantuan  mesin  (Engine  braking), sehingga beban pada lining brake dan roda  menjadi meningkat. Sedangkan kendala pada sistem pengisian  baterai  adalah  belum  adanya  proses
regeneratif  charging pada  baterai  yang  dapat membuat ketahanan daya baterai meningkat sehingga jarak tempuh dari mobil listrik meningkat.
Kasus  paling  menonjol  mengenai  sistem pengereman  pada  mobil  listrik  terjadi  pada  mobil listrik  Tucuxi  yang  dikendarai  menteri  BUMN Dahlan  Iskan.  Tucuxi  mengalami  kecelakaan  pada tanggal  5  Januari  2013.  Pasca  kecelakaan,  Dahlan Iskan  menyebutkan,  “mobil  Tucuxi  memberikan beban  sepenuhnya  kepada  rem  saat  melakukan pengereman”.  Pernyataan  tersebut  menunjukkan bahwa  sistem  pengereman  yang  ada  pada  mobil listrik  masih  memerlukan  sistem  tambahan  agar mobil bisa beroperasi dengan baik.
Sistem  KERS  adalah  proses  pemanfaatan energi kinetik pada kendaraan yang terjadi pada saat pengereman  (decelaration)  untuk  digunakan  atau disimpan untuk siap digunakan pada saat melakukan acceleration.  Pada  mobil  listrik  energi  ini  akan digunakan  sebagai  sistem  pengisian  pada  baterai. Penelitian mengaplikasikan sistem pemulihan menggunakan energi kinetik/kinetic energy recovery system  (KERS)  pada  mobil  listrik  Universitas Jember.  Penelitian  dilaksanakan  dalam  2  tahun. Penelitian  tahun  pertama  di  tekankan  pada  aplikasi sistem  pemulihan  menggunakan  energi  kinetik  pada mobil  listrik  sebagai  penunjang  sistem  pengereman. Sedangkan  penelitian  tahun  kedua  ditujukan  pada aplikasi  sistem  pemulihan  menggunakan  energi kinetik  pada  mobil  lsitrik  sebagai  penunjang  sistem pengisian baterai.
Perkembangan  teknologi  otomotif  yang begitu    pesat  telah    menuju  ke  arah  terciptanya teknologi KERS (Kinetic Energy Recovery System). KERS  adalah  perangkat  untuk    menyimpan  energi kinetik    dan    dimanfaatkan    kembali    untuk menambah    akselerasi    kendaraan.Penyimpanan energi kinetik dilakukan dengan cara mengkonversikan energi pengereman menjadi energi kinetik  pada    roda  berputar  atau    saat  terjadi pengereman.    Energi  ini  kemudian  disimpan  dalam baterai,  pegas  atau flywheel .  Pada  prinsipnya teknologi  KERS  terbagi  menjadi  dua  yaitu    sistem elektro-mekanis  dan    full-mekanis.    Sistem  elektro- mekanis  adalah  system  KERS  yang  menyimpan energi kinetikhasil pengereman dengan cara memutar poros generator yang  kemudian dikonversi menjadienergilistrikdan
disimpan dibaterai/kapasitor.  Sistem yang  kedua adalah full- mekanis  dengan  menggunakan flywheel sebagai tempat penyimpanan  energi.
Teknologi  KERS  sudah    diaplikasikan  pada sepeda oleh ChenghanLi (2008) dengan menggunakan    prinsip    putaran    roda.    Aplikasi KERS  pada  sepeda  mengunakan  system  full- mekanis  dengan  penyimpan    energyberupa  torsi pegas.    Energi  kinetik  dari  putaran    roda  akan diteruskan    ke  torsi  pegas  melalui  system  CVT. Energi    pada    torsi   pegas    bergerak      dari  diameter kecil    ke  diameter  besar  pegas,  pada  saat  ini  terjadi pembalikan  energi  sehingga  membantu    proses deceleration.  Pada CVT kecepatan  akan  dikurangi dengan    bantuan reducer  gear, perubahan kecepatan    akan    terbacaoleh accelerometer. Kemudian mikrocontroller akan  membandingkan kecepatan    awal  dan  akhir  sehingga  pada  akhirnya mengontrol proses deceleration menjadi lebih  halus. Pada  proses acceleration ,  energi  yang  disimpan pada  pegas  torsi  akan    dikembalikan    ke  sistem dengan    cara  yang  sama    tetapi  dengan    arah    yang berlawanan.  Sistem  ini  relatif  sederhana  dan kapasitas penyimpan  energinya  sangat  kecil.
Teknologi  KERS  telah  diaplikasikan    pada bus  oleh    Brockbank    C,  Greenwood  C  (2009) Sistem  KERS  pada  penelitian    ini  menggunakan
sistem  elektro-mekanis  dengan flywheel berfungsi untuk    menangkap  energi  kemudian    disimpan    di baterai.    Hal  ini  disebabkan  karena  kebutuhan energi    yang  cukup    besar  untuk    perjalanan    jarak jauh.  Kelemahan  pada  system  ini  adalah  kapasitas penyimpanan    energinya  dan power  transmission kurang  sesuai  untuk    diterapkan  pada  kendaraan pada umumnya
Teknologi  KERS  juga  telah  diaplikasikan pada  mobil  F1    untuk  regulasi  terbaru    tahun  2009 (Mosley, 2009). Tujuannya adalah untuk meningkatkan  akselerasi mobil F1 serta mengurangi tingkat    emisi    dengan    pembangkitan    kembali energi   yang  dibuang saat pengereman.  Pada   saat mobil melakukan   pengereman  maka flywheel akan menyimpan  energi  dalam  bentuk    kinetik,  energi yang  tersimpan    dalam flywheel bias  digunakan kembali  untuk    menambah    kecepatan.  KERS  yang digunakan  pada  mobil  F1    dibuat  oleh  perusahaan Flybrid dari  Inggris.  Energi yang mampu dihemat dari  alat  yangdiciptakan    perusahaan    tersebut  yaitu sekitar  400    kilojoule  untuk    setiap    lap.  Apabila dikonversikan    sama  dengan    80    HP  atau  60  KW dalam  waktu    6,67  detik.  Selanjutnya  akan dikembangkan    lagi  KERS  F1  dengan    spesifikasi yang lebih  tinggi yaitu  200 KW  serta  mempunyai desain   yang  lebih kecil  dan  ringan.
Penerapanteknologi  KERS  untuk  mobil listrik  didasarkan  karakteristik  mobil  listrik  itu sendiri  yaitu  tidak  adanya engine  brake dan  jarak tempuh  yang  terbatas  akibat  tidak  dapat  melakukan sistem pengisian pada saat digunakan (bergerak).

## Sistem Pemulihan Energi Kinetik
Sehubungan dengan beberapa kendala pemasangan  alat  dan  bahan  pada  saat  pembuatan rangka  dan  perakitan,  pengambilan  data  awal  baru bisa  dilaksanakan  pada  tanggal  16  November 2013.KERS  adalah  perangkat  untuk    menyimpan energi    kinetik    dan    dimanfaatkan    kembali    untuk menambah    akselerasi    kendaraan.    Penyimpanan energi kinetikdilakukan dengan cara mengkonversikan energi pengereman menjadi energi kinetik  pada    roda  berputar  atau    saat  terjadi pengereman.    Energi  ini  kemudian  disimpan  dalam baterai,  pegas  atau flywheel .  Pada  prinsipnya teknologi  KERS  terbagi  menjadi  dua  yaitu    sistem elektro-mekanis  dan    full-mekanis.    Sistem  elektro- mekanis  adalah  sistem  KERS  yang  menyimpan energi  kinetik  hasil  pengereman  dengan  cara memutar poros generator yang  kemudian dikonversi menjadi energi listrikdan disimpandi baterai/kapasitor.    Sistem  yang    kedua  adalah  full- mekanis  dengan  menggunakan flywheel sebagai tempat penyimpanan  energi.
Dengan  menggunakan  hukum  kekekalan energi  maka  diperoleh  hubungan  bahwa  besarnya energi  kinetik  (Ek)  yang  diperoleh  pada  saat pengereman adalah setara dengan energi pengereman (Ep):
Ep =  Ek =  ½ m v 2 .
P.t =   ½ m (v 2 2 - v 1 2 ) dimana:
P   = daya pengereman (Watt) t    = waktu pengereman  (dt) m  = massa kendaraan (kg) v 2 = kecepatan setelah pengereman (m/dt) v 1 = kecepatan sebelum pengereman (m/dt)
Sehingga energi yang mampu diserap oleh flywheel (KERS) adalah:
I x α = P.t. dimana
I  = momen inersia flywheel = m (r22 -  r22 ) (kg.m2)  = percepatan sudut pada flywheel (rad/dt2) m = massa flywheel (kg)

## II. METODE  PENELITIAN
Penelitianpada  tahap  awal  ini  ditekankan pada rancang bangun sistem pengereman regeneratif braking.  Pada  tahap  ini  proses  yang  dilakukan adalah  merancang  sistem  berikut  instalasi  sistem pengeremanregeneratif pada mobil listrik Universitas Jember. Perancangan sistem pengereman regeneratif  memperhitungkan  posisi dan ruang  yang tersedia  pada  mobil  listrik  agar  sistem  dapat  di implementasikan pada mobil tersebut.
Sistem pengeremanregeneratif terdiri atas dua komponen  utama  yakni  CVT  (continously  variable transmission)  dan flywheel .  CVT  akan  di couple dengan  poros  roda  belakang  menggunakan  kopling dan flywheel akan  di couple dengan  CVT.  Proses desain  sistem  pengereman  regeneratif  dikerjakan dengan  menggunakan  simulasi  CATIA  pada beberapa variasi flywheel dan rasio reduksi transmisi (CVT).  Dari  kegiatan  ini  dihasilkan  gambaran  yang mendekati  kenyataan  yang  dapat  dijadikan  acuan untuk  tahap  pembuatan.  Kegiatan  ini  menghasilkan rancangan dan instalasi sistem pengereman regeneratif beserta  tersedianya  seluruh  bahan  dan alat yang dibutuhkan di dalam sistem tersebut.
Pengujian sistem pengereman regeneratif.
Pada    tahap  ini  akan  dilaksanakan  pengujian terhadap  sistem  pengereman regeneratif .  Variabel yang  akan  diukur  adalah  laju  perlambatan  dari sistem  pengereman regeneratif .  Proses  pengujian bertujuan mendapatkan kondisi yang akan menghasilkan  efek    pengereman  yang  optimum, dengan  nilai  momen  inersia  dari flywheel dan  rasio reduksi pada CVT.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Percobaan Awal Sehubungan dengan beberapa kendala pemasangan  alat  dan  bahan  pada  saat  pembuatan rangka  dan  perakitan/assembling,  pengambilan  data
awal  baru  bisa  dilaksanakan  pada  tanggal  16 November 2013.
Prinsip  kerja  dari  sistem  yang  dibuat  adalah dengan  memutar  roda  mobil  dengan  bantuan  clutch 1  dan  kopling  sebagai  simulasi  dari  mobil sebenarnya  yang  digerakkan  oleh  motor  induksi  1 fasa  dengan  sumber  dari  avr  (automatic  voltage regulator)  pada  tegangan  antara  100  V  sampai dengan  140  Volt.  Simulasi  saat  roda  berputar dinyatakan  dengan  coil  clutch  1  diberikan  tegangan listrik 12 Volt dc dan coil clutch 2 dalam posisi off. Setelah  roda  berputar,  clutch  2  diberikan  tegangan listrik 12 Volt dc dan clutch  1 dalam posisi off,  hal ini  menunjukkan  sistem  dalam  posisi  pengereman sehingga  terjadi  transfer  energi  kinetik  dari  roda mobil  kedalam flywheel .  Saat flywheel dalam  posisi berputar,  maka  energi  kinetik  ini  dimanfaatkan untuk memutar generator.
Data  yang  diperoleh  seperti  pada  Tabel  1 menunjukkan  hubungan  parameter-parameter  yaitu kecepatan  roda,  kecepatan flywheel ,  dan  durasi flywheel pada  saat  pengereman.  Pada  data  dengan tegangan  masuk  motor  induksi  120  volt  terdapat kesalahan  data  dengan  kecepatan  roda  sebesar 2200 rpm,  hal  ini  disebabkan  sensivitas  alat  ukur  yang tidak  sesuai.  Sedangkan  data  pada  tegangan  masuk 130 volt dan 125 volt terdapat penurunan kecepatan dan  kemudian  meningkat  lagi,  hal  ini  menunjukkan masih  diperlukannya  pembanding  dari  alat  ukur tachometer  lain  supaya  dapat  diperoleh  hasil  yang benar.
Tabel 1. Parameter Kecepatan dan Durasi
Tabel 2. Parameter Kecepatan dan Durasi
Gambar 2. Alat KERS Yang Dibuat

## IV. KESIMPULAN
Adapunkesimpulanakhirakandiambilsetelahmemper olehkeseluruhan data daripercobaan yang akandansudahdilakukan. Kesimpulantahap awaldaridata padaTabel1diperolehbahwaterdapathubunganantarak ecepatanrodadan flywheel yaitusemakintinggikecepata nrodamobilmakakecepatandan  energy  kinetik  yang dihasilkanoleh flywheel jugameningkat.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan
terimakasih kepadaDirektorat Penelitian dan Pengabdian Masyarakat,  DIKTI  yang  telah  memberikan  dana penelitian melalui program BOPTN tahun 2013.
P :dayapengereman (Watt) δ W : Massa jenisbahan = baja t : waktupengereman  (detik) L :lebar flywheel (0.15m) m : massakendaraan (kg) R out : jari-jariluar (0.3m)
v2 :kecepatansetelahpengereman (m/dt) R in : jari2 dalam v1 :kecepatansebelumpengereman (m/dt)

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Ahn  J., Jung,  K.,  Kim,  D.,  Jin,  H.,  Kim,  H.  and Hwang,  S.,  (2009).  Analysis  of  a  regenerative braking  system  for  Hybrid  System  for  Hybrid Electric  Vehicles  using  an  Electro-Mechanical Brake,  Int.  J.  of  Automotive  Techonlogy,  Vol. 10 (No. 2) : 229-234)
[2]  Larminie  James,  Lowry  John,  2003.  Electric Vehicles  Technology  Explained,  John  Wiley  & Sons, England.
[3]    Nakamuri,  E  Soga.  M.,  Sakaki,  A.,  Otomo,  A., Otomo,  A.  and  Kobayashi,  T.,  (2000). Development  of  Electonically  controlled  brake System  for  Hybrid  Vehicle.  SAE  Paper  No 2002-01-0900.
[4] Peng D., Zhang, Y., Yin, C.L., and Zhang, J.W., (2008).  Combined  Control  of  a  Regenerative braking  and  Antilock  Braking  System  for Hybrid  Electric  Vehicles  Int.  J.  of  Automotive Techonology Vol. 9 (No. 6): 749-757
[5] Yeo H., Song, C., Kim, C., and Kim, H. (2004). Hardware  in  the  Loop  Simulation  of  Hybrid Electric  Vehicle  for  Optimal  Engine  Operation by  CVT  ratio  control  Int.  J.  of  Automotive Technology Vol 5 )No. 3): 2010-208.