## PENGUJIAN PERFORMA BATERAI NICKEL-METAL HYDRIDE

## (NiMH) UNTUK MOBIL LISTRIK SATU PENUMPANG PADA
KOMPETISI BALAP MOBIL LISTRIK ENE1-GP JEPANG 2017
Dedy Ramdhani Harahap 1
1 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung Kawasan Industri Air Kantung, Sungailiat-Bangka, 33211 Tel: 0717-93586, Fax: 0717-93585 rdhanie84@gmail.com

## Abstract
The use of electric vehicles (EVs) is viewed as an attractive solution to reduce CO2 emissions and fuel  consumption  resulted  from  transport  sector,  but  the  EVs  implementation  is  limited  to  driving distance  and  and  the  charging  process  that  inconvenience.  The  analysis  of  energy  consumption characteristics of Nickel-Metal Hydride (NiMH) battery that commonly used as the energy source for EVs become an important foundation to study the durability and performance of the battery when applied in addition  to  increase  the  driving  range  from  this  EVs.  This  research  aims  to  test  the  durability  and  the performance  of  the  Eneloop  type  of  Nickel-Metal  Hydride  (NiMH)  battery  that  used  for  the  racing  car competed on ENE1-GP Japan at  Suzuka Circuit Japan. From this experiment  will be achieve the energy consumption estimation systematically, based on this data the parameters can be decided accurately for the EVs that attend the competition. The battery will be test under room temperature and the load given during the test from 0.1A to 10A. The average temperature during the performance test were observed using thermal camera. The best result from this experiment is on 5A, the battery will effectively use and can fit the requirement  to complete the race in  18 minutes and 49 seconds for 3 cycles (laps).  On the other hand, this data also can become the foundation to develop the electric vehicle which has similar specification.
Keywords: Electric vehicle, Nickel-Metal Hydride (NiMH), battery.

## Abstrak
Penggunaan  mobil  listrik  dipandang  sebagai  sebuah  pilihan  menarik  untuk  mengurangi  emisi karbon  dioksida  (CO2)  dan  konsumsi  bahan  bakar  yang  dihasilkan  dari  sektor  transportasi,  namun penggunaan mobil listrik saat ini masih terkendala pada jarak tempuh dan proses pengecasan baterai. Analisa terhadap karakteristik konsumsi energi seperti pada baterai Nickel-Metal Hydride (NiMH) yang umum digunakan sebagai sumber energi pada mobil listrik menjadi landasan yang sangat penting untuk mempelajari  ketahanan  baterai  ketika  digunakan,  yang  nantinya  akan  berguna  untuk  meningkatkan jarak  tempuh  dari  mobil  listrik  tersebut.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menguji  ketahanan  serta performansi dari baterai Nickel-Metal Hydride (NiMH) jenis Eneloop yang digunakan pada mobil balap yang  berkompetisi  pada  ajang  ENE1-GP  Jepang  di Sirkuit  Suzuka  Jepang.  Dari  hasil  penelitian  ini  akan diperoleh  estimasi  konsumsi  energi  mobil  listrik  secara  sistematis  sehingga  berdasarkan  data  tersebut dapat  ditentukan  parameter  yang  tepat  untuk  kompetisi  tersebut.  Pengujian  baterai  dilakukan  pada temperatur  ruangan  dan  beban  yang  diberikan  selama  pengujian  dimulai  dari  0.1A  hingga  10  A. Temperatur  rata-rata  dari  pengujian  performansi  ini  diamati  menggunakan  kamera  pengukur  panas. Hasil  terbaik  dari  eksperimen  ini  pada  5A,  baterai  dapat  digunakan  dengan  efektif  dan  sesuai  dengan persyaratan untuk menyelesaikan lomba selama 18 menit 49 detik 3 putaran (laps). Disamping  itu data ini juga dapat dijadikan acuan untuk pengembangan mobil listrik dengan spesifikasi yang sama.
Kata kunci : Mobil listrik, Nickel-Metal Hydride (NiMH), baterai.

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan  teknologi  saat  ini  berkembang  sangat  pesat  seiring  dengan  meningkatnya kebutuhan  akan  energi  khususnya  yang  ramah  lingkungan.  Hal  ini  didorong  karena  tingginya  harga minyak  dunia  sehingga  mebuat  banyak  industri  manufaktur  mencari  alternatif  energi  sebagai  solusi untuk  menekan  ketergantungan  pada  energi  fosil  seperti  bensin.  Beberapa  diantaranya  berhasil menerapkan energi terbarukan seperti pemanfaatan sinar matahari ( solar energy ), tenaga angin ( wind energy ),  dan  baterai  yang  juga  diaplikasikan  pada  peralatan-peralatan  elektronik  seperti  laptop,  UAV, televisi.  Dibidang  transportasi,  banyak  industri  otomotif  turut  mengembangkan  sistem  pembangkit energi  yang  lebih  efisisien,  bersih,  dan  ramah  lingkungan  dengan  tujuan  untuk  mengurangi  emisi  gas buang dari kendaraan serta untuk melindungi ozon serta menurunkan efek rumah kaca[1].
Perkembangan  mobil  listrik  juga  telah  menunjukan  potensi  yang  sangat  besar  sebagai  solusi yang  tepat  untuk  masalah  global  yang  dihadapi  dunia  saat  ini  terkait  dengan  penggunaan  energi, keamanannya,  dan  pengaruhnya  terhadap  polusi  lingkungan.  Namun  demikian,  penerapannya  masih sangat terbatas dikarenakan jumlahnya kendaraannya masih sedikit, jarak tempuh yang masih pendek, dan  prosedur  pengecasan  baterai  yang  belum  memadai[1,  2].  Hal  ini  juga  berbanding  lurus  dengan harga  unit  kendaraannya  yang  masih  relatif  mahal.  Salah  satu  penelitian  yang  sering  dilakukan  terkait permasalahan  tersebut  diantaranya  dengan  meningkatkan  optimasi  kapasitas  baterai  yang  digunakan pada  mobil  listrik  khususnya  mobil  listrik  yang  sumber  energinya  dihasilkan  dari  baterai Nickel-Metal Hydride (NiMH). Penggunaan baterai jenis Nickel-Metal Hydride (NiMH) pada umumnya digunakan karena jenis baterai ini memiliki ketahanan yang lebih baik dibandingkan dengan  jenis baterai lainnya seperti Nickel Cadmium (NiCd)  dan Lithium-Ion (Li-On)[3].  Baterai Nickel-Metal  Hydride (NiMH)  dapat  menghasilkan energi  dengan  cara  melepas  dan  menyerap  elektron  hidrogen  (OH-)  melalui  anoda nickel  oxide dan katoda metal-hydride sebesar  50-70  Wh.kg -1 [4-6].  Baterai  NiMH  dipertimbangkan  sebagai  solusi pengganti  terbaik  dari  baterai Lithium yang  juga  sering  digunakan  di  mobil  listrik.  Baterai  ini  cocok digunakan  karena  memiliki  densitas  energi  yang  dua  kali  lebih  besar  dibandingkan  baterai  NiCd. Disamping  itu  penggunaan  jenis  baterai  ini  juga  telah  diterapkan  pada  mobil  listrik  konvensional sehingga menjadi salah satu alasan dipilihnya jenis baterai ini sebagai energi utama mobil listrik ENE1- GP  Jepang.  Untuk  itu  perlu  dilakukan  serangkaian  tes  untuk  mengetahui  ketahanan  dan  performa baterai ketika digunakan untuk berkompetisi pada ajang balap mobil listrik tersebut.

## 2. METODE PENELITIAN
Untuk  mendapatkan  hasil  yang  optimal  dari  pengujian  baterai Nickel-Metal  Hydride ini,  maka dirumuskan  langkah-langkah  eksperimen  yang  tepat,  dimulai  dengan  melakukan  analisa  terhadap masalah  yang  ada  pada  baterai  serta  parameter-parameter  yang  mempengaruhi  pada  saat  pengujian dilakukan seperti suhu atau temperatur baik ruang atau baterai, instrumen atau alat uji yang digunakan, dan  jenis  pengujiannya.    Langkah-langkah  dibuat  secara  sistematis  agar  setiap  kegiatan  mampu ditelusuri ketika ditemui kesalahan atau hasil yang diperoleh belum sesuai dengan diinginkan. Berikut ini akan diuraikan tahapan pengujian baterai NiMH dengan menerapkan metode experimental kuantitatif.

## Gambar 2. Diagram Metode Eksperimental Kuantitatif

## 2.1. Analisa Masalah
Pada  tahap  ini  dianalisa  tegangan  ideal  yang  dibutuhkan  oleh  mobil  listrik,  berapa  arus  yang harus  dibebankan  pada  baterai  agar  kemampuan  baterai  dapat  digunakan  semaksimal  mungkin  pada mobil listrik. Disamping itu perubahan temperatur yang mungkin terjadi juga menjadi perhatian dalam tahapan pengujian baterai tersebut.

## 2.2. Menentukan jenis baterai dan instrumen pengujian
Jenis baterai yang akan digunakan adalah baterai Eneloop NiMH dengan kapasitas 1800 mAH. Baterai jenis ini dipilih karena memiliki kemampuan menyimpan energi lebih baik dibandingkan baterai jenis lain. Disamping itu jenis baterai ini adalah jenis yang disyaratkan untuk digunakan pada saat lomba. Untuk  mengetahui  berapa  lama  baterai  bisa  gunakan  maka  baterai  harus  di- discharge dengan  alat  uji electronic load . Alat uji ini akan menampilkan diagram polarisasi baterai sehingga dapat dianalisa pada tegangan dan arus berapa baterai mencapai performa terbaiknya.

## 2.3. Menentukan jenis pengujian dan strategi
Pada tahap ini pengujian baterai dilakukan menggunakan metode kelvin contact dimana pada baterai dipasang pelat untuk mengurangi resistensi baterai dan hambatannya. Pengujian dilakukan pada suhu ruangan agar baterai tidak mudah panas ketika dilakukan proses discharge .

## 2.4. Menampilkan Hasil Pengujian
Hasil  uji  performa  baterai  ditampilkan  secara  otomatis  kemudian  data  tersebut  dikumpulkan dan  diolah  menggunakan  software  Matlab  untuk  mendapatkan  hasil  pengujian  yang  optimal.  Dari serangkaian pengujian ini, baterai yang memiliki performa ideal  terhadap aturan lomba dipilih sebagai acuan dalam perencanaan manajemen energi mobil listrik.
2.5. Dokumentasi
Setiap  data  yang  diperoleh  dari  pengujian  ini  direkam  dan  disimpan  untuk  digunakan  pada tahap pengujian lainnya terkait dengan penerapannya pada mobil listrik.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Baterai Nickel-Metal Hydride (NiMH)
Baterai  jenis  NiMH  yang  digunakan  pada  mobil  listrik  ini  berjumlah  40  buah  dan  dirangkai dengan rangkaian seri. Baterai  ini dapat menyimpan energi listrik meskipun kondisi bebannya  rendah. Ada  empat jenis pengujian yang dapat dilakukan diantaranya  pengujian berdasarkan resistive-capacity model , internal  resistance  model , basic  lead-acid  model ,  dan neural  network  model [7].  Baterai  yang akan diuji didefinisikan dengan open circuit voltage (OCV), internal resistance terhadap temperature dan State-of-Charge (SoC).  Data  tersebut  diambil  dari  baterai  Eneloop  tipe  AA  dengan  kapasitas  1.9  Ah.
Mulai Analisa masalah Menampilkan hasil pengujian Menentukan jenis pengujian atau strategi Sesuai? Dokumentasi Selesai Menentukan instrumen uji Menentukan jenis baterai Ya A A
Terdapat  dua  jenis  baterai  Eneloop  yang  dipasarkan  di  dunia  yaitu  baterai  Eneloop  BK-3MCCE  (pasar global) dan Eneloop BK-3MCC (hanya di Jepang). Pada pengujian ini baterai yang digunakan adalah tipe BK-3MCC  dikarenakan  jenis  baterai  inilah  yang  nantinya  akan  digunakan  pada  saat  kompetisi berlangsung.
(A)                                                                       (B) Gambar 2. NiMH Eneloop BK-3MCCE (A) and BK-3MCC (B)
Sedangkan  alat  uji  yang  digunakan  untuk  melihat  ketahanan  dan  performansi  dari  baterai  ini adalah Maynuo  Electronic  Load 0-150V/  300W.  Data  yang  dapat  ditampilkan  dari  alat  uji  ini  adalah tegangan  (V),  Arus  (I),  Daya  (P),  serta  temperatur  (T).  Pada  praktiknya, baterai  akan  diberi  beban  dari arus  1  A  hingga  10  A  untuk  memonitor  kapasitas  baterai  serta  berapa  lama  baterai  tersebut  dapat digunakan selama kompetisi berlangsung.

## Gambar 3. Maynuo DC Electronic Load

## 3.2. Hasil Pengujian
Baterai harus dicas pada temperatur antara 0°C hingga 40°C menggunakan arus yang konstan. Pada  banyak kasus, untuk  efisiensi pengecasan baterai yang baik antara 10°C hingga 30°C. Mengulang pengecasan  pada  temperatur  tinggi  atau  rendah  akan  mempengaruhi  kualitas  baterai.  Lebih  lanjut, overcharge berulang harus dihindari karena hal tersebut akan menurunkan kualitas dari baterai.

## Gambar 4. Kurva discharge baterai NiMH Eneloop tipe AA
Gambar  4  menunjukkan  hasil  pengujian  dari  alat electronic load yang  digunakan  untuk menguras  energi  pada  baterai  secara  komputerisasi.  Dari  hasil  pengukuran  yang  dilakukan  dari  0.1A hingga  10A  terhadap  2  (dua)  jenis  baterai  tersebut  menunjukkan  bahwa  baterai  BK-3MCC  memiliki performa  yang  lebih  baik  namun  demikian  perbedaan  energi  yang  dapat  disimpan  oleh  kedua  jenis baterai ini sangat kecil sehingga perbedaan tersebut dapat diabaikan. Sehingga untuk menyimpan energi bagi mobil listrik dapat dipilih diantara keduanya.

## mA
H
Gambar 5. Kurva discharge baterai Eneloop AA BK-3MCC dari 1A-10A
Dari grafik diatas dapat diketahui perbandingan yang terjadi antara temperatur (oC), kapasitas baterai (AH), lama pemakaian (menit) terhadap perubahan arus yang diberikan pada baterai. Dari grafik tersebut  dipilihlah  arus  5A  untuk  menyelesaikan  lomba  dengan  waktu  tempuh  rata  19  menit  dengan waktu tempuh masing-masing lap adalah 6.3 menit.
Gambar 5. Kurva discharge baterai Eneloop AA BK-3MCC pada 5A

## 4. SIMPULAN
Kompetisi balap mobil listrik ENE1-GP merupakan ajang kontes teknologi bagi mahasiswa  dan merupakan  kesempatan  bagi  penggiat  teknologi  untuk  mengasah  pengetahuan  dalam  pengembangan mobil  listrik.  Mobil  listrik  yang  dikompetisikan  menggunakan  baterai Nickel-Metal  Hydride (NiMH) sebagai  sumber  energi  utama  dan  dapat  menempuh  jarak  5.807  km  (panjang  sirkuit  Suzuka  Jepang).
Arus (I) Wa kt u (me n it)
Dari  hasil  pengujian  baterai  NiMH  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa  rata-rata  waktu  tempuh  yang dapat  diraih  oleh  mobil  listrik  adalah  18  menit/  3  lap,  dengan  masing-masing  lap  dapat  diselesaikan dengan  waktu  rata-rata  6  menit  dengan  temperatur  baterai  yang  dihasilkan  adalah  41.1 o C  dimana kondisi ini masih ideal untuk diterapkan pada mobil listrik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]. C. W. T. Siang Fui Tie, "A review of energy sources and energy management system in electric vehicles," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 20, pp. 82-102, 2013.
[2]. L.  C. Rosario, "Power and Energy Management  of Multiple Energy Storage Systems in Electric Vehicles,"  Ph.D.  Electric  Vehicle,  Department  of  Aerospace  Power  &  Sensors,  Cranfield University, United Kingdom, 2007.
[3]. C.  E.  Kristian  Larsson,  Arvid  Ødegaard-Jensen,  "Dissolution  and  characterization  of  HEV  NiMH batteries," Waste Management, vol. 33, pp. 689-698, 2013.
[4]. X.-P.  G.  T.-K.Ying,  W.-K.  Hu,  F.Wu,D.  Noréus,  "Studies  on  rechargeable  NiMH  batteries," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 31, pp. 525-530, 2006.
[5]. M. Y. Peyman Taheri, Majid Bahrami, "Analytical assement of the thermal behaviour of Nickel- Metal  Hydride  battery  during  fast  charging," Journal  of  Power  Source, vol.  245,  pp.  712-720, 2014.
[6]. A. P. C. F. Sarah J. Gerssen-Gondelach, "Performance of batteries for electric vehicles on short [7]. P.  M.  Hien,  "A  Simulation  and  Experiment  Study  of  Small  Fuel  Cell/  Battery  Hybrid  Vehicle," Master Thesis, Department of Mechanical Engineering, Southern Taiwan University of Science and Technology, Taiwan - R.O.C., 2009.