## Journal of Science and Engineering

## PERANCANGAN  CHARGE  CONTROLLER  UNTUK PENGISIAN BATERAI PADA SEL SURYA
Achmad P. Sardju a , M. Yunus Hi. Abbas b*
* Universitas Khairun, Ternate, Indonesia
Article history Received
Accepted *Corresponding author mattsardju@gmail.com

## Graphical abstract
Abstract
Good battery performance, will support the device used. The energy that a battery can store is limited, so the battery will experience charge and discharge cycles. The process of charging and discharging improperly can cause battery performance to decrease.  Therefore, battery management is needed so that battery performance can reach the maximum. One aspect of battery management is monitoring the state of charge which is the ratio of the capacitance of available energy to the maximum energy capacity.
In this research, a charge controller device is made whose function is to regulate the charging voltage from the solar panel to the battery so that overcharging and overvoltage do not occur and also regulate the use of the voltage from the load battery, so as not to exceed the minimum limit of battery capacity usage The system consists of a Solar Panel, Arduino Uno R3 Microcontroller, 16x2 LCD, Relay Circuit,  Buck  Boost  Converter  Circuit,  Voltage  Sensor  and  Battery.  When  charging  the battery  reaches  a voltage  level  of  14  volts,  the  relay circuit  is  disconnected  indicating  the battery is full, when the battery voltage drops to 11 volts, the relay is connected again and the battery is recharged again.
Keywords : Charge Controller, Batterai, Microcontroller

## Abstrak
Peforma baterai yang baik, akan mendukung perangkat yang digunakan. Energi yang dapat disimpan baterai jumlahnya terbatas, maka baterai akan mengalami siklus charge dan discharge . Proses charge dan discharge yang tidak tepat dapat menyebabkan peforma baterai menurun. Oleh karena itu manajemen baterai diperlukan agar peforma baterai dapat mencapai maksimal. Salah satu aspek manajemen baterai adalah pemantauan state of charge yang merupakan rasio kapasitansi energi yang tersedia dengan kapasitas energi maksimum. Pada penelitian ini dibuat sebuah perangkat charge controller yang fungsinya dapat mengatur pengisian tegangan dari panel surya ke baterai agar tidak terjadi overcharging dan overvoltage dan  juga  mengatur  penggunaan  tegangan  dari  baterai  kebeban,  agar  tidak  melawati  batas minimum penggunaan kapasitas baterai.
Sistem  terdiri  atas  Panel  Surya,  Mikrokontroler  Arduino  Uno  R3,  LCD  16x2,  Rangkaian Relay,  Rangkaian Buck  Boost  Converter ,  Sensor  Tegangan  dan  Baterai.  Pada  saat  pengisian baterai mencapai level tegangan 14 Volt, rangkaian relay terputus menunjukkan baterai telah penuh, saat tegangan baterai turun mencapai 11 Volt, relay kembali terhubung dan baterai kembali terisi.
Kata kunci : Charge Controller, Baterai, Mikrokontroler
© 2021 Penerbit Fakultas Teknik Unkhair. All rights reserved

## 1.0 PENDAHULUAN
Secara umum, sebuah PLTS terdiri atas panel surya, charge controller , baterai dan inverter. Panel surya atau solar cell berfungsi untuk merubah energi caha menjadi energi listrik, listrik yang di hasilkan berupa tegangan DC, tegangan DC inilah yang digunakan untuk mengisi baterai, pengisian baterai dikontrol oleh perangkat charge controller agar pengisian baterai menjadi lebih efektif.
Ahmad P Sardju & M Yunus H Abbas / Jurnal Science and Engineering Vol. 4. No 1 April (2021) 47-52
Peforma baterai yang baik, akan mendukung perangkat yang digunakan. Energi yang dapat disimpan baterai jumlahnya terbatas, maka baterai akan mengalami siklus charge dan discharge . Proses charge dan discharge yang tidak tepat dapat menyebabkan peforma baterai menurun. Oleh karena itu manajemen baterai diperlukan agar peforma baterai dapat mencapai maksimal. Salah satu aspek manajemen baterai adalah pemantauan state of charge yang merupakan rasio kapasitansi energi yang tersedia dengan kapasitas energi maksimum.
Penggunaan charger baterai dengan sistem cut-off sendiri merupakan sebuah terobosan yang digunakan untuk mengatasi keluhan mengenai keawetan baterai yang dipengaruhi oleh kelebihan muatan ( over charging ). Sistem cut-off ini bekerja apabila level tegangan yang ditentukan itu telah tercapai, maka arus pengisian akan turun secara otomatis,  atau terhenti  sesuai  dengan setting yang  diberikan,  sehingga  indikator  menyala  menandakan  baterai telah terisi penuh. Charger dibuat sedemikian rupa untuk menunjang keawetan dan keamanan baterai. Untuk itu, pada penelitian ini akan dibuat sebuah perangkat charge controller yang fungsinya dapat mengatur pengisian tegangan dari panel surya ke baterai agar tidak terjadi overcharging dan overvoltage dan juga mengatur penggunaan tegangan dari baterai kebeban, agar tidak melawati batas minimum penggunaan kapasitas baterai. Perangkat charge controller yang akan dibuat, juga dilengkapi dengan display untuk memonitor tegangan dan arus yang akan melewati tiap bagian dari rangkaian.

## 2.0  METODE
Panel surya berfungsi untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik, selanjutnya besaran listrik yang dihasilkan oleh panel surya diatur oleh charge controller untuk mengisi daya pada baterai, Panel surya yang akan digunakan adalah jenis polycrystalline dengan daya maksimum adalah 30 Watt dan arus maksimum adalah 1,74 Ampere.
Baterai yang akan digunakan adalah aki dengan tegangan 12 Volt, dengan kapasitas yang akan disesuaikan dengan kebutuhan beban,
Bagian charge controller terdiri atas empat bagian, yaitu rangkaian buck boost , rangkaian charging , rangkaian low voltage  cut dan display .    rangkaian buck  boost berfungsi  untuk  menjaga  agar  tegangan  keluaran  ke  baterai mempunyai nilai yang tetap, walaupun masukan tegangan dari panel surya berubah. rangkaian charging berfungsi unuk  mengatur  pengisian  tegangan  ke  baterai,  besar  tegangan  tegangan  pengisian  akan  diatur  berdasarkan spesifikasi  dari  aki  yang  akan  digunakan.  Rangkaian low  voltage  cut berfungsi  untuk  mengatur  tegangan  dari baterai  ke  beban,  jika  kapasitas  penggunaan  baterai  telah  mencapai  batas  minimum,  maka  rangkaian  ini  akan menghentikan atau memutuskan tegangan dari baterai ke beban. Bagian display menggunakan volt ampere digital mini,  berfungsi  untuk  menampilkan  besarnya  tegangan  dan  arus  dari  panel  surya  ke  rangkaian  buck  boost, besarnya  tegangan  dan  arus  saat  pengisian  baterai  dan  juga  menampilkan  besarnya  tegangan  dan  arus  saat terhubung kebeban.
Bagian beban adalah bagian yang digunakan untuk menguji penggunaan baterai, beban yang akan digunakan nanti dapat berupa motor DC atau lampu DC.

## 3.0 HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1   Hasil Panel surya yang digunakan adalah jenis polycrystalline Tipe SP-30-P36 dan Tipe Visero-30WP dengan daya maksimum masing-masing adalah 30 Watt. Kedua panel surya tersebut, diletakkan di atas atap rumah agar dapat menerima sinar matahari  maksimum, karena tidak terhalang oleh pohon atau benda lainnya. Energi listrik yang dihasilkan adalah tegangan DC yang selanjutnya dihubungkan ke Buck Boost Converter . Kedua panel surya dihubungkan secara paralel, agar arus yang di hasilkan lebih besar dibandingkan menggunakan satu panel surya. Pengukuran tegangan keluaran panel surya tanpa beban yang dilakukan pada tanggal 20 Oktober 2020, pukul 15:40 diperoleh tegangan keluaran sebesar 19,1 Volt pada suhu permukaan panel surya 28 o Celcius .

## Gambar 1 Panel Surya
Baterai yang digunakan adalah Aki basah dengan kapasitas 60 AH dengan tegangan sebesar 12 Volt. Tegangan untuk pengisian aki adalah berkisar antara 13,8 Volt – 14,7 Volt. Tegangan untuk pengisian aki yang digunakan pada rangkaian yang dibuat ini sebesar 14 Volt.
Gambar 2 Aki 12 Volt/60AH
Rangkaian buck boost converter adalah rangkaian yang tegangan keluaranya tetap, walaupun tegangan inputnya berubah naik atau turun. Menggunakan IC switching XL6009 sebagai komponen utama, frekwensi switching 400 KHz, tegangan input antara 5 Volt – 32 Volt, arus maksimum adalah 4 Ampere. Tegangan keluaran yang diset pada rangkaian buck boost converter adalah 14 Volt, tegangan masukan dari panel surya saat pengukaran adalah 19,1 Volt.

## Gambar 3 Rangkaian Buck Boost Converter
Menggunakan  dua  buah  rangkaian  relay,  rangkaian  relai  pertama  berfungsi  untuk  memutuskan  tegangan pengisian  dari  rangkaian buck  boost  converter jika  pengisian  baterai  atau  aki  telah  penuh  dan  akan  kembali terhubung jika tegangan baterai lebih kecil dari 11 Volt. Rangkaian relay kedua berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan tegangan dari baterai kebeban, jika tegangan baterai lebih kecil dari 10 Volt maka relay akan memutuskan tegangan kebeban.

## Gambar 4 Rangkaian Relay Input
Rangkaian relay bekerja pada tegangan 5 Volt, dan input untuk aktif pada kondisi LOW . Untuk rangkaian relay input, pada saat pengisian, hubungan relay adalah pada posisi NO ( Normal Open ), sedangkan pada saat baterai telah  penuh,  hubungan  relay  adalah  NC  ( Normal  Close ).  Masukan  rangkaian  relay  input  terhubung  dengan mikrokontroler pada bagian digital (PWM) pin 8. Rangkaian relay output, pada saat tegangan lebih besar dari 10 Volt, hubungan relay adalah NC ( Normal Close ), sedangkan pada saat tegangan lebih kecil dari 10 Volt, hubungan relay adalah NO ( Normal Open ). Masukan rangkaian relay output terhubung dengan mikrokontroler pada bagian digital (PWM) pin 8.

## Gambar 5 Rangkaian Relay Output
Sensor tegangan yang digunakan adalah sensor tegangan DC, dengan tegangan masukan antara 0 Volt sampai 25  Volt,  resolusi  tegangan  analog  adalah  0,00489  Volt.  Menerapkan  prinsip  kerja  dari  rangkaian  pembagi tegangan, pada rangkaian di atas terlihat dua buah komponen resistor jenis SMD, resistor pertama dengan nilai 30  KOhm  dan  resistor  kedua  dengan  nilai  7,5  KOhm.  Keluaran  pin  (S)  dari  rangkaian  sensor  terhubung  ke mikrokontroler pada bagian analog in pin A0, pin (+) dihubungkan ke bagian power mikrokontroler pin 5V, pin (-) dihubungkan kebagian power mikrokontroler pin GND. Sedangkan untuk bagian terminal sensor tegangan GND dan VCC, dihubungkan ke baterai positif untuk VCC dan negative untuk GND.

## Gambar 6 Rangkaian Sensor Tegangan
LCD  ( Liquid Crystal Display )  yang  digunakan  adalah  tipe  16x2,  artinya  terdiri  atas  16  kolom  dan  2  baris  dan tampilan cahaya latar warna biru. LCD menampilkan kondisi baterai dalam persen (%) dan besar tegangan secara real time .  Pin I2C Modul LCD terdiri atas 4 pin, yaitu GND, VCC, SDA dan SCL, pin GND di hubungkan dengan pin GND atau ground (-) pada mikrokontroler Arduino Uno, pin VCC dihubungkan dengan pin 5V pada bagian power dari mikrokontroler. Pin SDA dihubungkan dengan pin A4 pada bagian analog in dari mikrokontroler dan pin SCL dihubungkan dengan pin A5 pada bagian analog in dari mikrokontroler Arduino Uno R3.

## Gambar 7 Tampilan LCD
Arduino Uno R3 adalah papan pengembangan mikrokontroler yang berbasis chip ATmega328P. Arduino Uno memiliki 14 digital pin input / output(atau biasa ditulis I/O, dimana 14 pin diantaranya dapat digunakan sebagai outputPWM antara lain pin 0 sampai 13), 6 pin input analog, menggunakan crystal 16 MHz antara lain pin A0 sampai A5, koneksi USB, jack listrik, header ICSP dan tombol reset. Hal tersebut adalah semua yang diperlukan untuk mendukung sebuah rangkaian mikrokontroler. Arduino Uno R3 berbeda dengan semua board sebelumnya karena Arduino  Uno  R3 ini  tidak  menggunakan chipdriver FTDI  USB-to-serial.  Melainkan  menggunakan  fitur dari ATMega 16U2 yang diprogram sebagai konverter USB-to-serial .

## Gambar 7 Arduino Uno R3
Semua  rangkaian  yang  digunakan  selain  Panel  Surya, Aki  dan  beban  akan  diletakkan  atau dimasukkan  dalam sebuah Kotak Charge Controller , berisi sebuah LCD 16x4, Board Arduino Mega, dua buah relay dan sebuah sensor tegangan.  Bagian  depan  terdiri  atas  satua  buah  LCD  16x2,  tiga pasang Jack Banana Female ,  satu  pasang Jack Banana Female untuk tegangan masukan dari panel surya, satu pasang Jack Banana Female untuk tegangan ke Aki, satu pasang Jack Banana Female untuk tegangan ke beban.
Gambar 8 Kotak/Wadah Charge Controller

## 3.2   Gambaran Umum
Blok sistem terdiri atas lima bagian, yaitu bagian Panel Surya, Buck Boost Converter , Charge Controller , Baterai dan Beban.

## Figure 1 Blok Diagram Sistem
Sistem  di  atas  menggunakan  2  (dua)  buah  panel  surya  30  Watt,  satu  buah  rangkaian Buck Boost Converter menggunakan  IC  XL6009,  baterai  yang  digunakan  adalah  Aki  60  AH, Charge  Controler terdiri  atas  beberapa bagian,  yaitu  Mikrikontroler  Arduino  Uno  R3,  LCD  1609x4,  dua  buah  sensor  tegangan  dan  dua  buah  relay, sedangkan beban adalah bagian dari output Charge Controller yang akan di gunakan untuk kebutuhan tegangan dari Aki.

## 4.0  KESIMPULAN
Kesimpulan  dari  penelitian  tentang  Perancangan  Charge  Controller  Untuk  Pengisian  Baterai  Pada  Sel  Surya adalah sebagai berikut.
Sistem terdiri atas Panel Surya, Mikrokontroler Arduino Uno R3, LCD 16x2, Rangkaian Relay, Rangkaian Buck Boost Converter , Sensor Tegangan dan Baterai.
Pada saat pengisian baterai mencapai level tegangan 14 Volt, rangkaian relay terputus menunjukkan baterai telah penuh, saat tegangan baterai turun mencapai 11 Volt, relay kembali terhubung dan baterai kembali terisi.
.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan Terima Kasih dan Penghargaan setinggi-tingginya  kepada Fakultas Teknik yang telah membiayai penelitian ini.

## References
[1] Fang  Lin  Luo,  Hong  Ye,  Muhammad  Rashid.  2005.  Digital  Power  Electronics  and  Applications. California: Elsevier Academic Press.
[2] Irfan  Mahrubi,  Jusuf  Bintoro  dan  Wisnu  Djatmiko.  2018.  “Rancang  Bangun  Solar  Charge  Controller Menggunakan Syncronous Non-Inverting Buck-Boost Converter Pada Panel Surya 50 Watt Peak (WP) Berbasis Arduino Nano V3.0”. Jurnal Pendidikan Vokasional Teknik Elektronika Volume I No.1, April 2018 | 14.
[3] Freddy Kurniawan.2018. “Pengembangan Model Boost-Buck untuk Mempertinggi Stabilitas Tegangan Keluaran Konverter DC-ke-DC”. Jurnal EECCIS Vol. 12, No. 2, Oktober 2018
[4] Wahyudi Putra, Ibnu Kahfi Bachtiar, ST., M.Sc, Tonny Suhendra, ST., M.Cs. 2017. “Perancangan Battery Charge Control Unit (BCCU) Untuk Aplikasi Solar Home System (SHS)” Teknik Elektro UMRAH – 2017.