https://doi.org/ 10.23960/jitet.v10i2.2528

## RANCANG BANGUN PERALATAN THREE STAGES CHARGING BATERAI MENGGUNAKAN BUCK BOOST CONVERTER DENGAN SEL SURYA BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO
Budiarto 1* , Noer Soedjarwanto 2 , F.X. Arinto Setyawan 3 , Zulmiftah Huda 4
1,2,3,4 Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung;Jl. Prof. Sumantri Brojonegoro No.1 Bandar Lampung 35145
Riwayat artikel: Received : 20 Februari 2022 Accepted : 7 Maret 2022 Published : 8 April 2022
Keywords: buck boost converter ; arduino ; sel surya
Corespondent Email: budiartowahyono4@gmail.com
How to cite this article :
Budiarto (2022). Rancang
Bangun Peralatan Three Stages Charging Baterai Menggunakan Buck Boost Converter Dengan Sel Surya
Berbasis Mikrokontroler Arduino . Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan , 10(2).
This article is an open-access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY NC)
Abstrak.  Buck  boost  converter sebuah  sistem  untuk  pengecasan  baterai menggunakan  tenaga  surya  dengan  menggunakan  metode  three  stages charging. Tujuannya agar nilai  keluaran tegangan dari sistem tersebut dapat diatur  dengan buck  boost  converter sesuai  dengan  metode  yang  digunakan yaitu three stages charging. Metode three stages charging terdiri dari tahapan yaitu Constant  Current  Charging , Constant  Voltage  Charging dan Float Charging . Hasil yang diperoleh yaitu Tegangan keluaran buck boost converter sangat  dipengaruhi  oleh  besarnya  nilai  duty  cycle  yang  diberikan.  Dengan stage 1 tegangan diatur sebesar 12,5 V stage 2 tegangan sbesar 14 V, dan stage 3 dengan tegangan 13,5 V. Hasil arus pengecasan penggunaan metode three stages charging pada stage 1 4A dan stage 3 arus mendekati 0A.
Abstract. Buck boost converter is a system for charging batteries using solar power  using  the  three  stages charging  method.  The  goal  is  that  the  voltage output  value  of  the  system  can  be  adjusted  with  a  buck  boost  converter  in accordance  with  the  method used,  namely  three  stages  charging.  The  three stage charging method consists of stages, namely Constant Current Charging, Constant Voltage Charging and Float Charging. The results obtained are that the  output  voltage  of  the buck  boost  converter  is  strongly  influenced by  the value of the duty cycle given. With stage 1 the voltage is set at 12.5 V, stage 2 with a voltage of 14 V, and stage 3 with a voltage of 13.5 V. The results of the charging current using the three stages charging method on stage 1 4A and stage 3, the current is close to 0A..

## 1. PENDAHULUAN
Pada masa sekarang ini pemanfaatan energi baru  terbaharukan  sangat  di  utamakan,  seperti Penerangan  Jalan  Umum  (PJU)  banyak menggunakan  panel  surya  sebagai  sumber energinya.  Penggunaan  panel  surya  ini membutuhkan  tempat  penyimpanan,  karena PJU digunakan pada saat malam hari dan waktu siang  hari  mati.  Sedangkan  panel  surya  dapat menghasilkan  energi  pada  siang  hari  sehingga dibutuhkan tempat penyimpanan seperti baterai.
Baterai rechargeable dipilih sebagai penyimpanan  sumber  listrik,  karena  baterai jenis ini dapat diisi kembali. Pada saat pengisian baterai  kadang  tidak  sesuai  dengan  spesifikasi tegangan  yang  dibutuhkan,  karena  tegangan yang  dihasilkan  dari  panel  surya  tidak  tentu tergantung  dengan  kondisi  cuaca  sehingga menyebabkan baterai menjadi cepat rusak[1, 2].
Penelitian  sebelumnya  merancang  three stage  charging  dengan  buck  boost  converter, hasil  yang  didapatkan  kurang  maksimal  pada saat  cuaca  mendung  [3].  Oleh  karena  itu dibutuhkan  dc-dc  konverter  yang  dapat mengatur  tegangan  keluaran  panel  surya, sehingga  dapat  digunakan  untuk  pengecasan baterai untuk kondisi cerah maupun mendung. Supaya  tegangan  pengecasan  yang  diberikan sesuai  dengan  standar  jenis  baterai  yang digunakan.  Maka  dibuatlah  penelitian  tentang “Rancang  Bangun  Peralatan  Three  Stages Charging  Baterai  Menggunakan  Buck  Boost Converter dengan Sel Surya Berbasis Mikrokontroler Arduino”

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Konverter Buck Boost
Konverter  Buck  Boost  memungkinkan tegangan output menjadi lebih besar atau lebih rendah  daripada  tegangan  input  berdasarkan frekuensi  switching.  Konverter  Buck  Boost secara  konvensional,  membuat  daya  mengalir dari  kiri  ke  kanan.  Topologi    Konverter  Buck Boost  dapat dilihat pada Gambar 4
Gambar 5. Topologi  Konverter Buck Boost[4]
Seperti yang ditunjukkan Gambar saat saklar tertutup mengakibatkan tegangan input induktor  sedemikian  rupa  sehingga  VL  sama dengan  Vin,  dan  meningkatkan  energi  dalam induktor.
Gambar 6. Topologi  Konverter Buck Boost saklar on
Saat  saklar  terbuka,  arus  induktor  yang mengalir melalui dioda, seperti yang ditunjukkan  Gambar  mentransfer  peningkatan energi  dalam  induktor  selama  keadaan  saklar terbuka ke output.
Gambar 7. Topologi  Konverter Buck Boost saklar off
Bentuk sinyal arus komponen pada Konverter  Buck  Boost  ditunjukan  Gambar Sinyal komponen yang terdapat pada Konverter Buck Boost ini yaitu: induktor, kapasitor, diode, dan saklar.
Gambar 8. Arus induktor, arus kapasitor, arus dioda, dan arus
swicthing  Mendesain  Konverter  Buck  Boost digunakan beberapa persamaan yaitu: 1. Menghitung Tegangan Keluaran (Vout) Tegangan  keluaran  Konverter  Buck  Boost dapat dihitung ratingnya dengan menggunakan persamaan 2.1
𝑉𝑜𝑢𝑡 = - 𝑉𝑖𝑛 𝐷 / (1 - 𝐷 ) 2.1 Keterangan: Vout   : Tegangan Keluaran (V) Vin : Tegangan Masukan (V) D : Duty Cycle (%)

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1. Alat dan Bahan
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini diantaranya:
Perangkat  keras  yang  digunakan  pada skripsi yaitu :
1. Satu  buah  laptop  yang  fungsinya  untuk merancang  dan  memodelkan  sel  surya  dan untuk pengerjaan laporan.
2. Buck boost converter merupakan rangkaian yang  terdiri  dari  beberapa  komponen elektronika  seperti  induktor,  mosfet,  dioda, kapasitor dan resistor.
3. Rangkaian  isolated  power  supply.  Sebuah rangkaian  yang  digunakan  untuk  mencatu daya  pada  rangkaian  gate  driver  dan Arduino.
4. Gate  driver  berfungsi  sebagai  penghubung antara  rangkaian  daya  pada  buck  boost converter  dan  rangkaian  kontrol  sekaligus menguatkan amplitudo pada sinyal kontrol.
5. Mikrokontroler  Arduino  untuk  pengatur pulse width modulation (PWM).
6. Multimeter digital untuk alat ukur penelitian.
7. Satu  buah  solder  dan  timah  untuk merealisasikan rangkaian.
Untuk  perangkat  lunaknya  digunakan beberapa software yaitu :
1. Matlab  untuk  perancangan  model  dan penyimulasian panel surya.
2. Arduino Integrated Development Environment (IDE) digunakan untuk membuat kode program (sketch), kemudian
program  tersebut  dimasukkan  ke  dalam board Arduino. 3. Diptrace berguna untuk membangun rangkaian PCB layout pada penelitian.
4. Microsoft  office  Visio  berfungsi  sebagai media  untuk  pembuatan  diagram  alir (Flowchart) pada penelitian.

## 3.2. Diagram Alir Penelitian

## Gbr. 2 Diagram Alir Penelitian

## 3.3. Perancangan Kerja Sistem
Perancangan kerja sistem dari penelitian ini yaitu  mikrokontroller  arduino  digunakan sebagai kontrol dari switching untuk buck boost converter. Pengontrolan ini berdasarkan tegangan  yang  terukur  dari  input  yaitu  berupa panel surya, sehingga arduino dapat mengolah data  sesuai  dengan  algoritma  yang  telah diberikan.  Nilai  tegangan  output  juga  akan terukur  oleh  sensor  tegangan  yang  terpasang, yang  terhubung  langsung  dengan  baterai. Pengontrolan  switching  ini  berdasarkan  waktu yang  telah  di  atur  menggunakan  sensor  RTC.
Nilai  tegangan  input  dan  output  akan ditampilkan menggunakan LCD.
Gbr. 3 Blok Diagram [5,6,7,8]

## 4. PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pengecasan  baterai  menggunakan  metode three  stage  charging  ini,  memiliki  beberapa komponen seperti; Panel Surya 50Wp, Baterai 12v  jenis  SLA,  Arduino  nano,  Sensor Tegangan, Sensor RTC dan LCD 16X2.
Gbr. 4 Alat Pemantau Kesehatan Pasien
Proses sistem pengecasan baterai
menggunakan  panel  surya  ini  menggunakan sebuah  algoritma  yang  memiliki  prinsip  kerja yaitu sensor akan membaca tegangan keluaran dari  panel  surya.  Data  pengukuran  tegangan dari  keluaran  panel  surya  akan  diolah  oleh arduino berdasarkan pemrograman yang sudah di  unggah,  kemudian  arduino  juga  akan mengukur nilai tegangan dan arus dari keluaran buck boost converter. Keluaran duty cycle pada algoritma akan otomatis mengikuti berapa besar tegangan  masukan  yang  diberikan,  karena
tegangan  keluaran  sudah  di  tentukan  dalam deskripsi sesuai dengan waktu yang dibutuhkan saat  pengecasan.  Sehingga  dapat  tercapainya metode three stage charging.
Gbr 5. Grafik Tegangan Pengecasan Baterai
Berdasarkan  data  yang  di  dapatkan  seperti gambar grafik 39, stage 1 atau constan current charging  dilakukan  dengan  tegangan  12,5  V selama  kurang  lebih  2  jam.  Pada  stage  2 dilakukan  pengecasan  dengan  tegangan  14  V dengan  perhitungan  waktu  pengecasan  selama 0,7 jam atau 42 menit. Selanjutnya dilajutkan ke stage  3  float  charging  dengan  tegangan  sesuai tegangan baterai saat penuh yaitu 13,5V sesuai dengan  datasheet  yang  ada.  Dari  data  yang didapatkan  tersebut  diketahui  bahwa  metode three stage charging dapat dilakukan menggunakan buck boost converter.
Gbr5. Grafik Arus Pengecasan Baterai Berdasarkan  data  yang  di  dapatkan  seperti gambar grafik 40, stage 1 atau constan current charging  dilakukan  dengan  arus  4  A  selama kurang  lebih  2  jam.  Pada  stage  2  dilakukan pengecasan dengan tegangan 14 V dengan arus
11 12 13 14 15 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… waktu Grafik Tegangan Tegangan 0 1 2 3 4 5 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 2020-06-… 20 20 -06 -… 2020-06-… 2020-06-… Grafik Arus Arus
yang  semakin  menurun  dengan  perhitungan waktu pengecasan selama 0,7 jam. Selanjutnya dilajutkan  ke  stage  3  float  charging  dengan tegangan  sesuai  tegangan  baterai  saat  penuh yaitu  13,5V  dengan  tegangan  yang  menyamai dengan tegangan penuh baterai maka arus akan mendekati  0  A.  Dari  data  yang  didapatkan tersebut  diketahui  bahwa  metode  three  stage charging  dapat  dilakukan  menggunakan  buck boost converter untuk pengecasan baterai.

## 5. KESIMPULAN
a. Tegangan  keluaran buck  boost converter sangat  dipengaruhi
oleh  besarnya  nilai duty  cycle yang  diberikan.  Dengan stage  1 tegangan  diatur  sebesar  12,5  V stage  2 tegangan  sbesar  14  V, dan stage  3 dengan  tegangan 13,5 V. b. Metode three  stage  charging
untuk  baterai  dapat  dilakukan menggunakan buck boost converter dengan  hasil  arus pengecasan pada stage 1 4A dan stage 3 arus mendekati 0A.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
[1] Albachrony,  M  Arief.  2011.pemodelan  dan verifikasi karakteristik modul sel surya berbasis labview.(Skripsi).Universitas Indonesia.Depok
[2] Dini Khuanul, Dwi Pratiwi, Maison.
2018.Rancang  Bangun  Charge  Controller  Panel
Surya  Dengan  Menggunakan  Sistem  Fast Charging, Universitas Jambi. Jambi
[3] Riandanu  Aldy  Sadewo,  Ekky  Kurniawan,  dan
Kharisma Bani Adam. Design And
Implementation of Charging Lead Acid Battery Using  Solar  Cell  with  Three  Steps  Charging Method.  e-Proceeding  of  Engineering:  Vol.4, No.1 April 2017.
[4] Hart,  Daniel  W.    2011.Power  Electronic. McGraw-Hill Companies, New York.
[5] A. Firmansyah, I Nyoman W. S. dan Syafarudin C.H.  2016.  ”Perancangan  Sistem  Charger Battery    Berbasis  Mikrokontroller  Dengan Rangkaian Buck Converter”.Universitas
Mataram. Nusa Tenggara Barat.
[6] Kurnifan  Adhi  Prasetyo,  Nurhening  Yuniarti, Eko  Prianto.2018.  Pengembangan  Alat  Control Charging  Panel  Surya  Menggunakan  Aduino
Nano  Untuk  Sepeda  Listrik  Niaga  “.Jurnal Edukasi Elektro, Vol. 2, No. 1,
[7] W.  Budiman,  N.  Hariyanto,  dan  Syahrial. Perancangan  dan  Realisasi  Sistem  Pengisian Baterai 12 Volt 45 Ah pada Pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro di UPI Bandung. Jurnal Reka Elkomika 2337-439X Januari 2014
[8] A. F. Farizy, D. A. Asfani, dan Soedibjo. “Desain Sistem Monitoring State of Charge Baterai pada Charging  Station  Mobil  Listrik  Berbasis  Fuzzy
Logic Dengan Mempertimbangkan Temperature”.  JURNAL  TEKNIK  ITS  Vol.  5, No. 2, 2016.