## Analisis Performa dan Konsumsi Daya Motor BLDC 350 W pada Prototipe Mobil Listrik Ababil
Jatmiko, Abdul Basith, Agus Ulinuha, Muhammad Afan Muhlasin, Ibnu Shokhibul Khak Teknik Elektro
UMS Surakarta, Indonesia jat244@ums.ac.id
Abstraksi — Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menganalisis performa motor  listrik  dengan  jenis  BLDC  (Brushless DC  Motor) atau  motor  DC  tanpa  sikat  yang  di  aplikasikan  pada  prototipe mobil  listrik  untuk  mendapatkan  tingkat  efisiensi  yang  tinggi dengan  kosumsi  daya  yang  rendah.  Mobil  listrik  tipe  prototipe digunakan untuk kompetisi yang mengedepankan desain, transmisi serta  konsumsi  bahan  bakar  yang  hemat.Pada  penelitian  ini digunakan motor BLDC 350 watt sebagai penggerak utama. Motor akan dikendalikan melalui rangkaian inverter dengan sumber daya baterai  berjenis  lithium  ion  dengan  kapasitas  48  volt  10  Ampere hour  (Ah).  Rangkaian  inverter  berguna  untuk  mengubah  DC menjadi tegangan AC dengan pengaturan sudut penyulutan berupa hall  sensor  pada  motor  BLDC.  Throttle  berupa  variabel  resistor berbentuk  pedal  digunakan  untuk  mengatur  kecepatan  motor. Instalasi  komponen  mobil  listrik  tipe  prototipe  terdiri  dari pemasangan  penggerak  utama,  aksesoris  serta  sistem  keamanan. Pengujian  dilakukan  dengan  mengukur  daya  yang  diserap  oleh motor  serta  kecepatan  dan  waktu  tempuh  pada  saat  mobil  listrik prototipe bergerak. Pada penelitian ini diharapkan hasil pengujian dapat  dianalisa  untuk  mendapatkan  kinerja  mobil  listrik  dengan efisiensi  tinggi  yang  hemat  energi.  Pada  penelitian  ini  dihasilkan performa  Motor  BLDC  akan  maksimal  dengan  penggunaan transimi roda  yang  paling  kecil  pada  saat  motor  keadaan  starting dan  keadaan  running  menggunakan  gigi  trasmisi  paling  tinggi. Pola  kemudi  dengan  melepaskan  thottel  gas  dalam  keadaan maksimum  akan  menghasilkan  tingkat  keiritan  daya  yang  tinggi dengan  konsumsi  daya  paling  rendah  yaitu  6.64  Wh/Km  di  gigi transimisi  5.  Hasil  kecepatan  rata-rata motor  BLDC  350  W  pada prototype  mobil  listrik  yaitu  21  sampai  52  Km/h.  Hasil  dari penelitian  digunakan  untuk  perbaikan  serta  meningkatkan performa dalam pembuatan mobil listrik untuk kompetisi maupun komersial.
Katakunci—Bldc; Efisiensi; Mobil Listrik

## I. P ENDAHULUAN
Berbagai  kalangan  baik  akademisi  maupun  profesional mulai  berusaha  memikirkan  untuk  menghemat  bahan  bakar minyak bumi serta dampak lingkungan yang di akibatkan oleh kendaraan  dengan  mesin  pembakaran  dalam.  Mobil  listrik menjadi solusi atas permasalahan tersebut karena menggunakan  energi  ramah  lingkungan  serta  tidak
menimbulkan polusi [1].Mobil listrik tipe prototipe merupakan wahana  yang  di  gunakan  pada  kompetisi  mobil  hemat  energi (KMHE)  yang  bertujuan  membuat  kendaraan  yang  irit  bahan bakar[2].Dampak  yang timbul dari mobil listrik hemat energi adalah  lebih  hemat  biaya.jarak  tempuh  semakin  jauh  dan mengurangi waktu pengisian baterai [3].

## A. Motor BLDC (Brushless DC Motor)
Motor  BLDC  ( Brushless DC  motor)  merupakan  Motor DC tanpa sikat merupakan motor yang memiliki efisiensi baik, lebih handal, umur lebih panjang dan cukup mahal. Motor ini memiliki  bagian  rotor  berupa  magnet  permanen  dan  bagian stator  berupa  belitan  untuk  menghasilkan  medan  magnet. Pengubahan  polaritas  motor  BLDC  dilakukan  secara elektronik menggunakan sensor hall-effect dan rotary encoder [4].  Sistem  motor  DC  tanpa  sikat  mengacu  pada  konsep rangkaian elektromekanik sistem penggerak yang tanggap dan hemat  energi.Sistem  tersebut  dibangun  melalui  perpaduan elektromekanik,  rangkaian  elektronika,  sistem  sensor  dan rangkaian logika atau algoritma kendali mikro [5].

## B. Sistem pengendali (inverter)
Inverter  adalah  perangkat  elektronika  yang  dipergunakan untuk  mengubah  tegangan  DC  ( Direct  Current )  menjadi tegangan  AC  ( Alternating  Curent ).  Tegangan  keluaran  suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinus  ( sinewave ),  gelombang  kotak  ( square  wave) dan  sinus modifikasi  ( sine  wave  modified )[6].  Sumber  tegangan  input inverter dapat menggunakan battery, tenagasurya, atau sumber tegangan  DC  yang  lain.  Inverter  dalam  proses  konversi tegangan  DC  menjadi  tegangan  AC  membutuhkan  suatu penaik  tegangan  berupa step  up  transformer .  Rangkaian inverter pada pengendali motor BLDC berupa mosfet dengan penyulutan secara bergantian dan terstruktur [7].
Jatmiko, Abdul Basith, Agus Ulinuha, Muhammad Afan Muhlasin, Ibnu Shokhibul Khak, Analisis Performa dan Konsumsi Daya Motor BLDC 350 W pada Prototipe Mobil Listrik Ababil

## Gambar 1.Skematik pengedali BLDC.
Keluaran inverter  berupa  tegangan  yang  dapat  diatur  dan tegangan  yang  tetap,  Tegangan  output  yang  biasa  dihasilkan adalah  5  volt,  36  volt  dan  48  volt  sesuai  dengan  kebutuhan tegangan  pada  nemplate  motor.  Pengendali  Motor  BLDC memiliki  fungsi  utama  sebagai  sistem  pemutar  motor  BLDC serta  mengatur  putarannya.Komponen  pokok  pada controller adalah  bagian microprosesor [8].Pada  mikro  ini  sudah terdapat  program  bagaimana  mengendalikan  mosfet  sesuai urutannya,  memberikan  eksekusi  PWM  sesuai  masukan berupa pedal gas ( Throttel ).
Gambar 2.Gelombang keluaran rangkaian pengendali.

## C. Baterai
Baterai adalah komponen utama dalam sepeda listrik yang menjadi penyuplai energi listrik.Bisa dikatakan baterai adalah adalah  bahan  bakar  untuk  kendaraan  listrik.  Mobil  dengan baterai Li-ion hanya  memiliki  tingkat  polusi  yang  rendah[2]. Dampak  lingkungan  total  yang  disebabkan  oleh  baterai (diukur  dalam  indikator  ramah  lingkungan  sebesar  99  poin) adalah  15%.  Dampak  yang  ditimbulkan  dengan  ekstraksi Lithium untuk  komponen Li-ion baterai  kurang  dari  2,3% (indikator  ramah  lingkungan  sebesar  9  poin).    Kontributor utama beban lingkungan yang disebabkan oleh baterai adalah pasokan  tembaga  dan  aluminium  untuk  produksi  anode  dan katode,  ditambah  kabel  atau  dibutuhkan  sistem  manajemen baterai.Keunggulan  baterai  li  –ion  yaitu  berat  yang  ringan, pengisian lebih cepat namun harga yang relatif lebih mahal di bandingkan aki. Seperti  yang dilakukan oleh tim DEV ( Duke
Electric  Vehicles )  yang  menggunakan  baterai Li-ion dengan alasan  efisien,  ringan,  dan  tahan  lama  dalam  usia  sehingga mereka  meraih  gelar  juara  di Shell  Eco  Marathon  America . Kebutuhan  akan  baterai  disesuaikan  dengan  voltase  pada motor.  Kapasitas  baterai  akan  mempengaruhi  lama  pengisian dan jarak tempuh yang dapat dijangkau oleh mobil listrik.

## D. Sistem keamanan kelistrikan
Sistem  pengaman  sangat  diperlukan  untuk  menunjang keselamatan  pengemudi. fuse atau  biasa  disebut  sekering dalam  konteks  otomotif  digunakan  untuk  melindungi  kabel dan  peralatan  listrik  pada  kendaraan.  Pada  prototipe  mobil listrik  sistem  pengaman  menggunakan fuse dan emergency button pada  sekering  otomotif  penggunaannya  tergantung pada  aplikasi  tegangan,  spesifik,  dan  nilai  arus  sirkuit  listrik. Sekering  otomotif  dapat  dipasang  diblok  sekering.Standar untuk  sekering  otomotif  diterbitkan  oleh  SAE  International (sebelumnya  dikenal  sebagai Society  of  Automotive Engineers ).Sekering  otomotif  dapat  diklasifikasikan  menjadi empat  kategori  berbeda,  yaitu  antara  lain  Sekering  pisau, Tabung  gelas  atau  jenis Bosch,  Fuse  limiter [8].Sistem pengaman  kedua  pada  prototype  mobil  listrik  berupa emergency  button. Emergency  Stop  fungsinya  untuk menghentikan sistem secara cepat saat keadaan darurat.

## II. M ETODE
Tahap  penelitian  diawali  dengan  perancangan  kebutuhan hardware berupa baterai, motor, sistem  pengendali, aksesoris serta kelistrikan pada mobil listrik. Motor listrik menggunakan tipe  BLDC  ( Brushless  DC  electric  motor )  dengan  daya  350 Watt.  Baterai  menggunakan  48V  dengan  jenis  li-ion  dan sistem pengendali berupa inverter.
Pada  langkah  kedua  yaitu  perakitan  sistem  pengendali pada  prototipe  mobil  listrik.  Perakitan  dilakukan  dengan menghubungkan  motor  ke  sistem  pengendali  ( controller) . Controller BLDC  dihubungkan  dengan  baterai  48V  sebagai sumber  daya  utama.  Motor  dihubungkan  dengan  3  terminal output sebagai    daya  utama  agar  motor  dapat  bekerja.  Pada pengendali  BLDC  terdapat  3  Sensor Hall  Effect untuk mendeteksi  sudut  penyulutan  atau  sebagai feedback dan throttel gas untuk mengatur kecepatan motor.
Langkah  ketiga  yaitu  pemasangan  aksesoris  dan  sistem pengaman.  Aksesoris  dibutuhkan  mobil  listrik  sebagai  fitur tambahan penunjang agar mobil siap untuk jalan. Pada mobil listrik prototype aksesoris terdiri dari klakson dan lampu rem. Pemasangan  Sistem  pengaman  juga  harus  dilakukan  dengan menggunakan fuse 30A dan Emergency Button.
Tahap  terakhir  yaitu  instalasi  kelistrikan  serta  pengujian alat  untuk  mencari  seberapa  besar  konsumsi  energi  yang diserap  oleh  motor  dengan  melakukan  instrumentasi  mobil listrik  itu  sendiri.  Pengujian  dilakukan  menggunakan  watt meter dan  yang di pasang parrarel pada sumber  daya  baterai ke controller. Untuk  pengukuran  kecepatan  mobil  listrik  di lakukan dengan  menggunakan  GPS ( Global Position  System ) model Car .

## Gambar 3. Alur Penelitian. III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Setelah  dilakukan  penelitian  dengan  langkah  yang ditunjukkan  pada  Gambar  3,  percobaan  dilakukan  dengan mengemudikan  mobil  secara continue tanpa  melepas throttel dan uji coba ke dua melepas throttel dalam keadaan kecepatan maksimum.  Hasil  Penelitian  berupa  data  kecepatan,  waktu tempuh dan konsumsi daya yang ditunjukkan pada tabel 1.
T ABEL 1. K ONSUMSI D AYA , K ECEPATAN DAN W AKTU T EMPUH M OBIL
L ISTRIK P ROTOTIPE
Pola kemudi gigi (Km/h) waktu(s) (Wh) (km) Continue 1 21.0 623 20.5 3.6 2 27.0 450 21.2 3.4 3 41.0 260 12.3 3.0 4 43.0 201 24.8 2.4
5 51.0 255 24.0 3.6 melepas throttel kecepatn maksimum 1 29.0 204 21.5 1.6 2 43.0 205 31.2 2.4 3 43.0 200 24.8 2.4 4 45.0 280 36.5 3.5 5 53.0 187 24.0 2.8
Penggunaan gigi transmisi roda lebih kecil akan memakan daya  lebih  besar  serta  kecepatan  yang  rendah.  Penggunaan gigi  roda  transmisi  terbesar  menghasilkan  kecepatan  yang tinggi dengan kosumsi energi  yang rendah. Percobaan ke dua dengan  melepaskan throttle dalam  keadaan  kecepatan maksimum  menghasilkan  kosumsi  energi  yang  lebih  irit  dari pada  percobaan  secara continue pada throttel dengan
kecepatan maksimum. Untuk mencari konsumsi daya per jarak tempuh dapat rumuskan sebagai berikut:
Konsumsi daya per km = ( ) ( ) (1)
Gambar  4  dan  5  menunjukkan  grafik  perbandingan  pola kemudi  yang  menghasilkan  nilai  kecepatan  rata-rata  dengan daya yang di konsumsi oleh motor yang di peroleh dari rumus di  atas  dan  hasil  kecepatan  rata-rata  dan  konsumsi  daya dengan pola pengemudi yang berbeda.
Gambar 4. Grafik percobaan pola kemudi secara kontinyu Pada throttel dengan kecepatan maksimum.
Gambar 5. Grafik percobaan dengan melepas throttel dalam kecepatan maksimum.
Untuk  menganalisis  hasil  perbandingan  konsumsi  daya per  kilometer  pada  pola  kemudi  dengan  melepas throttle dalam  kecepatan  maksimum  terhadap  pola  kemudi  secara continue di  sajikan  dalam  bentuk  grafik  seperti  terlihat  pada Gmabr 6 dan 7.
29 43 43 45
53 13,06 12,74 10,37 10,43 8,72 5,85 3,94 3,94 3,77 3,20 0 10 20 30 40 50 60 1 2 3 4 5 GIGI  Transmisi Roda Uji coba secara kontinyu terhadap throttel dengan kecepatan maksimum
Kecepatan rata-rata (Km/h)
Konsumsi daya (Wh) Torsi(Nm) 21 27 41 43 51 5,65 6,27 4,15 10,32
6,64 8,08 6,28
4,14 3,94 3,33 0 20 40 60 1 2 3 4 5 Gigi Transmisi Roda Uji coba dengan melepas throttel dalam kecepatan maksimum kecepatan rata-rata (Km/h) konsumsi daya (Wh) Torsi(Nm)
Jatmiko, Abdul Basith, Agus Ulinuha, Muhammad Afan Muhlasin, Ibnu Shokhibul Khak, Analisis Performa dan Konsumsi Daya Motor BLDC 350 W pada Prototipe Mobil Listrik Ababil
Gambar 6. Persentase perbandingan penghematan pada pola kemudi
Gambar 7. Grafik percobaan dengan melepas throttel dalam kecepatan maksimum
Gambar 8. Persentase perbandingan penghematan pada pola kemudi
Untuk  menganalisis  Hasil  perbandingan  konsumsi  daya per  kilometer  pada  pola  kemudi  dengan  melepas throttle dalam  kecepatan  maksimum  terhadap  pola  kemudi  secara
continue di  sajikan  dalam  bentuk  grafik  seperti  terlihat  pada Gambar 8.

## IV. K ESIMPULAN
Untuk  mendapatkan  performa  dari  motor BLDC dalam prototipe  mobil  listrik  di  simpulkan  bahwa  penggunaan  gigi transmisi roda terkecil efektif pada saat motor dalam keadaan starting untuk  menghasilkan  torsi  yang  tinggi  namun kecepatan  rendah  dan  gigi  transmisi  roda  terbesar  digunakan pada  saat  motor  keadaan running untuk  mendapatkan kecepatan yang tinggi. Penghematan kosumsi daya motor pada mobil  listrik  dapat  di  lakukan  dengan  mengatur  pola  kemudi yaitu  melepaskan throttle dalam  keadaan  kecepatan maksimum agar daya tidak dikosumsi oleh motor secara terus menerus.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Beeton,  David.  Electric  Vehicle  Business  Models  Global  Perspectives. Switzerland : Springer, 2014. Google Books, 2014. berkas PDF. 27 Juni 2018)   1.1 Motor DC tanpa sikat( BLDC)
[2] ristekdikti.2017.  Panduan  Teknis  Kompetisi  Mobil  Hemat  Energi. http://kmhe2017.its.ac.id/.DIKTI. Surabaya
[3] William, anton. Keunggunlan Mobil Listrik . https://tekno.tempo.co/read/417918/ini-keunggulan-mobil-listrik. 19 Juli
2012
[4] Azizi, N and Moghaddam, R.K. 2013. Permanent magnet brushless DC motor  optimal    design    and  determination  of  optimum  PID  controller parameters  for  the    purpose  of  speed  control  by  using  the  TLBO optimization    algorithm.    American  Journal  of  Research Communication, vol. 1, no. 1, pp. 294 -313.
[5] Hidayat.  2014.  Pengembangan  Hybrid  PID-ANFIS  (Proportional Integral  Derivative  Adaptive  Neuro  Fuzzy  Inference  Systems)  sebagai Pengendali  Kecepatan    Mesin  Arus  Searah  Tanpa  Sikat  (MASTS). Desertasi: Universitas Gadjah  Mada. Yogyakarta
[6] Anonim . Inverter .  https://id.wikipedia.org/wiki/Power_inverter. 29  juni 2018
[7] Daharmawan,  Abe.  2009.  Pengendalian  Motor  Brushless  DC  dengan Metode  PWM  Sinusoidal  Menggunakan  ATMEGA16.  Skripsi. Universitas Indonesia.
[8] Brilian. Membaca  Skema  Cara  Kerja  Kontroller  Bldc  Motor Listrik. https://www.electricisart-bogipower.com/2014/12/membaca- skema-cara-kerja-kontroller.html. 18 maret 2016
[9] Anonim . Fuse. https://en.wikipedia.org/wiki/Fuse_(electrical). 29  juni 2018 0% 50% 100% 1 2 3 4 5 Gigi transmisi roda Perbandingan Presentase penghematan pada pola kemudi 21 27 41 43 51 5,65 6,27 4,15 10,32 6,64 8,08 6,28 4,14 3,94 3,33 0 20 40 60 1 2 3 4 5 Gigi Transmisi Roda Uji coba dengan melepas throttel dalam kecepatan maksimum kecepatan rata-rata (Km/h) konsumsi daya (Wh) Torsi(Nm) 0% 50% 100% 1 2 3 4 5 Gigi transmisi roda Perbandingan Presentase penghematan pada pola kemudi